建筑鋼材課件--PPT

1、第8章 建筑鋼材,建筑鋼材是重要的建筑材料。它主要指用于鋼結(jié)構(gòu)中各種型材(如角鋼、槽鋼、工字鋼、圓鋼等)、鋼板、鋼管和用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的各種鋼筋、鋼絲等。由于鋼材在工廠生產(chǎn)中有較嚴(yán)格的工藝控制，因此質(zhì)量通常能夠得到保證。 建筑鋼材具有一系列優(yōu)良的性能它有較高的強(qiáng)度，有良好的塑性和韌性，能承受沖擊和振動(dòng)荷載；可以焊接或鉚接，易于加工和裝配，所以被廣泛地應(yīng)用于建筑工程中。但鋼材也存在易銹蝕及耐火性差的缺點(diǎn),建筑鋼材用于建筑工程的各種鋼材，包括鋼 筋、鋼絲、各種型鋼、鋼板、復(fù)合 板、建筑五金等。 優(yōu)點(diǎn)：品質(zhì)均勻； 力學(xué)性能好（強(qiáng)度高，塑性和韌性好）； 易于加工成板材、型材和線材； 焊接和鉚接性能

2、良好。 缺點(diǎn)：易銹蝕、維護(hù)費(fèi)用高； 耐腐蝕性差，耐火性差； 生產(chǎn)能耗大。,建筑鋼材,南京地鐵公司大樓,巴黎埃菲爾鐵塔,香港青馬大橋(鋼懸索橋),南京長(zhǎng)江第三大橋（鋼索塔、鋼橋面）,世界貿(mào)易中心雙塔（110層）,完全坍塌,某鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 施工現(xiàn)場(chǎng),7.1 鋼的冶煉和分類,7.11、鋼的冶煉 鋼和鐵的主要成分是鐵和碳。含碳量大于2.06的為生鐵，含碳量小于2.06的為鋼。 第一步：生鐵的冶煉是將鐵礦石、石灰石、焦碳和少量錳礦石在高爐內(nèi)，在高溫的作用下進(jìn)行還原反應(yīng)和其他的化學(xué)反應(yīng)，鐵礦石中的氧化鐵形成金屬鐵，然后再吸收碳而成生鐵。原料中的雜質(zhì)則和石灰石等化合成熔渣。 鐵礦石 鐵水礦渣,冶煉,一、鋼

3、的冶煉,第二步：鋼的冶煉是以鐵水或生鐵作為主要原料，在轉(zhuǎn)爐、平爐或電爐中冶煉。與生鐵的冶煉相反，是用氧化的方法來(lái)除去鐵中的碳及部分雜質(zhì). 鐵水或鐵塊、廢鋼 鋼水鋼渣,冶煉,第8章 建筑鋼材,8.1 鋼材的分類 鋼材的化學(xué)成分,生產(chǎn)鋼不可避免元素：Si、Mn、P、S、N 專門加入的合金元素：Si、Mn、Ti、V、 Ni、Nb及稀土元素,鐵：主要元素 碳：0.02%2.06% 其他元素,第8章 建筑鋼材,8.1.1 分類 1.按化學(xué)成分分類,低碳鋼：含碳量0.6%,（1）碳素鋼 （碳鋼）,（2）合成鋼 專門加入合金元素,按合金元素含量分,低合金鋼：合金元素總含量10%,第8章 建筑鋼材,3.鑄錠

4、按冶煉時(shí)脫氧程度分,沸騰鋼：脫氧不充分，殘留FeO與C結(jié)合，生成氣體冒出。代號(hào)“F” 鎮(zhèn)靜鋼：脫氧充分，在鋼模內(nèi)平靜凝固，代號(hào)“2” 半鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度介于“F”與“2”之間，代號(hào)“b” 特殊鎮(zhèn)靜鋼：脫氧徹底，代號(hào)“TZ”,4按用途分類,結(jié)構(gòu)鋼：建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)械制造（低、中碳鋼） 工具鋼：各種工具（高碳鋼） 特殊鋼：不銹鋼（具有各種特殊的物理化學(xué)性質(zhì)）,第8章 建筑鋼材,8.1.2 鋼材中的常存雜質(zhì),硫：來(lái)自礦石燃料，生成FeS，鋼材加工時(shí)易裂縫，熱脆性。 磷：來(lái)自礦石燃料，生成Fe3P，塑性韌性降低，脆性很大。 碳：煉鋼氧化過程中存于鋼中，使鋼材焊接性能變壞，易腐蝕， 冷脆性。 錳：煉鋼時(shí)脫氧

