建筑金属材料清华版土木工程材料.pptx

清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS（第七章（第七章 建筑金属材料）建筑金属材料）主讲人：陈德鹏主讲人：陈德鹏安徽工业大学本科生课程安徽工业大学本科生课程清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu教学目教学目标掌握：掌握：钢材主要技术性能、土木工程用钢材的技术标准、防锈处理。熟悉熟悉：钢材的分类，加工处理。了解了解：钢材的冶炼，其他建筑金属的性能和应用。u教学重点教学重点钢材主要技术性能钢材的冷加工和热处理土木工程用钢材的技术标准本章主要教学内容与要求清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS建筑金属材料“鸟巢”的钢结构造型u建筑金属材料概述u钢材的冶炼及分类u钢材的主要技术性能u钢材组织和成分对性能的影响u钢材的冷加工与热处理u钢材的技术标准及选用u钢材的锈蚀与防护u其他建筑金属材料清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS建筑金属材料概述u金属材料是由金属元素或以金属元素为主，其他金属或非金属元素为辅构成的，并具有金属特征的工程材料，包括纯金属与合金。黑色金属黑色金属是指以铁元素为主要成分的金属及其合全，如钢和生铁。有色金属有色金属是指黑色金属以外的金属，如铝、铜、铅、锌等金属及其合金。u土木工程中应用的金属材料主要有建筑建筑钢材材和铝合金合金两种建筑钢材建筑钢材是指用于工程建设的各种钢材，包括钢结构用的各种型钢（圆钢、角钢、槽钢和工字钢）、钢板，钢筋混凝土用的各种钢筋、钢丝和钢绞线，除此之外，还包括用作门窗和建筑五金等的钢材。铝合金铝合金广泛用于现代建筑装修领域中，主要用作门窗和室内外装饰装修，施工便捷，有优良的性能和独特的装饰效果。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS钢材的冶炼u钢和铁的主要成分都是铁和碳，用含碳量的多少加以区分，含碳量大于2.11的为生铁，小于2.11的为钢。u钢由生铁冶炼而成。生生铁的性质硬而脆，塑性很差，抗拉强度很低。通过冶炼将生铁中的含碳量降至2.11以下，其他杂质含量降至一定的范围内，显著改善其技术性能。u钢的冶炼方法主要有平炉法平炉法、转炉法炉法、电炉法炉法以及特种特种炼钢法法，不同的冶炼方法对钢材的质量有着不同的影响。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu按照钢的化学成分，可将钢材分为碳素钢和合金钢两大类 碳素钢碳素钢：钢材组分元素中含量仅次于铁元素的成分为碳时；合金钢合金钢：钢材组分元素中含量仅次于铁元素的成分为其他合金元素时。u(1)碳素钢根据含碳量多少，碳素钢可分为：低碳钢：含碳量0.25以下。中碳钢：含碳量0.250.6。高碳钢：含碳量大于0.6。u(2)合金钢根据合金元素的含量分：低合金钢：合金元素总含量小于5；中合金钢：合金元素总含量在510之间；高合金钢：合金元素总含量大于10。钢材的分类按化学成分按化学成分 清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu普通碳素普通碳素钢按钢中所含硫、磷量来分来：普通碳素钢：硫含量0.055，磷含量0.045优质碳素钢：硫含量0.040，磷含量0.040高级优质碳素钢。硫含量0.030，磷含量0.035u合金合金钢按冶金质量分类：普通合金钢：硫含量0.05，磷含量0.045优质合金钢：硫含量0.030，磷含量0.035高级优质合金钢：硫含量0.020，磷含量0.030特级优质合金钢：硫含量0.015，磷含量0.025 钢材的分类按质量、用途按质量、用途u根据钢的用途，可分为结构钢、工具钢和特殊钢：结构钢结构钢：用作工程结构构件及机械零件，土木工程中常用工具钢工具钢：用过各种量具、刀具及模具的钢特殊钢特殊钢：有特殊物理、化学及机械性能，如不锈钢、耐热钢等清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu根据脱氧程度的不同，浇铸的钢锭可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢、特殊镇静钢等四种：沸腾钢沸腾钢：炼钢时加入锰铁进行脱氧，脱氧很不完全，故称沸腾钢，代号为“F”。