《鋼材的屈服強(qiáng)度》

《鋼材的屈服強(qiáng)度》PPT課件本課件僅供大家學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)完畢請自覺刪除謝謝本課件僅供大家學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)完畢請自覺刪除謝謝2021/10/10星期日1鋼材的特點及其在建筑工程中的應(yīng)用鋼材是土木工程中使用量最大的金屬材料，包括用于鋼結(jié)構(gòu)工程中的各種型鋼（如角鋼、槽鋼、工字鋼等）、鋼板和用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程中的各種鋼筋及鋼絲。2021/10/10星期日2§8金屬材料_建筑鋼材

第一節(jié)鋼的冶煉和分類

第二節(jié)建筑鋼材的主要性能

第三節(jié)建筑鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及選用

第四節(jié)鋼筋混凝土用鋼材2021/10/10星期日3優(yōu)點：（

1）質(zhì)量均勻，性能可靠（2）強(qiáng)度、硬度高（3）塑性、韌性好缺點：（1）易銹蝕（2）維修費用高（3）耐火性差2021/10/10星期日4（一）鋼材的特點

1、鋼材的優(yōu)點：（1）良好的力學(xué)性能：抗拉、抗壓、抗彎、抗剪強(qiáng)度都很高，具有一定的塑性和韌性，常溫下能承受較大的沖擊和振動荷載；（2）良好的加工性能：可以鑄造、鍛壓、焊接、鉚接或螺栓連接，便是裝配等。2、鋼材的缺點：易銹蝕，維修費用大，耐火性差。2021/10/10星期日5（二）鋼材的應(yīng)用1、建筑上由各種型鋼組成的鋼結(jié)構(gòu)安全性大，自重較輕，適用于大跨度和高層結(jié)構(gòu)。2、鋼筋與混凝土組成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，雖然自重大，但節(jié)省鋼材，同時由于混凝土的保護(hù)作用，很大程度上克服和鋼材易銹蝕、維修費用高的缺點。2021/10/10星期日6第一節(jié)鋼的冶煉和分類一、鋼的冶煉鋼是由生鐵冶煉而成。生鐵中碳的含量為2.06％～6.67％，磷、硫等雜質(zhì)的含量也較高。生鐵硬而脆、無塑性和韌性、不能進(jìn)行焊接、鍛造、軋制等加工。2021/10/10星期日7煉鋼的原理：

