建筑钢材.ppt

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,钢 材,本章概述了钢材的,冶炼,、,加工,及,分类,方法。重点介绍了钢材的力学性能、工艺性能。阐述了钢的化学成分及所含合金元素等对钢材性能的影响。介绍了碳素结构钢和低合金结构钢的牌号表示方法、技术要求及各类牌号钢材的性能和用途。论述了钢结构和钢筋混凝土结构采用的主要钢材品种及特点、如何正确地选材、合理地用材及钢材的锈蚀成因及防护方法。,本章提要,第一节 概述,第二节 钢材的技术性能,第三节 建筑工程常用钢材及运用,第四节 钢材的腐蚀与防护,主要内容,金属的分类：,黑色金属（铁、锰、铬）,有色金属（铜、铝、铅）,贵重金属（金、银等）,稀有金属（镉、镍等）,钢：含碳量在0.04%1.7%之间的铁称为钢,2.钢的加工,热轧（压力热加工）,冷加工（常温冷拉、冷拔、冷轧）,热处理,时效,自然时效：冷拉后常温下放1520天,人工时效：加热100200，存放一段时间,第二节 钢材的技术性能,一、钢材的力学性能,1、抗拉性能,由低碳钢在拉伸过程中形成的应力()-应变()关系图可知，低碳钢受拉过程可划分为以下4个阶段。,(1)弹性阶段(OA),(2)屈服阶段(AB),(3)强化阶段(BC),(4)颈缩阶段(CD),三个重要的指标:,1、屈服强度,s,结构设计中钢材强度取值的依据,2、抗拉强度,b,钢材所能承受的最大应力屈强比,屈强比,，利用率,，安全可靠程度,3、伸长率,衡量钢材塑性的指标，越大塑性越好,O,A,A,C,D,B,B,上,B,下,2、钢材的冲击韧性,钢材抵抗冲击荷载的能力。,冲击韧性试验图,(a)试件尺寸；(b)试验装置；(c)试验机,1摆锤；2试件；3试验台；4刻度盘；5指针,定义,测试,3、钢材的硬度,钢材抵抗较硬物体压入产生局部变形的能力。,测定方法：,布氏法,。,布氏硬度测定示意图,用一直径为D的硬质钢球，在荷载P(N)的作用下压入试件表面，经规定的时间后卸去荷载，用读数放大镜测出压痕直径d，以荷载P除以压痕表面积(mm,2,)，即为布氏硬度值HB。HB值越大，表示钢材越硬。,4、钢材的耐疲强度,疲劳破坏,：钢材在交变荷载反复作用下，往往会在,应力远低于抗拉强度的情况下发生裂断的现象。,疲劳强度,：在多次反复交变荷载的作用下不发生疲,劳破坏时的最大应力称为,疲劳强度,。它是表明钢材,耐疲劳性的指标。通常取交变应力循环次数N=107,时，不发生破坏的最大应力作为其,疲劳极限,。,钢材的疲劳破坏一般由,拉应力,引起的，首先在局部开始形成细小裂纹，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。,钢材内部的,组织结构,、,成分偏析,及其它缺陷，是决定其疲劳性能的主要因素。,钢材的,截面变化,、,表面质量,及,内应力大小,等造成应力集中的因素，都与其疲劳极限有关。如钢筋焊接接头和表面微小的腐蚀缺陷，都可使疲劳极限显著降低。,当疲劳条件与,腐蚀环境,同时出现时，可促使局部应力集中出现，大大增加了疲劳破坏的危险。,二、钢材的工艺性能,1、冷弯性能,钢材在常温下承受弯曲变形的能力,试件被弯曲角度、弯心直径与厚度的比值d/a,定义,指标,冷弯检验示意图,意义,钢材的冷弯性能和其伸长率一样，也是表示钢材在静荷载条件下的塑性。但冷弯是钢材处于不利变形条件下的塑性，而伸长率是反映钢材在均匀变形下的塑性。故冷弯试验是一种比较严格的检验。,它能揭示钢材内部组织的均匀性，以及存在内应力或夹杂物等缺陷的程度。在拉力试验中，这些缺陷常因塑性变形导致应力重分布而反映不出来。,在工程实践中，冷弯试验还被用作检验钢材焊接质量的一种手段，能揭示焊件在受弯表面存在的未熔合、微裂纹和夹杂物。