鋼材的抗拉性能

1、掌握：建筑鋼材的主要性能。 熟悉：建筑鋼材的常用鋼種及應(yīng)用。 了解：鋼筋混凝土用鋼材的品種及應(yīng)用。 本章教學(xué)目標(biāo)l第一節(jié)第一節(jié) 概述概述l第二節(jié)第二節(jié) 建筑鋼材的主要技術(shù)性能建筑鋼材的主要技術(shù)性能l第三節(jié)第三節(jié) 建筑鋼材的常用鋼種建筑鋼材的常用鋼種l第四節(jié)第四節(jié) 鋼筋混凝土用鋼材鋼筋混凝土用鋼材第一節(jié)鋼的生產(chǎn)和分類l平爐煉鋼l氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼l電爐煉鋼 一一 鋼的鋼的生產(chǎn)生產(chǎn)l(1)沸騰鋼l(2)鎮(zhèn)靜鋼l(3)半鎮(zhèn)靜鋼根據(jù)脫氧程度分為：按化學(xué)成分分： 碳素鋼和合金鋼。 按脫氧程度分：沸騰鋼：脫氧不完全的鋼，代號(hào)“F”鎮(zhèn)靜鋼：脫氧完全的鋼，代號(hào)“Z”特殊鎮(zhèn)靜鋼：脫氧完全，比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程 度充分徹底的

2、鋼，代號(hào)為“TZ”按鋼的用途可分： 結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼。第二節(jié) 建筑鋼材的力學(xué)性能 建筑鋼材的技術(shù)性能建筑鋼材的技術(shù)性能力學(xué)性能力學(xué)性能工藝性能工藝性能化學(xué)性能化學(xué)性能抗拉性能抗拉性能沖擊韌性沖擊韌性疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度硬硬 度度冷彎性能冷彎性能鋼材的拉伸演示過程以低碳鋼為例鋼材的拉伸演示過程以低碳鋼為例L0F1F1F2F2F3F3d0L0=5d0或10d0L1L2低碳鋼的受拉過程分為四個(gè)階段低碳鋼的受拉過程分為四個(gè)階段建筑鋼材的抗拉性能建筑鋼材的抗拉性能0LLOAF彈性階段彈性階段OAOA屈服階段屈服階段ABAB強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段BCBC頸縮階段CDABCD低碳鋼受拉的應(yīng)力應(yīng)變圖低碳鋼受拉

3、的應(yīng)力應(yīng)變圖建筑鋼材的抗拉性能建筑鋼材的抗拉性能一、彈性階段OA 一條通過原點(diǎn)一條通過原點(diǎn)的直線，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。的直線，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。 彈性彈性彈性模量彈性模量 E E值的大小反映了鋼材抵抗值的大小反映了鋼材抵抗彈性變形的能力。彈性變形的能力。 A點(diǎn)對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。的應(yīng)力。tgE:p0LLOAFA低碳鋼受拉的應(yīng)力應(yīng)變圖低碳鋼受拉的應(yīng)力應(yīng)變圖p E1 E2l圖形的特點(diǎn)：l 試件的特點(diǎn)：l計(jì)算的指標(biāo)：ABCD彈性極限建筑鋼材的抗拉性能建筑鋼材的抗拉性能二、屈服階段AB 一條波動(dòng)的曲線，應(yīng)力增加很小，而應(yīng)變?cè)黾雍艽蟆?所能承受的拉力增加很小，而塑性變形迅速增加，似乎鋼材不能承受外力 屈服強(qiáng)

4、度（也叫屈服點(diǎn)） 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。0LLl圖形的特點(diǎn)：l試件的特點(diǎn)：l計(jì)算的指標(biāo)：OAFA低碳鋼受拉的應(yīng)力應(yīng)變圖低碳鋼受拉的應(yīng)力應(yīng)變圖pACDBB上上B下下:s下BsAFss屈服。三、強(qiáng)化階段BC 一段上升的曲線。抵抗塑性變形的能力又重新提高抗拉強(qiáng)度 l圖形的特點(diǎn)：l試件的特點(diǎn)：l計(jì)算的指標(biāo)：0LLOAFA低碳鋼受拉的應(yīng)力應(yīng)變圖低碳鋼受拉的應(yīng)力應(yīng)變圖pACDBB上上B下下s:bAFbbbC點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。建筑鋼材的抗拉性能建筑鋼材的抗拉性能強(qiáng)化。四、頸縮階段CD 一段下降的曲線。變形迅速發(fā)展，在有雜質(zhì)或缺陷處，斷面急劇縮小 ，直到斷裂。伸長(zhǎng)率： l圖形的特點(diǎn)：l試件的特點(diǎn)：l計(jì)算的指標(biāo)：AF0LL