冶煉生鐵

鋼材

氧化，將碳和其它雜質(zhì)的含量的含量降低到允許范圍2021/10/10星期日8（一）鋼的冶煉方法

轉(zhuǎn)爐煉鋼法平爐煉鋼法電爐煉鋼法2021/10/10星期日9（二）脫氧處理1、為什么要進(jìn)行脫氧處理？在冶煉的過程中，由于氧化作用使部分鐵被氧化，并殘留在鋼水中，降低了鋼的質(zhì)量。因此，在煉鋼后期精煉時，要進(jìn)行脫氧處理。2021/10/10星期日102、如何進(jìn)行？在爐內(nèi)或鋼包中加入脫氧劑（錳鐵、硅鐵、鋁錠等）進(jìn)行脫氧，使氧化鐵還原為金屬鐵。2021/10/10星期日11按照脫氧程度的分類脫氧程度澆注鋼錠時材質(zhì)沸騰鋼脫氧不完全大量的CO氣泡逸出差鎮(zhèn)靜鋼脫氧徹底表面平靜好半鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度和材質(zhì)介于以上二者之間2021/10/10星期日12二、鋼的分類（1）鋼按化學(xué)成分可分為碳素鋼和合金鋼兩類。（2）碳素鋼根據(jù)含碳量可分為：低碳鋼（含碳量小于0.2％），中碳鋼（含碳量0.25％～0.6％），高碳鋼（含碳量大于0.60％）2021/10/10星期日13（4）按鋼在熔煉過程中脫氧程度的不同分為：脫氧充分為鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼（代號為Z和TZ），脫氧不充分為沸騰鋼（代號為F），介于二者之間為半鎮(zhèn)靜鋼（代號為b）。2021/10/10星期日14第二節(jié)建筑鋼材的主要性能鋼材的性能主要包括力學(xué)性能、工藝性能和化學(xué)性能。2021/10/10星期日15一、力學(xué)性能（一）拉伸性能拉伸是建筑鋼材的主要受力形式，所以，拉伸性能是表示鋼材性能和選用鋼材的重要依據(jù)。以低碳鋼為例。2021/10/10星期日16圖8-1為低碳鋼拉伸過程的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系圖。從圖中可以看出，低碳鋼拉伸過程經(jīng)歷了四個階段：彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段和頸縮階段。2021/10/10星期日172021/10/10星期日182021/10/10星期日192021/10/10星期日201、彈性階段（0→A）（1）特點：彈性。在該階段，若缷去外力，試件能恢復(fù)原來的形狀。（2）指標(biāo)：①A點所對應(yīng)的應(yīng)力值——彈性極限，用σP表示。2021/10/10星期日21②彈性模量，用E表示，E＝σ/ε。彈性模量反映鋼材抵抗彈性變形的能力，是計算鋼材在受力條件下變形的重要指標(biāo)。2021/10/10星期日222、屈服階段（A→B）（1）特點：屈服——變形迅速增加，外力則大致在恒定的位置波動，這就是所謂的“屈服現(xiàn)象”，似乎鋼材不能承受外力而屈服。（2）指標(biāo)：屈服強(qiáng)度（也稱為屈服點）——下屈服點B下點所對應(yīng)的應(yīng)力值，用σs表示。2021/10/10星期日233、強(qiáng)化階段（B→C）（1）特點：強(qiáng)化——鋼材抵抗外力的能力重新提高。（2）抗拉強(qiáng)度（強(qiáng)度極限）——C點所對應(yīng)的應(yīng)力值，用σb表示。2021/10/10星期日244、頸縮階段（C→D）（1）特點：頸縮——其抵抗變形的能力明顯降低，在有雜質(zhì)或缺陷處，斷面急劇縮小，直至斷裂。（2）指標(biāo)：伸長率δ。2021/10/10星期日25屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長率這三項指標(biāo)對于鋼材來說具有重要意義，現(xiàn)分述如下。2021/10/10星期日26（1）屈服強(qiáng)度（也稱為屈服點）屈服強(qiáng)度按下式計算：2021/10/10星期日27式中：σs——鋼材的屈服強(qiáng)度（MPa）；Fs——鋼材拉伸達(dá)到屈服點時的屈服荷載（N）；A0——鋼材試件的初始橫截面積（mm2）。屈服強(qiáng)度是確定鋼材容許應(yīng)力的主要依據(jù)。2021/10/10星期日28（2）抗拉強(qiáng)度（也稱為強(qiáng)度極限）抗拉強(qiáng)度按下式計算：2021/10/10星期日29式中：σb——鋼材的抗拉強(qiáng)度（MPa）；Fb——鋼材的極限荷載（N）；A0——鋼材試件的初始橫截面積（mm2）?？估瓘?qiáng)度是鋼材受拉時所能承受的最大應(yīng)力值。2021/10/10星期日30屈服強(qiáng)度σs與抗拉強(qiáng)度σb的比值σs/σb稱為屈強(qiáng)比。σs/σb↑，利用率↑，安全可靠程度↓。σs/σb↓，利用率↓，安全可靠程度↑。建筑結(jié)構(gòu)用鋼合理的屈強(qiáng)比一般為0.60～0.75。2021/10/10星期日31（3）伸長率伸長率按下式計算：2021/10/10星期日32式中：δ——伸長率（當(dāng)L0＝5d0時，為δ5；當(dāng)L0＝10d0時，為δ10）；L1——試件拉斷后標(biāo)距間的長度（mm）；L0——試件原標(biāo)距間長度（mm），如圖8-2所示。2021/10/10星期日33伸長率δ是衡量鋼材塑性的一個重要指標(biāo)，δ↑，塑性↑。對于鋼材來說，一定的塑性變形能力，可保證應(yīng)力重新分布，避免應(yīng)力集中，從而使鋼材用于結(jié)構(gòu)的安全性越大。

2021/10/10星期日342021/10/10星期日352021/10/10星期日36（二）沖擊韌性定義：沖擊韌性——是指鋼材抵抗沖擊荷載而不破壞的能力。指標(biāo)：沖擊韌性值ak（J/cm2），ak↑，沖擊韌性↑。試驗如圖8-3。2021/10/10星期日37沖擊韌性實驗：如圖8-32021/10/10星期日38影響因素：（1）鋼的化學(xué)成分、組織狀態(tài)，以及冶煉、軋制、焊接質(zhì)量都會影響沖擊韌性。舉例說明。2021/10/10星期日39（2）溫度↓，沖擊韌性↓。沖擊韌性隨溫度的降低而下降，開始時下降緩和，當(dāng)達(dá)到一定溫度范圍時，突然下降很多而呈脆性，這種性質(zhì)稱為鋼材的冷脆性。這時的溫度稱為脆性臨界溫度。

