第八章建筑钢材.ppt

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1、1第八章第八章 建筑钢材建筑钢材重点介绍了钢材的力学性能、工艺性能及现行国家标准或规范对钢材的性能及技术要求。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。本章提要本章提要2一、建筑钢材概述一、建筑钢材概述l 定义定义：建筑钢材主要是指用于钢结构中各种型材（如角钢、槽钢、工字钢、圆钢等）、钢板、钢管和用于钢筋混凝土结构中的各种钢筋、钢丝、钢绞线等。l 性能及应用性能及应用：建筑钢材有较高的强度，有良好的塑性和韧性，能承受冲击和振动荷载，易于加工和装配，可以焊接或者铆接，便于装配广泛应用于建筑工程中。l 缺点

2、缺点：易锈蚀，耐火性差。319961996年以来，我国钢年以来，我国钢产量一直居世界第一产量一直居世界第一位。位。20062006年中国粗钢年中国粗钢产量突破产量突破4 4亿吨亿吨,占世占世界钢产量的界钢产量的34.4%34.4%，相当于前六大钢铁生相当于前六大钢铁生产国日本、美国、俄产国日本、美国、俄罗斯、韩国、德国、罗斯、韩国、德国、印度的总和。印度的总和。钢筋混凝土用热轧带钢筋混凝土用热轧带肋钢筋是重要的钢铁肋钢筋是重要的钢铁产品，它应用范围广，产品，它应用范围广，生产量大。据粗略的生产量大。据粗略的统计：统计：20062006年我国钢年我国钢筋实际产量已达筋实际产量已达87928792

3、万吨左右，约占我国万吨左右，约占我国钢产量的钢产量的20.8%20.8%。近年来，伴随我国经济持续高近年来，伴随我国经济持续高速增长，建筑业作为我国国民速增长，建筑业作为我国国民经济支柱产业之一也得到了快经济支柱产业之一也得到了快速的发展。由于速的发展。由于目前我国建筑目前我国建筑主要为钢筋混凝土结构形式，主要为钢筋混凝土结构形式，钢筋的生产与消费量增长很快钢筋的生产与消费量增长很快。4567891011121314第一节第一节 钢的分类钢的分类 钢的化学成分对钢材性能的影钢的化学成分对钢材性能的影响响一、钢材的分类：一、钢材的分类：l 按化学成分分类碳素钢，合金钢，低合金钢：合金元素总含量

4、5.0 l 按质量（杂质含量）分类 普通钢，优质钢，高级优质钢l 按用途分类 结构钢：建筑工程用结构钢、机械制造用结构钢 工具钢：用于制作道具、量具、模具等 特殊钢：不锈钢、耐酸钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等l 按脱氧方法分类 沸腾钢，镇静钢，半镇静钢建筑工程中常用的钢种是建筑工程中常用的钢种是普通低碳素结构钢普通低碳素结构钢和和普通低普通低合金结构钢合金结构钢。15以下为沸腾钢（A）与镇静钢（B）两钢锭的纵剖面，请观察其结构差别，讨论其性能差异。观察与讨论讨论(B)镇静钢(A)沸腾钢(A)沸腾钢(B)镇静钢(A)沸腾钢16讨论：从图中可见，沸腾钢的气泡明显多于镇静钢，沸腾钢沸腾钢是脱氧不完全的钢

5、，浇铸后在钢液冷却时有大量一氧化碳气体外逸，引起钢液剧烈沸腾。沸腾钢内部杂质和夹杂物多，化学成分和力学性能不够均匀、强度低、冲击韧性和可焊性差，但生产成本低，可用于一般地建筑结构。镇静钢镇静钢是指在浇铸时，钢液平静地冷却凝固，基本无一氧化碳气泡产生,是脱氧较完全的钢。钢质均匀密实，品质好，但成本高。镇静钢可用于承受冲击荷载地重要结构。17二、钢的化学成分对钢材性能的影响二、钢的化学成分对钢材性能的影响1、有益元素、有益元素:1）碳（C）。碳是形成钢材强度的主要成分，是钢材中除铁以外最主要的元素。含碳量高，则钢材强度高，但同时钢材的塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀能力下降。因此，建筑钢材对含