5、OApACDBB上上B下下sb%100001LLLL1L0建筑鋼材的抗拉性能建筑鋼材的抗拉性能l計(jì)算的指標(biāo)：頸縮三個(gè)重要的指標(biāo)1.屈服強(qiáng)度s 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼材強(qiáng)度取值的依據(jù)2.抗拉強(qiáng)度b 鋼材所能承受的最大應(yīng)力 屈強(qiáng)比 屈強(qiáng)比，利用率 ，安全可靠程度3.伸長(zhǎng)率 衡量鋼材塑性的指標(biāo)，越大說(shuō)明鋼材的塑性越好 bsbsAF0LLOApACDBB上上B下下sbsbbs%100001LLL4斷面收縮率L10AAnd0L0L0=5d0或10d0A0、 An前后的截面積5與10誰(shuí)大2 . 0中碳鋼、高碳鋼的應(yīng)力應(yīng)變圖l規(guī)定：產(chǎn)生殘余變形為原始標(biāo)距的0.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值，作為硬鋼的屈服強(qiáng)度，稱為條件屈服強(qiáng)度

6、，用0.2表示。1時(shí)間：2011-4-14 鋼材抵抗沖擊荷載的能力。 定義試件FAKk討論與分析計(jì)算式測(cè)試方法演示ak沖擊韌性。l鋼的化學(xué)成分;例：S、P沖擊韌性l冶煉及軋制質(zhì)量質(zhì)量沖擊韌性l溫度溫度，沖擊韌性 ak影響沖擊韌性的因素 設(shè)計(jì)承受交變荷載且須進(jìn)行疲勞驗(yàn)算的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)當(dāng)了解所用鋼材的疲勞強(qiáng)度。l硬度是指鋼材抵抗硬物體壓入鋼材的表面的能力。l方法：布氏法、洛氏法和維氏法，常用方法是布氏法和洛氏法。定義測(cè)定方法演示討論與分析l材料的硬度往往與材料的其它性能有一定的相關(guān)系，如：鋼材的HB值與抗拉強(qiáng)度 之間有較好的相關(guān)關(guān)系。HBb6 . 3175HB，當(dāng)HBb5 . 3175HB，當(dāng) 指鋼

7、材在常溫下承受彎曲變形的能力， 試件被 彎曲角度、彎心直徑與厚度的比值d/a 定義指標(biāo)試驗(yàn)演示l彎曲角度 d/a，表示對(duì)冷彎性能要求越高。結(jié)論試驗(yàn)演示l鋼材的冷加工方式有冷拉、冷拔和冷軋。( (一一) ) 鋼材的冷加工及時(shí)效鋼材的冷加工及時(shí)效鋼筋經(jīng)冷拉時(shí)效后應(yīng)力鋼筋經(jīng)冷拉時(shí)效后應(yīng)力- -應(yīng)變圖的變化應(yīng)變圖的變化 l鋼筋冷拉后屈服強(qiáng)度可提高15%-20%，冷拔后屈服強(qiáng)度可提高40%-60%。(二) 冷加工在工程中的應(yīng)用1.碳是決定鋼材性能的主要元素。l隨著含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性下降。但當(dāng)含碳量大于1.0%時(shí)，由于鋼材變脆，強(qiáng)度反而下降。含碳量對(duì)熱軋?zhí)妓劁撔再|(zhì)的影響 b抗拉強(qiáng)