2021/10/10星期日40如圖所示：2021/10/10星期日41它的數(shù)值越低，鋼材的低溫沖擊韌性越好。所以，在負(fù)溫下使用的結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)選用脆性臨界溫度較使用溫度低的鋼材。2021/10/10星期日42（3）時間↑，沖擊韌性↓。時效——鋼材隨時間的延長，其強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、沖擊韌性降低的現(xiàn)象稱為時效。2021/10/10星期日43（三）硬度定義：硬度——是指鋼材抵抗較硬物體壓入產(chǎn)生局部變形的能力，亦即鋼材表面抵抗塑性變形的能力。指標(biāo)：布氏硬度值HB，HB↑，硬度↑。測定鋼材硬度常用布氏法，試驗如圖8-4。材料的強(qiáng)度越高，抵抗塑性變形的能力越強(qiáng)，硬度值也就越大。2021/10/10星期日44（四）疲勞強(qiáng)度疲勞破壞—鋼材在交變應(yīng)力作用下，應(yīng)力在遠(yuǎn)低于抗拉強(qiáng)度的情況下突然破壞，這種破壞稱為疲勞破壞。鋼材疲勞破壞的應(yīng)力指標(biāo)用疲勞強(qiáng)度（或稱疲勞極限）來表示，它是指試件在交變應(yīng)力的作用下，不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值。2021/10/10星期日45二、工藝性能鋼材的工藝性能是指鋼材在加工過程中表現(xiàn)出的性能，它直接影響鋼材的加工質(zhì)量。2021/10/10星期日462021/10/10星期日47（一）冷彎性能

定義：冷彎性能——是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。指標(biāo)：①彎曲的角度α；②彎心直徑d與試件直徑（或厚度）a的比值d/a來表示。彎曲角度α越大，d/a越小，說明試件冷彎性能越好，如圖8-5。2021/10/10星期日48冷彎實驗：2021/10/10星期日49（二）冷加工強(qiáng)化及時效1、冷加工強(qiáng)化定義：冷加工強(qiáng)化——鋼材在常溫下，經(jīng)過以超過其屈服強(qiáng)度但不超過抗拉強(qiáng)度的應(yīng)力進(jìn)行加工，產(chǎn)生一定塑性變形，屈服強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性及彈性模量降低，這種現(xiàn)象稱為冷加工強(qiáng)化。2021/10/10星期日50冷加工方式：冷拉、冷拔、冷軋、刻痕等。以鋼材的冷拉為例，如圖8-6；2021/10/10星期日51如圖8-6：2021/10/10星期日52冷拔低碳鋼絲：2021/10/10星期日532021/10/10星期日54未經(jīng)冷拉時，應(yīng)力應(yīng)變曲線為OABCD；冷拉過程：OABKO′；經(jīng)過冷拉后立即進(jìn)行拉伸：應(yīng)力應(yīng)變曲線為O′KCD，屈服強(qiáng)度得到了提高，而塑性、韌性降低；2021/10/10星期日55冷拉后再經(jīng)時效處理：應(yīng)力應(yīng)變曲線為O′KK1C1D1，屈服強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步提高，抗拉強(qiáng)度也得到提高，而塑性和韌性進(jìn)一步降低。2021/10/10星期日562、時效鋼材經(jīng)冷加工后時效可迅速發(fā)展。時效處理的方式有兩種自然時效——鋼材冷加工后，在常溫下存放15～20d。人工時效——鋼材冷加工后，加熱至100～200℃保持2h左右。鋼材經(jīng)過冷加工后，一般進(jìn)行時效處理，通常強(qiáng)度較低的鋼材宜采用自然時效，強(qiáng)度較高的鋼材則應(yīng)采用人工時效。2021/10/10星期日573、冷加工在建筑工程中的應(yīng)用建筑工程中常采用對鋼筋進(jìn)行冷拉和盤條進(jìn)行冷拔的方法，以達(dá)到節(jié)約鋼材的目的。2021/10/10星期日58三、鋼的化學(xué)成分對鋼材性能的影響（一）碳（C）碳是決定鋼材性能的主要元素。含碳量↑，強(qiáng)度、硬度↑，塑性、韌性↓，焊接性能、耐銹蝕性能↓，冷脆性↑，時效敏感性↑。但當(dāng)含碳量大于1.0％時，由于鋼材變脆，抗拉強(qiáng)度反而下降。2021/10/10星期日59硅（Si）、錳（Mn）（二）硅（Si）、錳（Mn）——有益元素脫氧、降硫；硅提高鋼材的強(qiáng)度，對塑性和韌性沒有明顯影響。2021/10/10星期日60硫（S）、磷（P）（三）硫（S）、磷（P）——有害元素硫能夠引起熱脆性，熱脆性嚴(yán)重降低了鋼的熱加工性和可焊性。2021/10/10星期日61硫（S）、磷（P）硫的存在還使鋼的沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度、可焊性及耐蝕性降低。磷能使鋼材的強(qiáng)度、硬度、耐蝕性提高，但顯著降低鋼材的塑性韌性，特別是低溫狀態(tài)的沖擊韌性下降更為明顯，使鋼材容易脆裂，這種現(xiàn)象稱為冷脆性。冷脆性使鋼材的沖擊韌性以及焊接等性能都下降。2021/10/10星期日62氧（O）、氮（N）（四）氧（O）、氮（N）——有害元素這些元素的存在降低了鋼材的強(qiáng)度、冷彎性能和焊接性能。氧還使鋼材的熱脆性增加，氮還使鋼材的冷脆性及時效敏感性增加。2021/10/10星期日63（五）鋁（Al）、鈦（Ti）、釩（V）、鈮（Nb）——有益元素它們均是煉鋼時的強(qiáng)脫氧劑，也是合金鋼常用的合金元素。適量的這些元素加入鋼材內(nèi)，可改善鋼材的組織，細(xì)化晶粒，顯著提高強(qiáng)度和改善韌性。2021/10/10星期日64第三節(jié)建筑鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及選用一、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的簡稱。在各類鋼中，碳素結(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)量最大，用途最廣泛，多軋制成鋼板、鋼帶、型鋼等。2021/10/10星期日65（一）碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示方法碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點的字母、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法等四部分按順序組成。字母“Q”：代表屈服點；屈服點數(shù)值：共分195、215、235、255和275MPa五種；2021/10/10星期日66牌號表示方法：質(zhì)量等級：以硫、磷等雜質(zhì)含量由多到少分為四個等級，分別由A、B、C、D符號表示；脫氧方法：F表示沸騰鋼、b表示半鎮(zhèn)靜鋼、Z表示鎮(zhèn)靜鋼、TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼，Z和TZ在鋼的牌號中予以省略。舉例說明。2021/10/10星期日67例題：1、Q215—A·F:屈服點為215MPa，質(zhì)量等級為A級沸騰鋼。2、Q235—C:屈服點為235MPa，質(zhì)量等級為C級鎮(zhèn)靜鋼2021/10/10星期日68