6、碳量要加以限制，一般不应超过0.22，在焊接结构中还应低于0.20。2）硅（Si）。硅是强脱氧剂强脱氧剂，是制作镇静钢的必要元素。硅适量时（1%)可提高钢材的强度而不显著影响其塑性、韧性、冷弯性能及可焊性。3）锰（Mn）。它能显著提高钢材的强度而不过多降低塑性和冲击韧性。锰有脱氧作用，同时还可以消除硫引起的钢材消除硫引起的钢材热脆现象及改善冷脆倾向热脆现象及改善冷脆倾向。4）钒（V）。钒是钢中合金元素，能提高钢材的强度和抗锈蚀性，又不显著降低塑性。182、有害元素：、有害元素：1）硫（S）是有害元素，属杂质。使钢材变脆，易出现裂缝，硫还会降低钢材的冲击韧性、可焊性、疲劳强度及抗锈蚀能力。因此，

7、对硫的含量必须严加控制。2）磷（P）可以提高钢材的强度和抗锈蚀能力，但却严重降低钢材的塑性、韧性和可焊性，特别是在温度较低时使钢材变脆（冷脆冷脆），既在低温条件下使钢材的塑性和韧性显著降低，钢材容易脆裂。3）氧（O）和氮（N）是有害元素，氧能使钢材热脆，其作用比硫剧烈；氮能使钢材冷脆，与磷类似，故其含量应严格控制。由于氧和氮在冶炼过程中容易逸出，一般不会超过极限含量，故不作含量要求。19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，请分析事故原因。案例分析分析答案钢结构屋架坍塌钢结构屋架坍塌 钢结构屋架20分析：首先是因为钢材的选用不当，中碳钢的塑性和韧性比低碳钢差；且其焊接性能

8、较差，焊接时钢材局部温度高，形成了热影响区，其塑性及韧性下降较多，较易产生裂纹。建筑上常用低碳钢和低合金结构钢。21第二节第二节 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能一、一、拉伸性能拉伸性能l拉伸性能是建筑钢材最重要最重要的性能。从低碳钢的应力-应变试验视频中可看出，低碳钢从受拉到拉断，经历了四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段和颈缩阶段。l通过对钢材进行抗拉试验所测得的弹性模量、屈服强度、抗拉强度弹性模量、屈服强度、抗拉强度和伸长率和伸长率是钢材的四个重要技术性质指标。E式中 材料的应变;材料的应力;E材料的弹性模量应力与应变应力与应变22建筑

9、钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能1、弹性阶段OA 一条通过原点一条通过原点的直线，应力与应变成正比。的直线，应力与应变成正比。弹性弹性弹性模量弹性模量 E E值的大小反映了钢材抵抗值的大小反映了钢材抵抗弹性变形的能力。弹性变形的能力。E0LLOAFA低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图p E1 E2l图形的特点：l 试件的特点：ABCD23建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能2、屈服阶段AB 一条波动的曲线，应力增加很小，而应变增加很大。所能承受的拉力增加很小，而塑性变形迅速增加，似乎钢材不能承受外力 屈服强度（也叫屈服点）0LLl图形的特点：l试件的特点：l计算的指标：OAFA低碳钢

10、受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图pACDBB上上B下下:ss屈服。243、强化阶段BC 一段上升的曲线。抵抗塑性变形的能力又重新提高抗拉最大强度：l图形的特点：l试件的特点：0LLOAFA低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图pACDBB上上B下下sbC点对应的应力。建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能强化。254、颈缩阶段CD 一段下降的曲线。变形迅速发展，在有杂质或缺陷处，断面急剧缩小 ，直到断裂。伸长率：l图形的特点：l试件的特点：l计算的指标：AF0LLOApACDBB上上B下下sb%100001LLLL1L0建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能l计算的指标：颈缩26三个重

11、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 ，安全可靠程度3.伸长率 衡量钢材塑性的指标，越大说明钢材的塑性越好 bs%100001LLL27二、冷弯性能二、冷弯性能l定义：定义：指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。l检验检验：按规定的弯曲角和弯心直径进行试验，试件的弯曲处不发生裂缝、断裂或漆层，即认为冷弯性能合格。(a)试样安装；(b)弯曲90；(c)弯曲180；(d)弯曲至两面重合；(e)规定弯心 28 如视频所示 钢材的冷弯性能和伸长率都是塑性变形能力的反映。29三、三、冲击韧性冲击韧性l钢材的冲击韧性冲击韧性是指钢材抵抗冲击