沸腾钢组织不够致密，杂质多，质量较差，但其生产成本低、产量高，可广泛用于一般的建筑工程。镇静钢镇静钢：炼钢时一般采用硅铁、锰铁和铝锭等作脱氧剂，脱氧充分，这种钢水铸锭时能平静地充满锭模并冷却凝固，基本无气泡产生，故称镇静钢，代号为“Z”。镇静钢虽成本较高，但其组织致密、成分均匀、性能稳定，故质量好。适用于预应力混凝土等重要结构工程。半镇静钢半镇静钢：脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，为质量较好的钢，代号为“b”。特殊镇静钢特殊镇静钢：脱氧完全彻底的钢，代号为“TZ”。特殊镇静钢钢材的质量最好，用于特别重要的工程结构。钢材的分类按脱氧程度按脱氧程度清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS建筑钢材的主要技术性能 u力学性能力学性能抗拉性能冲击韧性耐疲劳硬度u工工艺性能性能冷弯性能焊接性能u钢材的性能是合理选用的钢材的基本依据。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS抗拉性能抗拉性能u抗拉性能抗拉性能是土木工程用钢材最主要的技术性能。u通过拉伸试验可以测得屈服屈服强度度、抗拉抗拉强度度和伸伸长率率，这些是钢材的重要技术性能指标。u弹性阶段弹性阶段：OA段，弹性极限弹性极限(Re)应力-应变呈正线性关系，其比值为弹性模量。u屈服阶段：屈服阶段：AB段，应力超过Re后，开始产生塑性变形；下屈服点(B下)，屈服强度（屈服强度（ReL）。u强化阶段：强化阶段：BC段，钢材抵抗外力的能力重新提高，抗拉极限抗拉极限(Rm)u颈缩阶段：颈缩阶段：CD段，拉断前薄弱处截面显著缩小，产生“颈缩”低碳钢受拉时应力-应变图 中碳钢与高碳，规定产生残余变形为原标距长度0.20.2时的应力值作为屈服强度，称条件屈服点条件屈服点，用 R Rp0.2p0.2表示清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS屈强比屈强比u屈屈强比比指的是屈服强度和抗拉强度之比；亦有强屈比屈比概念u屈强比能反映钢材的利用率利用率和可靠性可靠性。屈强比越小，其结构的安全可靠性越高，不易因局部超载而造成脆性断裂而破坏；但屈强比过小，又说明钢材强度的利用率偏低，造成钢材浪费。u建筑结构钢合理的屈强比一般为0.600.75。常用碳素钢的屈服比为0.580.63。普通的合金钢的屈强比在0.670.75。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS塑性塑性u建筑钢材应具有很好的塑性。钢材的塑性通常用伸伸长率率和断面收断面收缩率率表示。u伸伸长率（率（）通常以5和10分另表示L05d0和L010 d0时的伸长率。对于同一种钢材，其5 10。u断面收断面收缩率率(Z)(Z)u伸长率和断面收缩率表示钢材断裂前经受塑性变形的能力；伸长率越大或断面收缩率越高，钢材塑性越大。u清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS冲击韧性u冲击韧性是指钢材抵抗冲抵抗冲击荷荷载作用作用的能力，用冲断试件所需能量的多少来表示。可通过冲击试验确定。u当冲击摆从一定高度自由落下将试件冲断时，试件吸收的能量等于冲击摆所做的功，缺口底部处单位面积上所消耗的功，即为冲击韧性指标。u钢材冲击韧性与钢材化学成分化学成分、组织状态组织状态以及冶炼冶炼、加工加工都有关系。钢材中磷、硫磷、硫含量较高，存在偏析、非金属夹杂物和焊接中形成的微裂纹等都会使冲击韧性显著降低。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu钢材的硬度是指其表面抵抗硬物压人产生局部变形表面抵抗硬物压人产生局部变形的能力，常用的测试方法有布氏法布氏法、洛氏法洛氏法和维氏法维氏法等，土木工程用钢材常用布氏硬度布氏硬度表示，其代号为HB。u硬度值往往与其他性能有一定的相关性。如钢材的HB值值与抗拉强度抗拉强度之间就有较好的相关关系。对于碳素钢碳素钢：当HB175时，Rm3.6HB；当HB175时，Rm3.5HB疲劳强度疲劳强度u钢材在交变荷载反复作用下，可在远小于抗拉强度的情况下发生破坏，这种破坏称为疲疲劳破坏破坏。u钢材的疲劳破坏的指标用疲疲劳强度度（或称疲劳极限）来表示，它是指试件在交变应力下，作用107周次，不发生疲劳破坏的最大应力值。