建筑金属材料.pptx

本章学习指导 本章共本章共6 6个知识点。本章的教学目标是：个知识点。本章的教学目标是：了解建筑钢材的微观结构及其与性质的关系；了解建筑钢材的微观结构及其与性质的关系；熟练掌握建筑钢材的力学性能（包括强度、弹性及塑性变形，耐熟练掌握建筑钢材的力学性能（包括强度、弹性及塑性变形，耐疲劳性）的意义，测定方法及影响因素；疲劳性）的意义，测定方法及影响因素；熟悉建筑钢材的强化机理及强化方法；熟悉建筑钢材的强化机理及强化方法；掌握土木工程中常用的建筑钢材的分类及其选用原则。掌握土木工程中常用的建筑钢材的分类及其选用原则。本章的难点是钢材的塑性、韧性、耐疲劳性，以及微量组分本章的难点是钢材的塑性、韧性、耐疲劳性，以及微量组分对钢材性能的影响。建议在学习中需联系钢材的组成结构分析其对钢材性能的影响。建议在学习中需联系钢材的组成结构分析其性能，来理解其应用。还需说明的是，除钢材外，铝合金近年迅性能，来理解其应用。还需说明的是，除钢材外，铝合金近年迅速发展，对其在土木工程中的应用亦应有所了解。建议课内学时速发展，对其在土木工程中的应用亦应有所了解。建议课内学时数为数为5 5学时学时,课外学时课外学时2 2学时。学时。历史回顾历史回顾广州海珠桥的钢材广州海珠桥的钢材 广州海珠桥已经广州海珠桥已经“年逾七旬年逾七旬”，但，但其使用的钢材预计已有百年历史。其使用的钢材预计已有百年历史。20042004年，提供建造海珠桥钢材的英年，提供建造海珠桥钢材的英国企业向广州市政部门发来传真，国企业向广州市政部门发来传真，提醒有关部门注意，这些钢材是从提醒有关部门注意，这些钢材是从当时英国的一座旧钢桥上拆卸下来当时英国的一座旧钢桥上拆卸下来的，所以就其寿命计算，海珠桥使的，所以就其寿命计算，海珠桥使用的钢材预计已有百年历史，已经用的钢材预计已有百年历史，已经进入疲劳期，继续使用则需进行疲进入疲劳期，继续使用则需进行疲劳强度的测试，并根据测试结果进劳强度的测试，并根据测试结果进行加固等。行加固等。基础知识基础知识2.1 2.1 2.1 2.1 钢的分类钢的分类钢的分类钢的分类 钢与生铁的区分在于含碳量的大小。含碳量小于钢与生铁的区分在于含碳量的大小。含碳量小于2.062.06的铁碳合金称为钢。含碳量大于的铁碳合金称为钢。含碳量大于2.062.06的铁碳合金的铁碳合金称为生铁。称为生铁。2.1.1 2.1.1 按化学成分分类按化学成分分类2.1.2 2.1.2 按品质（杂质含量）分类按品质（杂质含量）分类2.1.3 2.1.3 按冶炼时脱氧程度分类按冶炼时脱氧程度分类 观察与察与讨论讨论讨论AB2.1 2.1 2.1 2.1 钢的分类钢的分类钢的分类钢的分类钢材的冶炼脱氧程度与性能钢材的冶炼脱氧程度与性能 下下图为沸腾钢（图图为沸腾钢（图A A）与镇静钢（图）与镇静钢（图B B）两钢锭的纵剖面，请）两钢锭的纵剖面，请观察其结构差别，讨论其性能差异。观察其结构差别，讨论其性能差异。工程工程实例分析例分析2.1 2.1 2.1 2.1 钢的分类钢的分类钢的分类钢的分类现象现象原因分析原因分析 某厂的钢结构屋架用中碳钢焊接而成，使用一段某厂的钢结构屋架用中碳钢焊接而成，使用一段时间后，屋架坍塌。时间后，屋架坍塌。基础知识基础知识2.2 2.2 2.2 2.2 建筑钢材的力学与工艺性能建筑钢材的力学与工艺性能建筑钢材的力学与工艺性能建筑钢材的力学与工艺性能2.2.1 2.2.1 抗拉性能抗拉性能 2 2.2.2 2.2 冲击韧性冲击韧性2.2.3 2.2.3 耐疲劳性耐疲劳性 2.2.4 2.2.4 工艺性能工艺性能观察察与与讨论2.2 2.2 2.2 2.2 建筑钢材的力学与工艺性能建筑钢材的力学与工艺性能建筑钢材的力学与工艺性能建筑钢材的力学与工艺性能(1)(1)两种钢材的选用两种钢材的选用(2)(2)两种钢材低温冲击韧性的比较两种钢材低温冲击韧性的比较(3)(3)疲劳断裂的特征与原因疲劳断裂的特征与原因(4)(4)钢材的冷弯性能与其内部组织的关系钢材的冷弯性能与其内部组织的关系工程工程实例分析例分析2.2 2.2 2.2 2.2 