5、、硫殘留鋼中，具有很強(qiáng)的脫氧、硫能力，大大改善 鋼材加工性能，提高強(qiáng)度硬度。1%時(shí)，塑性韌性降低，可焊接性 變差。 硅：脫氧劑，較錳強(qiáng)。 兩面性：硅很低時(shí)，強(qiáng)度增加；硅很高時(shí)，其他性能降低。 氧：與碳、磷相似。,有 害 元 素,第8章 建筑鋼材,8.2 建筑材料的主要技術(shù)性能,力學(xué)性質(zhì)：強(qiáng)度、彈性、塑性、耐磨性 工藝性質(zhì)（可加工性）：冷彎、可焊性,第8章 建筑鋼材,8.2.1 力學(xué)性能 1.抗拉性能是建筑鋼材最重要的力學(xué)性能。,拉伸過程分四個(gè)階段： OA：彈性階段 AB：屈服階段 BC：強(qiáng)化階段 CD：頸縮階段,卸去外力恢復(fù)原來(lái)形狀,斷裂,第8章 建筑鋼材,拉伸性能指標(biāo)：主要有屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度

6、和伸長(zhǎng)率等。 （1）屈服強(qiáng)度（屈服點(diǎn)） 上屈服強(qiáng)度：試樣首次屈服前的最大應(yīng)力； 下屈服強(qiáng)度：不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最小強(qiáng)度，即屈服點(diǎn),第8章 建筑鋼材,（2）伸長(zhǎng)率：塑性指標(biāo) 。,意義： 值越大，塑性增強(qiáng)，可避免結(jié)構(gòu)過早破壞；加工性 增強(qiáng)， 安全性增強(qiáng)。,lo試件原始標(biāo)距長(zhǎng)度，mm ； l1試件拉斷后測(cè)定出伸長(zhǎng)后標(biāo)距部分的長(zhǎng)度，mm。,第8章 建筑鋼材,（4）斷面收縮率：塑性指標(biāo)。,AO試樣拉斷后頸縮處的截面積，mm2； A1表示鋼材的原始截面積，mm2。 伸長(zhǎng)率和斷面收縮率均表示鋼材斷裂前經(jīng)受塑性變形的能力。,第8章 建筑鋼材,2.沖擊韌性 指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。 雜質(zhì)、溫度對(duì)鋼材沖擊影響

7、都很大。,3.耐疲勞性 疲勞破壞：交變荷載反復(fù)作用，鋼材在應(yīng)力低于遠(yuǎn)屈服強(qiáng)度時(shí),逐漸形成細(xì)微裂縫，裂縫發(fā)展到一定程度，突然發(fā)出脆性斷裂的現(xiàn)象。 危害極大,4.硬度 指材料抵抗其他較硬物體壓入的能力。是材料表面抵抗變形的能力。 試驗(yàn)方法：布氏法,第8章 建筑鋼材,8.2.2 工藝性能 冷彎性能：常溫下鋼材承受彎曲變形的能力。 焊接性能：鋼結(jié)構(gòu)中90%以上為焊接結(jié)構(gòu),焊接性非常重要。,第8章 建筑鋼材,（1）冷彎性能 冷彎性能試驗(yàn)：試件被彎曲的角度（90、180）。,冷彎試驗(yàn)意義：能反映試件彎曲處的塑性變形，能揭示鋼材是否存在內(nèi)部組織不均勻、內(nèi)應(yīng)力和夾雜物等缺陷。 冷彎試驗(yàn)也能對(duì)鋼材的焊接質(zhì)量進(jìn)行