u一般来说，钢材的抗拉强度高，其疲劳极限也较高。硬度硬度清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS冷弯性能冷弯性能u冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，冷弯性能指标以试件在常温下所能承受的弯曲程（弯曲角度和弯心直径d）表示。u钢材的冷弯后，检查弯曲处有无裂纹、断裂及起层等现象。若没有这些现象则认为冷弯性能合格。钢材冷弯时的弯曲角度越大，d/a越小，则表示冷弯性能越好。u钢材的冷弯性能不仅能反映其塑性，更有助于暴露钢材的内部组织是否均匀，是否存在内应力、微裂纹、表面未熔合及夹杂物等缺陷。Pad清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS焊接性能焊接性能u钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材的强度。包括两方面：接合性能接合性能，即在一定焊接条件下，产生焊接缺陷的敏感性；使用性能使用性能，即在一定焊接工艺条件下，焊接接头满足使用要求的适应性。u钢材的含碳量(C)和碳当量碳当量(CE)是决定焊接性的主要因素。我国的热轧带肋钢筋的碳当量规定为CE0.55。u常用土木工程用钢材的焊接性低碳钢碳当量CE0.25，塑性好，焊接性能优良。低合金高强度结构钢：当CE0.4时，焊接性能良好；当CE0.4时，焊接性较差，焊前需预热，焊后应及时进行热处理，以消除应力。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS钢材焊接质量检验钢材焊接质量检验u钢材焊接后必须取样进行焊接质量检验，一般包括外观检查和力学试验：外观检查外观检查：焊缝处有无裂纹、砂眼、咬肉和焊件变形等缺陷；力学试验力学试验：进行拉伸试验或者弯曲试验，要求试验时试件的断裂不能发生在焊接处。焊接点断裂点断裂点清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS体心立方体体心立方体钢材的组织u钢是铁碳合金晶体。晶体结构中各个原子是以金属键相结合的，这是钢材具有较高强度和良好塑性的基础。u原子在晶粒中排列的规律不同可以形成不同的晶格晶格，晶体结构会随着温度或压力的改变发生同素异构同素异构转变。铁素体铁素体奥氏体奥氏体渗碳体渗碳体珠光体珠光体钢的组织形式固溶体(Fe中固溶微量C)化合物(Fe和C化合物Fe3C)机械混合物(固溶体和化合物)钢的基本组织面心立方体面心立方体清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS钢的基本组织与性能组织名称含碳量结构特征抗拉强度（MPa）布氏硬度延伸率性能铁素体铁素体 0.02%C溶溶 于于 Fe中的固体相中的固体相180280508030%50%性性能能与与纯纯铁铁相相似似，即即强强度度、硬度低，塑性、韧性好。硬度低，塑性、韧性好。珠光体珠光体0.8铁铁素素体体与与渗渗碳碳体体的的机机械械混合物混合物75015020%25%性性能能介介于于铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体之之间间，强强度度较较高高，硬硬度度适适中中，有一定的塑性。有一定的塑性。渗碳体渗碳体6.69化合物化合物Fe3C 强度极高强度极高800接近于零接近于零铁铁中中的的主主要要强强化化相相，强强度度、硬度很高，脆性大。硬度很高，脆性大。奥氏体奥氏体0.8C溶溶 于于 Fe中的固体相中的固体相400160220 40%50%其其强强度度和和硬硬度度比比铁铁素素体体高高，塑塑性性、韧韧性性好好。因因此此，钢钢材材多数加热到奥氏体进行锻造。多数加热到奥氏体进行锻造。钢材的组织对性能的影响土木工程用钢的含碳量在0.8以下，基本晶体组织由铁素体和珠光体所组成，无渗碳体；强度较高，塑性、韧性较好。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS（1）碳碳：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。作为合金元素，含量在1.01.2时，强度提高，塑性和韧性明显下降，工艺性变差。