12、荷载而不被破坏的能力。l冲击韧性实验当试验机的重摆从一定高度自由落下时，在试样中间开V型缺口，试样吸收的能量等于重摆所作的功W。l影响钢材冲击韧性的因素很多，钢的化学成分、组织状态，以及冶炼、轧制质量都会影响冲击韧性 钢材的冲击韧性试验l韧性韧性与试验温度有关。当试验温度低于某 值时，发生脆性断裂.30(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 钢的化学成分;例：S、P冲击韧性冶炼及轧制质量;质量冲击韧性温度;温度，冲击韧性 31四、可焊性四、可焊性 l焊接焊接：它是钢结构的主要连接形式。l焊接性能：焊接性能：是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其

13、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。l影响因素影响因素：钢材的化学成分对钢材的可焊性有很大的影响。l选择选择：焊接结构用钢，选含碳量较低的氧气转炉或平炉镇静钢。对高碳钢及合金钢，需要采用焊前预热及焊后热处理等措施。3233第三节第三节 钢筋的冷加工、时效及应用钢筋的冷加工、时效及应用l冷加工强化处理：将钢材在常温下进行冷加工（如冷拉、冷拔或冷轧），使之产生塑性变形，从而提高屈服强度。经强化处理过的钢材塑性和韧性降低，弹性模量降低。l时效：钢材在冷加工后长时间的搁置中，会自发地呈现强度和硬度逐渐提高，而塑性和韧性逐渐降低的现象。人工时效：加热到1

14、00C 200C并保持一定时间，适合于高强钢筋；自然时效：常温下存放15 20天，适合用于低强度钢筋。34钢筋冷拉后屈服强度可提高钢筋冷拉后屈服强度可提高15%-20%，冷拔，冷拔后屈服强度可提高后屈服强度可提高40%-60%。低碳钢受冷拉力应变低碳钢受冷拉力应变35注注：（：（1）冷拉仅能提高钢筋的抗拉强度，不能提高抗压强）冷拉仅能提高钢筋的抗拉强度，不能提高抗压强 度；冷拔可同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度；度；冷拔可同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度；（2）钢筋经冷加工后，力学性能发生显著变化；强度）钢筋经冷加工后，力学性能发生显著变化；强度提高，塑性降低，由软钢变成硬钢。提高，塑性降低，

15、由软钢变成硬钢。低碳钢受冷拔图低碳钢受冷拔图人工低碳钢冷加工视频人工低碳钢冷加工视频机械低碳钢冷加工视频机械低碳钢冷加工视频363738建筑钢材分类：第四节第四节 建筑钢材的标准与选用建筑钢材的标准与选用 按用于不同的工程结构类型可分为：钢结构用钢，如各种型钢、钢板、钢管等；钢筋混凝土工程用钢，如各种钢筋和钢丝。从材质上分：普通碳素结构钢 低合金结构钢39一、碳素结构钢一、碳素结构钢碳素结构钢的牌号由4个要素组成：脱氧程度代号，F代表沸腾钢；b代表半镇静钢Z；Z代表镇静钢；TZ代表特殊镇静钢，（Z、TZ符号可予以省略)。钢材屈服点数值质量等级代号分A、B、C、D四级钢材屈服点代号，以“屈”字汉

16、语拼音首位字母“Q”表示Q235AF表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。40牌号牌号统一数学统一数学代号代号等级等级厚度厚度（或直（或直径）径）mm脱氧方脱氧方法法化学成份（质量分数）化学成份（质量分数）%，不大于，不大于CSiMnPSQ195U11952F、Z0.120.300.500.0350.040Q215U12152AF、Z0.150.351.200.0450.050U12155B0.045Q235U12352AF、Z0.220.0351.400.0450.050U12355B0.200.045U12358CZ0.170.400.040U12359DTZ0.035Q275U12752AF、Z0.240.0351.500.0450.050U12755B40Z0.210.0450.045400.22U12758CZ0.200.0400.040U12759DTZ0.035（1）表中为镇静钢、特殊镇静钢牌号的统一数字，沸腾钢牌号的统一数字代号如下：）表中为镇静钢、特殊镇静钢牌号的统一数字，沸腾钢牌号的统一数字代号如下：Q195FU11950；Q215AFU12150，Q215BFU1