8、嚴(yán)格的檢驗(yàn)，能揭示焊件受彎表面是否存在未熔合，裂縫及夾雜物等缺陷。,判定標(biāo)準(zhǔn)：若試件彎曲處的 外表面無(wú)裂斷、裂縫或起層， 認(rèn)為冷彎性能合格。,第8章 建筑鋼材,（2）焊接性能,焊接方式：搭接、對(duì)接 焊接要求： 焊接處（焊縫及其附近過熱區(qū)）不產(chǎn)生 裂縫及硬脆傾向。 焊接處與母材一致，即拉伸試驗(yàn)，強(qiáng)度 不低于原鋼材強(qiáng)度。 注意：焊前預(yù)熱，焊后熱處理。 影響因素：碳、合金元素等雜質(zhì)元素越多，可焊性越小。,第8章 建筑鋼材,8.3 鋼材的強(qiáng)化與加工 8.3.1 冷加工 指鋼材在常溫下進(jìn)行的加工。 常見的冷加工方式：冷拉、冷拔、冷軋、冷扭、刻痕等。 特點(diǎn)：鋼材經(jīng)冷加工產(chǎn)生塑性變形，從而提高其屈服強(qiáng)度，

9、長(zhǎng)度增加，節(jié)約鋼材。冷拔后鋼材表面光潔。 這一過程稱為冷加工強(qiáng)化處理。,現(xiàn)場(chǎng)加工方法,第8章 建筑鋼材,8.3.2 時(shí)效處理 將經(jīng)過冷拉的鋼筋于常溫下存放1520d，或 加熱到100200并保持一段時(shí)間,這個(gè)過程稱為時(shí)效處理。,自然時(shí)效,作用: 鋼筋冷拉以后再經(jīng)過 時(shí)效處理，其屈服點(diǎn) 進(jìn)一步提高，塑性繼 續(xù)有所降低。,人工時(shí)效,第8章 建筑鋼材,8.5 土木工程常用鋼材 2.5.1 鋼結(jié)構(gòu)用鋼 2.5.2 混凝土結(jié)構(gòu)用鋼,第8章 建筑鋼材,8.5.1 鋼結(jié)構(gòu)用鋼 1.碳素結(jié)構(gòu)鋼 （1）碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào) 表示按順序：屈服點(diǎn)字母（Q）、屈服點(diǎn)數(shù)值（單位MPa）、 質(zhì)量等級(jí)（有A、B、C、D 4級(jí)，

10、逐級(jí)提高）和脫氧方法 （F：沸騰鋼，b：半鎮(zhèn)鋼，Z：鎮(zhèn)靜鋼，TZ：特殊鎮(zhèn)鋼。 牌號(hào)表示時(shí)Z、TZ可省略）。 例如：Q235AF 表示屈服點(diǎn)為235MPa，A級(jí)沸騰鋼。 Q235B 表示屈服點(diǎn)為235MPa，B級(jí)鎮(zhèn)靜鋼。,第8章 建筑鋼材,（2）碳素結(jié)構(gòu)鋼的選用 碳素結(jié)構(gòu)鋼依牌號(hào)增大，含碳量增加，其強(qiáng)度增大，但塑性和韌性降低。 建筑工程中主要應(yīng)用Q235號(hào)鋼,可用于軋制各種型鋼、鋼板、鋼管與鋼筋。 具有較高的強(qiáng)度，良好的塑性、韌性，可焊性及可加工等綜合性能好,且 冶煉方便，成本較低，因此廣泛用于一般鋼結(jié)構(gòu)。其中C、D級(jí)可用在重要 的焊接結(jié)構(gòu)。 Q195、Q215號(hào)鋼材強(qiáng)度較低，但塑性、韌性較好，