（3）锰锰：锰是我国低合金钢的主加合金元素，锰含量一般在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。钢材的化学成分对性能的影响清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS（）硫硫：硫是很有害元素。呈非金属硫化物夹杂物存在于钢中，具有强烈的偏析作用，增大钢材的热脆性，降低各种机械性能。硫化物造成的低熔点使钢在焊接时易于产生热裂纹，显著降低可焊性。（）磷磷：为有害元素，含量提高，钢材的强度提高，塑性和韧性显著下降，特别是温度愈低，对韧性和塑性的影响愈大，磷在钢中的偏析作用强烈，使钢材冷脆性增大，并显著降低钢材的可焊性。提高钢的耐磨性和耐腐蚀性，在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。（）氧氧：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形变差。（）氮氮：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。0.0450.0450.0080.03钢材的化学成分对性能的影响清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu钢材的冷加工冷加工是在常温下通过冷拉冷拉、冷拔冷拔或冷轧冷轧，使钢材产生塑性变形，得到所需形状的工艺过程。通过冷加工的钢材，可使强度提高，称为冷加工强化冷加工强化（冷作硬化）。u对钢材进行冷加工，是充分发挥材料效用，节约钢材的一种有效方法。钢材经过冷加工后，其屈服强度提高，塑性、韧屈服强度提高，塑性、韧性和弹性模量则降低性和弹性模量则降低。冷加工冷加工冷拔模及受力示意清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放常温下存放151520 d20 d，或加热至加热至100100200 200 后保持一定时间（后保持一定时间（2 23 h3 h），其屈服强度进一步提高，且抗拉强度也提高，同时塑性和韧性也进一步降低，弹性模量则基本恢复。这个过程称为时效效处理理。u常温下存放的称为自然时效自然时效，加热的方法则称为人工时效人工时效。时效时效清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESSp冷加工强化机理冷加工强化机理：冷加工产生塑性变形后，晶粒滑移，晶格畸变，抵抗外力能力提高；变形后滑移面减少，塑性降低，脆性增大，弹性模量降低。p时效强化机理时效强化机理：滑移面缺陷处碳、氮原子富集，晶格畸变加剧，滑移、变形更难。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu钢材热处理是将钢材在固态范围内按一定规则加热、保温和冷却，以改变其内部晶体内部晶体组织和和显微微结构构，或者消除消除钢中的内中的内应力力，从而获得需要性能的一种工艺过程。其特点是塑性降低不多，但强度提高很大，综合性能比较理想。热处理热处理温度()727等温处理回火淬火正火退火时间p退火退火：退火炉中缓慢冷却，细化晶粒，均匀组织，消除钢材中的内应力；使钢材硬度降低，塑性和韧性提高。p正火正火：空气中慢速冷却，细化晶粒，消除内应力；钢材强度和硬度提高，塑性较退火小。p淬淬火火：水中或机油中迅速冷却，钢材经淬火后，强度和硬度提高，脆性增大，塑性和韧性明显降低。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu钢材热处理是将钢材在固态范围内按一定规则加热、保温和冷却，以改变其内部晶体内部晶体组织和和显微微结构构，或者消除消除钢中的内中的内应力力，从而获得需要性能的一种工艺过程。其特点是塑性降低不多，但强度提高很大，综合性能比较理想。热处理热处理温度()727等温处理回火淬火正火退火时间p回火回火：将淬火后的钢材重加热到723以下某一温度范围，保温一定时间后再缓慢地或较快地冷却至室温。p回火可消除钢材淬火时产生消除钢材淬火时产生的内应力的内应力，稳定组织稳定组织，使其硬度降低，恢复塑性和韧性。p回火温度愈高，钢材硬度下降愈多，塑性和韧性等性能均得以改善。若钢材淬火后随即进行高温回火处理，则称调质处理调质处理。