建筑钢材的力学与工艺性能建筑钢材的力学与工艺性能建筑钢材的力学与工艺性能建筑钢材的力学与工艺性能(1)(1)广东某展览厅网架倒塌广东某展览厅网架倒塌(2)(2)钢贮罐脆性断裂钢贮罐脆性断裂(3 3)北海油田平台倾覆北海油田平台倾覆(4)(4)某运输廊倒塌分析某运输廊倒塌分析 基础知识基础知识2.3 2.3 2.3 2.3 钢材的组成结构及对性能的影响钢材的组成结构及对性能的影响钢材的组成结构及对性能的影响钢材的组成结构及对性能的影响2.3.1 2.3.1 钢材的晶体结构钢材的晶体结构 2.3.2 2.3.2 钢材的基本晶体组织钢材的基本晶体组织2.3.3 2.3.3 钢材的成分对性能的影响钢材的成分对性能的影响 观察与察与讨论2.3 2.3 2.3 2.3 钢材的组成结构及对性能的影响钢材的组成结构及对性能的影响钢材的组成结构及对性能的影响钢材的组成结构及对性能的影响(1)(1)碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响 (2)(2)钢材的晶体结构与性能钢材的晶体结构与性能工程工程实例分析例分析2.3 2.3 2.3 2.3 钢材的组成结构及对性能的影响钢材的组成结构及对性能的影响钢材的组成结构及对性能的影响钢材的组成结构及对性能的影响钢结构倒塌钢结构倒塌 现象现象原因分析原因分析 苏联某钢铁厂仓库运输廊道为钢结构，于某日倒塌。苏联某钢铁厂仓库运输廊道为钢结构，于某日倒塌。经检查可知：杆件发生断裂的位置在应力集中处节点经检查可知：杆件发生断裂的位置在应力集中处节点附近的整块母材上，桁架腹板和弦杆的焊接接头均未附近的整块母材上，桁架腹板和弦杆的焊接接头均未破坏；全部断口和拉断处都很新鲜破坏；全部断口和拉断处都很新鲜,未发黑、无锈迹未发黑、无锈迹。所用钢材为苏联国家标准。所用钢材为苏联国家标准CTCT3 3号沸腾钢。号沸腾钢。基础知识基础知识2.4 2.4 2.4 2.4 钢材的强化与加工钢材的强化与加工钢材的强化与加工钢材的强化与加工2.4.1 2.4.1 冷加工强化冷加工强化2.4.2 2.4.2 时效处理时效处理2.4.3 2.4.3 热处理热处理观察与察与讨论讨论讨论2.4 2.4 2.4 2.4 钢材的强化与加工钢材的强化与加工钢材的强化与加工钢材的强化与加工冷加工强化与时效处理的机理冷加工强化与时效处理的机理 请观察下图钢筋的应力请观察下图钢筋的应力-应变曲线，并讨论冷加工强化与时效处理的机理应变曲线，并讨论冷加工强化与时效处理的机理。钢筋冷拉时效后应力钢筋冷拉时效后应力-应变图的变化应变图的变化 工程实例分析工程实例分析2.4 2.4 2.4 2.4 钢材的强化与加工钢材的强化与加工钢材的强化与加工钢材的强化与加工钢结构吊车梁发现裂纹钢结构吊车梁发现裂纹 现象现象原因分析原因分析 某厂气轮车间吊车梁为钢结构，建成后质量检查发某厂气轮车间吊车梁为钢结构，建成后质量检查发现有许多裂纹。分布于上、下翼缘最多，腹板处较现有许多裂纹。分布于上、下翼缘最多，腹板处较少；加劲筋上无裂纹，加劲板与梁翼或腹板之间的少；加劲筋上无裂纹，加劲板与梁翼或腹板之间的焊缝及附近亦未发现裂纹。裂纹深度经铲后，用深焊缝及附近亦未发现裂纹。裂纹深度经铲后，用深度计复测，大多数的深度为度计复测，大多数的深度为1 12 mm2 mm，少量纹深达，少量纹深达3 3 mmmm。此批构件钢材杂质含量远低于国家标准规定；。此批构件钢材杂质含量远低于国家标准规定；环境温度正常；工程尚未使用；构件运输安装过程环境温度正常；工程尚未使用；构件运输安装过程未被撞击；裂纹部位远离焊接影响区。未被撞击；裂纹部位远离焊接影响区。基础知识基础知识2.5 2.5 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用2.5.1 2.5.1 建筑常用钢种建筑常用钢种2.5.2 2.5.2 钢结构用钢钢结构用钢 2.5.3 2.5.3 混凝土结构用钢混凝土结构用钢 2.5.4 2.5.4 铝合金铝合金 观察与察与讨论2.5 2.5 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用钢支架的钢材选用钢支架的钢材选用 华北某厂需焊接一座露天且需承受动荷载的钢支架华北某厂需焊接一座露天且需承受动荷载的钢支架，该厂，该厂已有三种碳素结构钢，厚度均为已有三种碳素结构钢，厚度均为80 80 mmmm，Q235Q235抗拉强度已可满足设计要求。