8、度；k沖擊韌性；HB硬度；伸長(zhǎng)率；面積縮減率 2.硅、錳 l加入硅和錳可以與鋼中有害成分FeO和FeS分別形成SiO2、MnO和MnS而進(jìn)入鋼渣排出，起到脫氧、降硫的作用。 3.硫、磷 l硫使鋼材的熱脆性增加，磷能使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，但顯著降低鋼材的塑性和韌性，使鋼材的冷脆性增加。 4.氧、氮l降低了鋼材的強(qiáng)度、冷彎性能和焊接性能。氧還使鋼的熱脆性增加，氮使冷脆性及時(shí)效敏感性增加。5.鋁、鈦、釩、鈮l是鋼的強(qiáng)脫氧劑和合金元素。能改善鋼的組織、細(xì)化晶粒、改善韌性，并顯著提高強(qiáng)度。 第四節(jié)建筑鋼材的常用鋼種l普通碳素結(jié)構(gòu)鋼簡(jiǎn)稱碳素結(jié)構(gòu)鋼，化學(xué)成分主要是鐵，其次是碳，故也稱鐵-碳合金。其含碳量為0

9、.02%-2.06%，此外尚含有少量的硅、錳和微量的硫、磷等元素。一一 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧程度符號(hào)四部分按順序組成。( (一一) ) 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)表示方法碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)表示方法( (二二) ) 碳素結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)要求碳素結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)要求( (三三) ) 碳素結(jié)構(gòu)鋼的性能和應(yīng)用碳素結(jié)構(gòu)鋼的性能和應(yīng)用l低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼綜合性能較為理想，尤其在大跨度、承受動(dòng)荷載和沖擊荷載的結(jié)構(gòu)中更適用，而且與使用碳素鋼相比，可節(jié)約鋼材20%-30%，但成本并不很高。 二二 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼l( (一一) )低合金高強(qiáng)度結(jié)

10、構(gòu)鋼的牌號(hào)表示方法低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)表示方法 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由屈服點(diǎn)字母屈服點(diǎn)字母Q Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)三個(gè)部分組成，共有三個(gè)部分組成，共有5 5個(gè)牌個(gè)牌號(hào)。號(hào)。l( (二二) )碳素結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)要求碳素結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)要求l( (三三) )碳素結(jié)構(gòu)鋼的性能和應(yīng)用碳素結(jié)構(gòu)鋼的性能和應(yīng)用第四節(jié)鋼材混凝土用鋼材l熱軋光圓鋼筋的強(qiáng)度較低，但塑性及焊接性能很好，便于各種冷加工，因而廣泛用作普通鋼筋混凝土構(gòu)件的受力筋及各種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造筋；HRB335和HRB400鋼筋強(qiáng)度較高，塑性和焊接性能也較好，故廣泛用作大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的

11、受力鋼筋；HRB500鋼筋強(qiáng)度高，但塑性和焊接性能較差，可用作預(yù)應(yīng)力鋼筋。一一 鋼筋混凝土用熱軋鋼筋鋼筋混凝土用熱軋鋼筋(a)等高肋鋼筋；(b)月牙肋鋼筋 熱軋鋼筋的力學(xué)性能和工藝性能熱軋鋼筋的力學(xué)性能和工藝性能 二二 冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋l冷軋帶肋鋼筋既具有冷拉鋼筋強(qiáng)度高的特點(diǎn)，同時(shí)又具有很強(qiáng)的握裹力，混凝土對(duì)冷軋帶肋鋼筋的握裹力是同直徑冷拔低碳鋼絲的36倍，大大提高了構(gòu)件的整體強(qiáng)度和抗震能力。這種鋼筋適用于中、小型預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件。 冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋l熱處理鋼筋經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理而成，具有強(qiáng)度高、韌性高、粘結(jié)力高和塑性降低小等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件 。三三 預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋熱處理鋼筋的力學(xué)性質(zhì)熱處理鋼筋的力學(xué)性質(zhì)(GB 44631984)(GB 44631984) 四四 預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲l預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲質(zhì)量穩(wěn)定、安全可靠、強(qiáng)度高、無(wú)接頭、施工方便，主要用于大跨度的屋架、薄腹架、吊車梁或橋梁等大型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，還可用于軌枕、壓力管道等預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。