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu土木工程用钢有钢结构用钢和钢筋混凝土用钢两类 钢结构用钢钢结构用钢：型钢、钢板和钢管钢筋混凝土用钢钢筋混凝土用钢：钢筋、钢丝和钢绞线u建筑建筑钢材的主要材的主要钢种种碳素结构钢碳素结构钢低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢u钢筋筋热轧钢筋热轧钢筋冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋预应力用钢筋预应力用钢筋：热处理钢、螺纹钢筋、钢丝、钢绞线u型型钢热轧型钢、冷弯薄壁型钢、钢板、钢管热轧型钢、冷弯薄壁型钢、钢板、钢管土木标工程用钢材的技术准及选用清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS碳素结构钢u碳素结构钢的牌号及表示方法4个牌号：Q195、Q215、Q235和Q275。牌号由代表屈服强度的字母、屈服强度数值、质量等级符号、脱氧程度符号4个部分组成。质量等级有A、B、C、D。Q235AF，表示屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。u力学及工艺性能：机械性能（强度、冲击韧性、伸长率等）等应符合国家标准碳素结构钢碳素结构钢（GB/T 7002006）相关规定，见表7-5、7-6。u特性及应用：Q235钢钢强度较高，塑性、韧性、可焊性好，在土木工程中应用最广泛，大量用于制作钢结构用钢、钢筋和钢板等。Q195钢钢强度不高，塑性、韧性、加工性能与焊接性能较好。主要用于轧制薄板和盘条等。Q215钢钢基本相同，强度稍高，还大量用作管坯和螺栓等。Q275钢钢强度、硬度较高，耐磨性较好，塑性、冲击韧性和可焊性差。不宜用于建筑结构，适合制作机械零件和工具等清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS低合金高强度结构钢u低合金高强度结构钢，合金元素锰(Mn)、硅(Si)、钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)、铬(Cr)、镍(Ni)及稀土元素，为镇静静钢。8个牌号：Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620和Q690。牌号由代表屈服强度的字母屈服强度的字母、屈服强度数值屈服强度数值、质量等级符号质量等级符号组成，质量等级有A、B、C、D、E五个等级。u力学及工艺性能：机械性能（强度、冲击韧性、伸长率等）等应符合国家标准低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢（GB/T 15912008）相关规定，见表7-7。与碳素结构钢相比，强度较高，塑性、低温冲击韧性、可焊性和耐蚀性良好，是一种综合性能良好的建筑钢材。u特性及应用：广泛用于钢结构和钢筋砼结构中，特别是大型、重型、大跨度、高层建筑、桥梁工程、承受动荷载和冲击荷载的结构。Q345钢钢是钢结构常用牌号，承受动荷载能力和耐疲劳性好 清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS优质碳素结构钢u优质碳素结构钢牌号及表示方法：32个牌号：08F、10F、15F、08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、15Mn、20Mn、25Mn、30Mn、35Mn、40Mn、45Mn、50Mn、55Mn、60Mn、65Mn、70Mn；带带“Mn”表示含锰量较高，不带表示含锰量较高，不带“F”表示镇静表示镇静钢钢低含锰量低含锰量（0.25%0.50）、普通含锰量普通含锰量（0.350.80）和较高含锰量较高含锰量（0.701.20）三组，表示方法为：平均含碳量的万分数平均含碳量的万分数-含锰量标识含锰量标识-脱氧程度脱氧程度。u力学及工艺性能：符合国家标准优质碳素结构钢（GB/T 699）相关规定综合性能好，但成本较高。其性能主要取决于含碳量的多少，含碳量高，则强度高，塑性和韧性差。u特性及应用：3045号钢号钢主要用于重要结构的钢铸件和高强度螺栓等45号钢号钢用作预应力混凝土锚具6580号号钢用于生产顶应力混凝土所用的钢丝和钢绞线。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS热轧钢筋热轧钢筋u钢筋混凝上结构用的钢筋主要由碳素结构钢、低合金高强度结构钢和优质碳素钢制成。