（二）碳素結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)要求

見表8.2、8.3、8.4。（三）碳素結(jié)構(gòu)鋼的性能和應(yīng)用碳素結(jié)構(gòu)鋼是根據(jù)屈服強(qiáng)度的不同劃分為五個牌號的。從表8.2、8.3、8.4中可知，牌號↑，含碳量↑，強(qiáng)度和硬度↑，塑性、沖擊韌性和冷彎性能↓。2021/10/10星期日69應(yīng)用：建筑工程中應(yīng)用最廣泛的是Q235號鋼。其具有較高的強(qiáng)度，良好的塑性、韌性及可焊性，綜合性能好，能滿足一般鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土用鋼要求，且成本較低，大量被用作軋制成各種型鋼、鋼板及鋼筋。2021/10/10星期日70應(yīng)用：Q195、Q215號鋼常用于軋制薄板和盤條，制造鋼釘、鉚釘、螺栓及鐵絲等。Q215號鋼經(jīng)冷加工后可代替Q235號鋼使用。2021/10/10星期日71應(yīng)用：Q255、Q275號鋼可用于軋制鋼筋、作螺栓配件等，但更多用于機(jī)械零件和工具等。2021/10/10星期日72二、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，添加少量的一種或幾種合金元素（總含量小于5％）的一種結(jié)構(gòu)鋼。所加元素主要有錳（Mn）、硅（Si）、釩（V）、鈦（Ti）、鈮（Nb）、鉻（Cr）、鎳（Ni）及稀土金屬，其目的是為了提高鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性及耐低溫性能等。2021/10/10星期日73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。2021/10/10星期日74（一）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示方法與碳素結(jié)構(gòu)鋼對照掌握。（二）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)要求見表8.5、8.6。（三）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的性能和應(yīng)用Q295號鋼主要用于建筑工程中對強(qiáng)度要求不高的一般工程。2021/10/10星期日75Q345、Q390號鋼主要用于工程中承受較高荷載的焊接結(jié)構(gòu)。Q420、Q460號鋼主要用于大型工程結(jié)構(gòu)荷載大的輕型結(jié)構(gòu)。2021/10/10星期日76第四節(jié)鋼筋混凝土用鋼材鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼材包括鋼筋、鋼絲和鋼絞線。一、鋼筋混凝土用熱軋鋼筋GB：《鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋》（GB13013-1991）《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》（GB1449-1998）2021/10/10星期日77定義：經(jīng)熱軋成型并自然冷