,3、焊接性能,焊接方式,：搭接、对接,焊接要求,：,焊接处（焊缝及其附近过热区）不产生裂缝及硬,脆倾向。,焊接处与母材一致，即拉伸试验，强度不低于原,钢材强度。,影响因素,：,碳、合金元素等杂质元素越多，可焊性越小。,第三节 钢材的化学成分的影响,一.钢材的化学成分及对性能的影响,钢材的化学成分主要是指,碳、硅、锰、硫、磷,等，在不同情况下往往还需考虑,氧、氮,及各种,合金,元素。,1、,碳,：土木工程用钢材含碳量,不大于0.8,。在此范围内，随着钢中碳含量的提高，强度和硬度相应提高，而塑性和韧性则相应降低，碳还可显著降低钢材的可焊性，增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抗大气锈蚀性。,2、,硅,：当硅在钢中的含量较低（小于1%）时，可提高钢材的强度，而对塑性和韧性影响不明显。超过1，脆性增加，可焊性降低。,、,锰,：锰是我国低合金钢的主加合金元素，锰含量一般在0.8%1范围内，它的作用主要是使强度提高，锰还能消减硫和氧引起的热脆性，使钢材的热加工性质改善。大于1，强度提高，但塑性及韧性降低，可焊性降低。,、,氧,：为有害元素。主要存在于非金属夹杂物内，可降低钢的机械性能，特别是韧性，氧有促进时效倾向的作用，氧化物造成的低熔点亦使钢的可焊性变差。,、,氮,：氮对钢材性质的影响与碳、磷相似，使钢材的强度提高，塑性特别是韧性显著下降。氮可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。,、,钛,：钛是强脱氧剂。它能显著提高强度，改善韧性和可焊性，减少时效倾向，是常用的合金元素。,、,钒,：钒是强的碳化物和氮化物形成元素。能有效提高强度，并能减少时效倾向，但增加焊接时的淬硬倾向。,钢结构用钢,鸟巢,钢结构用钢,鸟巢,主体钢结构形成整体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式,“鸟巢”结构,钢结构总用钢量为4.2万吨。,钢结构与混凝土看台上部完全脱开，互不相连，形式上呈,相互围合，基础则坐在一个相连的基础底板上。,钢结构用钢,国家大剧院,椭球形屋面主要采用,钛,金属板饰面，中部为渐开式,玻璃幕墙,。,椭球壳体外环绕,人工湖,，湖面面积达35500平方米，各种通道,和入口都设在水面下。,钢结构用钢,槽钢,工字钢,钢结构用钢,钢 板,钢 管,一、钢结构用钢,1、碳素结构钢,（1）碳素结构钢的牌号,表示按顺序：,屈服点字母（Q）、屈服点数值（单位MPa）、,质量等级（有A、B、C、D 4级，逐级提高）,脱氧方法（F：沸腾钢，B：半镇钢，Z：镇静钢，TZ：特殊镇钢。牌号表示时Z、TZ可省略）。,例如：,Q235AF,表示屈服点为235MPa，A级沸腾钢。,Q235B,表示屈服点为235MPa，B级镇静钢,（2）碳素结构钢的选用,碳素结构钢依牌号增大，含碳量增加，其强度增大，但塑性和韧性降低。,建筑工程中主要应用,Q235,号钢,可用于轧制各种型钢、钢板、钢管与钢筋。具有较高的强度，良好的塑性、韧性，可焊性及可加工等综合性能好,且冶炼方便，成本较低，因此广泛用于一般钢结构。其中C、D级可用在重要的焊接结构。,Q195、Q215,号钢材强度较低，但塑性、韧性较好，易于冷加工，可制作铆钉、钢筋等。,Q275,号钢材强度高，但塑性、韧性、可焊性差，可用于钢筋混凝土配筋及钢结构中的构件及螺栓等。,受动荷载作用结构、焊接结构及低温下工作的结构，不能选用A、B质量等级钢及沸腾钢。,在碳素钢的基础上加入小于总量5%的合金元素而形成的。,提高钢材的,强度,、,耐冲击韧性,、,耐磨性,和,耐腐蚀性,等。,加入的元素,：主要有锰（Mn）、硅（Si）、钒（V）、,钛（Ti）、铬等。