u根据其表面形状分为光光圆钢筋筋和带肋肋钢筋筋两类。热轧光圆钢筋牌号：HPB235、HPB300；热轧光圆钢筋强度低强度低，塑性和焊接性能好塑性和焊接性能好，广泛用作小型钢小型钢筋混凝土结构筋混凝土结构中的主要受力钢筋以及各种钢筋棍凝土结构中的构造筋构造筋。热轧带肋钢筋牌号：HRB(F)335、HRB(F)3400、HRB(F)3500；带“F”表示细晶粒细晶粒热轧钢筋；u力学及工艺性能见表7-8、7-9。HRB(F)335、HRB(F)400钢筋的强度较高强度较高，塑性和焊接性能较塑性和焊接性能较好好，广泛用于大、中型钢筋混凝土结构的受力筋；HRB(F)500强度高，塑性和焊接性能较差，可作预应力钢筋。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋u冷轧带肋钢筋是热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的三面或两面横肋钢筋。u抗拉强度最小值分为CRB550、CRB650、CRB800和CRB970共4个牌号。力学及工艺性能见表7-10、7-11。uCRB550钢筋的公称直径范围为412mm，CRB650及以以上牌号上牌号钢筋的公称直径为4mm、5mm、6mm。u当进行冷弯试验时，受弯曲部位表面不得产生裂纹，反复弯曲试验的弯曲半径应符合规定。钢筋强屈比屈比RmRp0.2应不小于不小于1.03，经供需双方协议可用最大力总伸长率Agt，代替断后伸长率A。u冷轧带肋钢筋与冷拉、冷拔钢筋相比，强度相近，但克服克服了冷拉、冷拔了冷拉、冷拔钢筋握裹力小筋握裹力小的缺点。u冷轧带肋钢筋在中、小型预应力混凝土结构构件和普通混凝土结构构件中得到越来越广泛的应用。CRB550为普通钢筋混凝土用钢筋，其他牌号为预应力混凝土用钢筋。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS预应力混凝土用热处理钢筋预应力混凝土用热处理钢筋u预应力混凝土用热处理钢筋是用热轧带钢筋经淬火和回火的调质处理而成的，按外形分为有有纵肋肋（公称直径有8.2mm、10mm两种）和无无纵助助（公称直径有6mm、8.2mm两种）两种。u牌号的含义依次为：平均含碳量的万分数平均含碳量的万分数、合金元素符号合金元素符号、合金元素平均含量合金元素平均含量（“2”表示含量为1.52.5，无数字表示含量1.5）、脱氧程度脱氧程度（镇静钢，无该项）。如40Si2Mn表示平均含碳量为0.40、硅含量为1.52.5、锰含量为1.5的镇静钢。u性能及应用：预应力混凝土所用的热处理钢筋强度高，可代替高强钢丝使用；配筋根数少，节约钢村；锚固性好不易打滑，预应力值稳定；施工简便，不需调直及焊接。主要用于预应力钢筋混凝土轨枕，也可用于预应力梁、板结构及吊车梁等。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu预应力混凝土用螺纹钢筋也称精精轧螺螺纹钢筋筋，是一种热轧成带有不连续的外螺纹的直条钢筋，该钢筋在任意截面处，均可用带有匹配形状的连接器或锚具进行连接或锚固。预应力混凝土用螺纹钢筋预应力混凝土用螺纹钢筋u钢筋的公称直径范围为18mm50mm，通常采用25mm、32mm 钢筋。u按屈服强度划分四个级别，表示方法：代号代号“PSB”加屈服屈服强度最小值强度最小值（785、830、930、1080）。如：PSB930表示屈服强度最小值为930MPa的预应力混凝土用螺纹钢筋。u预应力混凝土用螺纹钢筋具有高强度、高韧性高强度、高韧性等特点，广泛应用于大型桥梁、公路预应力构件制作及岩体锚固等。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu由优质碳素碳素结构构钢制成，按加工状态分为冷拉冷拉钢丝（WCD）和消防消防应力力钢丝（低松弛钢丝（WLP），普通松弛钢丝（WNR）；按外形分为光圆（P）、螺旋肋钢丝（H）和刻痕钢丝（I）。预应力混凝土用钢丝预应力混凝土用钢丝u预应力混凝土用钢丝强度高、柔性好（标距为200mm的伸长率大于1.5，弯曲180达4次以上）、无接头、质量稳定可靠、施工方便、不需冷拉、不需焊接等优点。u主要用于大跨度屋架及薄腹梁、大跨度吊车梁、桥梁、电杆和轨枕等的预应力钢筋等。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu预应力混凝土用钢绞丝是以数根数根优质碳碳素素结构构钢丝经绞捻捻和消除内消除内应力的力的热处理理而制成。