三种钢材的价格是抗拉强度已可满足设计要求。三种钢材的价格是。请选用。请选用。Q235AQ235AF F Q235AQ235Ab b Q235CQ235C工程工程实例分析例分析2.5 2.5 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用韩国汉城大桥倒塌韩国汉城大桥倒塌 现象现象原因分析原因分析 19941994年年1010月月2121日，韩国汉城汉江圣水大桥中段日，韩国汉城汉江圣水大桥中段50 50 m m长的桥体长的桥体像像刀切一样坠入江中，造成多人死亡。该刀切一样坠入江中，造成多人死亡。该桥由韩国最大的建筑公司之一的东亚建设产业公司桥由韩国最大的建筑公司之一的东亚建设产业公司于于19791979建成。建成。基础知识基础知识2.6 2.6 2.6 2.6 钢材的腐蚀与防护钢材的腐蚀与防护钢材的腐蚀与防护钢材的腐蚀与防护2.6.1 2.6.1 钢材的腐蚀钢材的腐蚀 2.6.2 2.6.2 钢材的防护钢材的防护 观察与察与讨论讨论讨论2.6 2.6 2.6 2.6 钢材的腐蚀与防护钢材的腐蚀与防护钢材的腐蚀与防护钢材的腐蚀与防护板梁底出现裂缝板梁底出现裂缝 华南地区某海港油气码头引桥使用仅华南地区某海港油气码头引桥使用仅8 8年年，形形板梁底出板梁底出现明显裂缝及钢筋锈蚀。而现明显裂缝及钢筋锈蚀。而型板却基本完好，请讨论其原因型板却基本完好，请讨论其原因。型板梁底出型板梁底出型板梁底出型板梁底出现现明明明明显显裂裂裂裂缝图缝图基本完好的基本完好的型板型板工程工程实例分析例分析2.6 2.6 2.6 2.6 钢材的腐蚀与防护钢材的腐蚀与防护钢材的腐蚀与防护钢材的腐蚀与防护广东某斜拉桥拉索腐蚀失效分析广东某斜拉桥拉索腐蚀失效分析 现象现象原因分析原因分析 广东某斜拉桥广东某斜拉桥(见右图见右图)竣工于竣工于19198989年。年。19951995年年5 5月其中一条拉索月其中一条拉索突然坠落，经检验确认其他拉索突然坠落，经检验确认其他拉索的钢丝已受不同程度的腐蚀，该的钢丝已受不同程度的腐蚀，该桥最后全部更换新拉索。作者与桥最后全部更换新拉索。作者与其他教师一道对此拉索失效的原其他教师一道对此拉索失效的原因作检测分析，研究其腐蚀失效因作检测分析，研究其腐蚀失效的原因。的原因。创新能力培养创新能力培养钢结构建筑的防火防袭击钢结构建筑的防火防袭击 钢结构建筑有许多优点，与钢筋混钢结构建筑有许多优点，与钢筋混凝土相比，有更好的抗震、防腐、凝土相比，有更好的抗震、防腐、耐久、环保和节能效果；可实现构耐久、环保和节能效果；可实现构架的轻量化和构件的大型化，施工架的轻量化和构件的大型化，施工亦较为简便。但同时也存在不少缺亦较为简便。但同时也存在不少缺点，其中较突出的一点是防火问题点，其中较突出的一点是防火问题。美国纽约的世贸大厦为钢结构，。美国纽约的世贸大厦为钢结构，2 2001001年年9 9月月1111日被恐怖日被恐怖分子分子袭击而倒袭击而倒塌（塌（见右图见右图），这给人们提出了钢），这给人们提出了钢结构防火、防袭击破坏的新课题。结构防火、防袭击破坏的新课题。请谈谈你的意见请谈谈你的意见。创造性思维点拨创造性思维点拨常常见问题及解答及解答 2-1 2-1 为什么用材料的屈服点而不是其抗拉强度作为结构设为什么用材料的屈服点而不是其抗拉强度作为结构设计时取值的依据？计时取值的依据？2-2 2-2 为什么将钢材的伸长率作为建筑用钢材的一个重要技术为什么将钢材的伸长率作为建筑用钢材的一个重要技术性能指标？性能指标？2-3 2-3 为何冷加工强化的钢材会有塑性降低、脆性增大的副为何冷加工强化的钢材会有塑性降低、脆性增大的副作用？作用？2-1 2-1 解答解答2-2 2-2 解答解答2-3 2-3 解答解答