,2、低合金高强度结构钢,定 义,目 的,牌号由三个部分组成：,代表屈服点的汉语拼音字母Q；,屈服点数值；,质量等级符合（A、B、C、D、E）按顺序排列。,例如：Q390A。,二、钢筋砼用钢材,1钢筋混凝土用热轧钢筋,热轧钢筋,：是一种条形钢材，由碳素结构钢或低合金结构钢的钢坯加热轧制而成，按其表面的形状不同分为光圆钢筋和带肋钢筋两类，横截面通常为圆形。,特点：,强度,大大高于碳素结构钢；,良好的,工艺性能,（塑性、韧性）；,其,耐磨性,、,耐蚀性,及,耐低温性,等均较良好；,质量较,轻,，可降低结构自重，因而适用于大型结构桥梁等工程。,热轧光圆钢筋：由碳素结构钢轧制，如其牌号为,HPB235，H、P、B,分别为热轧,（Hot rolled）,、光圆,（Plain）,、钢筋,（Bars）,三个词的英文首位字母。,热轧带肋钢筋：,由低合金钢轧制,H、R、B,分别为热轧,（Hot rolled）,、带肋,（Ribbed）,、钢筋,（Bars）,三个词的英文首位字母。,热轧带肋钢筋分为,HRB335、HRB400、HRB500,三个牌号,钢筋性能：,HPB235级热轧光圆钢筋：,强度较低，但塑性及焊接性能较好,，便于各种冷加工，可作为冷拔钢丝的原材料；广泛用于普通钢筋混凝土构件中，一般多用于中小型构件受力部分和其它结构中的构造钢筋。,HRB335级和HRB400级钢筋：强度、塑性及焊接的,综合性能较好,，可用于大、中型如桥梁、水坝等构件中，目前提倡用HRB400级钢筋作为我国钢筋混凝土结构的主力钢筋。,HRB500钢筋：强度高，但塑性和焊接性能较差，多用于预应力钢筋。,由屈服强度较低的碳素结构钢轧制的盘条，是目前用量最大、使用最广的线材，也称普通线材。,Q235AF-J,Q235AF-L,L 供拉丝用,J 供建筑和其它用,2、低碳钢热轧圆盘条,3、冷轧带肋钢筋,冷轧带肋钢筋是将热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有,沿长度方向均匀布的三面或二面横肋的钢筋。,冷轧带肋钢筋牌号：冷轧带肋钢筋的由,CRB,和钢筋的抗,拉强度构成。,C、R、B,分别为冷轧（,Cold rolled）,、,带肋,（Ribbed）,、钢筋,（Bars）,三个词的英文首位字母。,冷轧带肋负筋分为,CRB550、CRB650、CRB800、,CRB970、CRB1170,五个牌号，其中,CRB550,为普通钢筋,混凝土用钢筋，其它牌号为预应力混凝土用钢筋。,4、预应力混凝土用钢丝及钢绞线,钢丝,质量稳定、安全可靠、强度高、无接头、施工方便，主要用于大跨度屋架，薄腹梁、吊车梁等，轨枕、压力管道。,钢绞线,主要用于大跨度、大负荷的后张法预应力屋架、桥梁和薄腹梁等结构的预应力筋。,第四节 钢材的锈蚀与防护,一、钢材的锈蚀,钢材表面与其周围介质发生化学反应而遭到的,破坏，称为钢材的锈蚀。,化学锈蚀,电化学锈蚀,多数是由氧化作用在钢材表面形成疏松氧化物。干燥环境中反应缓慢，但温度和湿度较高，锈蚀发展迅速。,钢材本身组成上的原因和杂质的存在，在表面介质的作用下，各成分电极电位的不同，形成微电池，铁元素失去了电子成为Fe2+进入介质溶液，与溶液中的OH-离子结合生成Fe（OH）2。,锈蚀的结果,：在钢材表面形成疏松的氧化物，使钢结构,断面减小，降低钢材的性能，因而承载力降低。,二、钢材的防护,三个方面,：从改变钢材本身的易腐蚀性、隔离环境中的,侵蚀性介质或改变钢材表面的电化学过程。,制成合金钢（耐大气腐蚀钢）,金属覆盖 电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面。,非金属覆盖 在钢材表面用金属材料做为保护膜,如：喷涂涂料、搪瓷和塑料等。,混凝土用钢筋的防锈,