根据捻制结构（钢丝的股数），将其分为l2、13、（13）I、17和（17）C共5类。预应力混凝土用钢绞线预应力混凝土用钢绞线u预应力混凝土用钢绞线亦具有强度高、柔韧性好、无接头、质量稳定和施工方便等优点，主要用于大跨度、大负荷的后张法预应力屋架、桥梁和薄腹板等结构的预应力筋。u钢绞线的最大负荷随钢丝的根数不同而不同，7根捻制的钢绞线，整根钢绞线的最大力达384kN以上预应力钢绞线后张法锚具清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS热轧型钢热轧型钢u型钢由于截面形式合理，材料在截面上分布对受力最为有利，且构件间连接方便，是钢结构中采用的主要钢材。u钢结构常用型钢有工字钢、H形钢、T形钢、Z形钢、槽钢、等边角钢和不等边角钢等。u我国建筑用的热轧型钢主要采用碳素结构钢和低合金钢，以碳素钢Q235A，低合金钢Q345（16Mn）及Q390（15MnV）应用最多。工字钢工字钢广泛应用于各种建筑结构和桥梁，主要用于承受横向弯曲（腹板平面内受弯）的杆件 H型钢型钢优化了截面分布，有翼缘宽、侧向刚度大、抗弯能力强，常用于承载力大、截面稳定性好的大型建筑 槽钢槽钢可用作承受轴向力的杆件、承受横向弯曲的梁构件等，主要用于建筑结构、车辆制造等。角钢角钢主要用作承受轴向力的杆件和支撑杆件，也可作为受力构件之间的连接零件。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS冷弯薄壁型钢、钢板、钢管冷弯薄壁型钢、钢板、钢管u冷弯薄壁型冷弯薄壁型钢通常用26mm薄钢板冷弯或模压而成，有角钢、槽钢等开口薄壁型型钢及方形、矩形等空心薄壁型钢。可用于轻型钢结构。u钢板板分为热轧钢板和冷轧钢板；按厚度有厚板(厚度4mm)和薄板(厚度4mm)两种。厚板用热轧方式生产，薄钢板多为热轧型。钢种主要是碳素钢，某些重型结构、大跨度桥梁等也采用低合金钢。厚板主要用于结构，薄板主要用于屋面板、楼板和墙板等。在钢结构中，单块钢板不能独立工作，必须用几块板组合成工字形、箱形等结构来承受荷载。u钢管管热轧无缝钢管热轧无缝钢管以优质碳素钢和低合金结构钢为原材料，多采用热轧冷拔联合工艺生产。主要用于压力管道和一些特定钢结构。焊接钢管焊接钢管采用优质或普通碳素钢钢板卷焊而成。按其焊缝形式有直缝电焊钢管直缝电焊钢管和螺旋焊钢管螺旋焊钢管，适用于各种结构、输送管道等。在土木工程中，钢管多用于制作桁架、塔桅、钢管混凝土等，广泛应用于高层建筑、厂房柱、塔柱、压力管道等工程中。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu钢材锈蚀指钢表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象u化学化学锈蚀 钢材与周围的介质（如氧气、二氧化碳、二氧化硫和水等）直接发生化学作用，生成疏松的氧化物而引起的腐蚀。在干燥环境中化学腐蚀的速度缓慢，但在温度高和湿度较大时腐蚀速度大大加快。u电化学化学锈蚀钢材与电解溶液接触而产生电流，形成原电池原电池而引起的锈蚀。电化学锈蚀是建筑钢材在存放和使用个发生锈蚀的主要形式。钢材由不同的晶体组织构成，并含有杂质，这些成分的电极电位不同，当有电解质溶液存在时，形成许多微电池。阳极区：Fe=Fe2+2e 阴极区：2H2O+2e+1/2O2=2OH-+H2 溶液区：Fe2+2OH-=Fe(OH)2，Fe(OH)2+O2+2H2O=Fe(OH)3钢材锈蚀机理钢材锈蚀机理清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu普通混凝土为强碱性环境，pH为12.5左右，对埋入其中的钢筋形成碱性保护。在碱性环境中，阴极过程难于进行。即使有原电池反应存在，生成的Fe(OH)2也能稳定地存在，并成为钢筋的保护膜。因此，用普通混凝土制作的钢筋混凝土，只要混凝土表面没有缺陷，里面钢筋不会锈蚀。u普通混凝土中钢筋锈蚀原因：混凝土不密实，环境中的水和空气能进入混凝土内部；混凝土保护层厚度小或发生严重碳化，失去碱性保护作用；混凝土内Cl-含量过大，使钢筋表面的保护膜被氧化；预应力钢筋存在微裂缝等缺陷，引起应力锈蚀。u为防止钢筋锈蚀，应保证混凝土密实度以及钢筋保护层厚度。限制含氯盐外加剂的掺量并使用钢筋防锈剂（如亚硝酸钠）。预应力砼应禁止使用含氯盐的骨料和外加剂。钢筋混凝土中钢筋锈蚀钢筋混凝土中钢筋锈蚀 清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu表面刷漆表面刷漆表面刷漆是钢结构防止锈蚀的常用方法。刷漆通常有底漆、中间漆、和面漆三道。面漆要求有较好的牢度和耐候性，保护底漆不受损伤或风化 u表面表面镀金属金属用耐腐蚀性好的金属，以电镀或喷镀的方法覆盖在钢材的表面，提高钢材的耐腐蚀能力。常用的方法有镀锌（如白铁皮）、镀锡（如马口铁）、镀铜和镀铬等。u采用耐候采用耐候钢耐候钢即耐大气腐蚀钢，是在碳素钢和低合金钢中加入少量的铜、铬、镍、铜等合金元素而制成。耐候钢既有致密的表面防腐保护，又有良好的焊接性能，其强度级别与常用碳素钢和低合金钢一致，技术指标相近。钢筋锈蚀的防止钢筋锈蚀的防止清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS钢的防火钢的防火u以失去支持能力为标准，无保护层时钢柱和钢屋架的耐火耐火极限极限只有0.25 h，而裸露钢梁的耐火极限为0.15 h。u温度在200 以内，可以认为钢材的性能基本不变；超过300 以后，弹性模量、屈服点和极限强度均开始显著下降，应变急剧增大；至达600 时已经失去承载能力。u钢结构防火保护的基本原理是采用绝热或吸热材料，阻隔火焰和热量，推迟钢结构的升温速率。防火方法以包覆法包覆法为主，即以防火涂料、不燃性板材或混凝土和砂浆将钢构件包裹起来。u防火涂料包裹法防火涂料包裹法是采用防火涂料，紧贴钢结构外露表面包裹钢构件。有膨膨胀型（薄型）型（薄型）和非膨非膨胀型（厚型）。型（厚型）。u不燃性板材包裹法不燃性板材包裹法常用板材有石膏板、硅酸钙板、蛭石板、珍珠岩板、矿棉板、岩棉板等。u实心包裹法心包裹法，一般采用混凝土将钢结构浇筑在其中。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS其他建筑金属材料u铝合金合金常用的铝合余有防锈铝合金防锈铝合金（LF）、硬铝合金硬铝合金（LY）、超超硬铝合金硬铝合金（LC）和锻铝合金锻铝合金（LD）。u常用的装饰用铝合金制品铝合金门窗：有长期维修费用低、性能好、美观和节约能源等优点，故在世界范围内仍得到广泛应用。与普通木门窗、钢门窗相比，铝合金门窗具有质量轻、性能质量轻、性能好、色泽美观、使用维修方便、工业化生产好、色泽美观、使用维修方便、工业化生产u铝合金装饰板及吊顶铝合金装饰板铝合金装饰板是现代流行的建筑装饰板材，具有质量轻、不燃烧、耐久性好、施工方便、装饰效果好等特点。可分为铝铝合金花纹板及浅纹板、压型板、穿孔平板、波纹板合金花纹板及浅纹板、压型板、穿孔平板、波纹板等几种。铝合金吊顶铝合金吊顶：质量轻、不燃烧、耐腐蚀、施工方便、装饰华丽。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS本章知识归纳（I）u钢材一般根据其化学成分、质量等级、冶炼方法和用途来分类。按化学成分可分为碳素碳素钢和合金合金钢两大类。u钢材的性能主要包括力学性能力学性能（抗拉性能、冲击韧性、疲劳强度和硬度等）和工工艺性能性能（冷弯性能、焊接性能和热处理性能等）两个方面。u将钢材的冷加工冷加工可以提高其屈服强度，但塑性和韧性降低。钢材的热处理塑性降低不多，但其强度提高很大，综合性能比较理想。冷加工后通常进行人工人工时效效或自然自然时效效。u土木工程用钢有钢结构用构用钢和钢筋混凝土用筋混凝土用钢两类，前者主要应用有型钢、钢板和钢管，后者主要应用有钢筋、钢丝和钢绞线，而钢制品所用的原料钢多为碳素碳素钢、合金合金钢和低合金低合金钢。清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS本章知识归纳（II）u钢材的锈蚀是指钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象。根据钢材与环境介质作用的机理，腐蚀可分为化化学学锈蚀和电化学化学锈蚀。u为防止钢筋锈蚀，应保证混凝土密实度和钢筋保护层厚度。并可通过表面刷漆、表面镀金属和采用耐候钢防止锈蚀u钢结构防火保护的基本原理是采用绝热或吸热材料，阻隔火焰和热量，推迟钢结构的升温速率。防火方法以有防火涂料包裹法涂料包裹法、不燃性板材包裹法不燃性板材包裹法和实心包裹法实心包裹法。u其他的建筑金属材料主要为铝合金及其制品。铝的性质活泼，在空气中能与氧结合形成致密坚固的氧化