11、易于冷加工，可制作 鉚釘、鋼筋等。Q225、Q275號(hào)鋼材強(qiáng)度高，但塑性、韌性、可焊性差， 可用于鋼筋混凝土配筋及鋼結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件及螺栓等。 受動(dòng)荷載作用結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)及低溫下工作的結(jié)構(gòu)，不能選用A、B質(zhì)量 等級(jí)鋼及沸騰鋼。,第8章 建筑鋼材,2.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 （1）低合金高強(qiáng)度鋼的牌號(hào) 共有5個(gè)牌號(hào) 牌號(hào)由三部分表示：含碳量、合金元素的種類及含量。前兩位 數(shù)字表示平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)；其后的元素符合表示按主次加 入的合金元素；合金元素后面如未附數(shù)字，表示其平均含量在 1.5%以下；如附有數(shù)字“2”,表示其平均含量在1.5%2.5%之間 最后如附有“b”，表示為半鎮(zhèn)靜鋼，否則為鎮(zhèn)靜鋼。 例如

12、：16Mn 表示平均含碳量為0.16%， 平均含碳量低于1.5%的鎮(zhèn)靜鋼。,第8章 建筑鋼材,（2）低合金高強(qiáng)度鋼的選用 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼具有輕質(zhì)高強(qiáng)，耐蝕性、耐低溫性好，抗沖擊性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)等良好的綜合性能；具有良好的可焊性及冷加工性，易于加工與施工，因此，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼可以用作高層及大跨度建筑（如大跨度橋梁、大型廳館、電視塔等）的主體結(jié)構(gòu)材料。 與普通碳素鋼相比可節(jié)約鋼材，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 當(dāng)?shù)秃辖痄撝械你t含量達(dá)11.5%時(shí)，鉻就在合金金屬的表面形成一層惰性 的氧化鉻膜，成為不銹鋼。 不銹鋼具有低的導(dǎo)熱性，良好的耐蝕性能等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是溫度變化 時(shí)膨脹性較大。 不銹鋼既可以作為承

13、重構(gòu)件，又可以作為建筑裝飾材料。,第8章 建筑鋼材,8.5.2 混凝土結(jié)構(gòu)用鋼 1.熱軋鋼筋 （1）牌號(hào) 熱軋鋼筋分為R235、HRB335、HRB400、HRB500四個(gè)牌號(hào)。 牌號(hào)意義：R代表熱軋光圓鋼筋、HRB代表熱軋帶肋鋼筋， 其中熱軋光圓鋼筋由碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成，表面光圓； 熱軋帶肋鋼筋由低合金鋼軋制而成，外表帶肋。 牌號(hào)中的數(shù)字：表示熱軋鋼筋的屈服強(qiáng)度。,第8章 建筑鋼材,（2）熱軋鋼筋的選用 光圓鋼筋的強(qiáng)度較低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，廣泛 用做普通鋼筋混凝土。 HRB325，HRB400帶肋鋼筋的強(qiáng)度較高，塑性及焊接性也較好， 廣泛用做大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋。

14、HRB500帶肋鋼筋強(qiáng)度高，但塑性與焊接性較差，適宜作預(yù)應(yīng) 力鋼筋。,第8章 建筑鋼材,2.冷拉熱軋鋼筋 為了提高強(qiáng)度以節(jié)約鋼筋，工程中常按施工規(guī)程對(duì) 熱軋鋼筋進(jìn)行冷拉。 冷拉熱軋鋼筋分為：冷拉級(jí)、冷拉級(jí)、 冷拉級(jí)、冷拉級(jí),第8章 建筑鋼材,（3）冷拉熱軋鋼筋的選用 冷拉I級(jí)鋼筋適用作非預(yù)應(yīng)力受拉鋼筋。 冷拉、級(jí)鋼筋強(qiáng)度較高，可用作預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 的預(yù)應(yīng)力筋。 由于冷拉鋼筋的塑性、韌性較差，易發(fā)生脆斷，因此，冷拉 鋼筋不宜用于負(fù)溫度、受沖擊或重復(fù)荷載作用的結(jié)構(gòu)。,第8章 建筑鋼材,3.冷軋帶肋鋼筋 冷軋帶肋鋼筋是用低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)冷軋或冷拔減徑后，在其表面冷軋成三面有肋的鋼筋。 冷軋帶肋鋼

15、筋代號(hào)為CR，按抗拉強(qiáng)度分為三級(jí)：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170，其中數(shù)值表示鋼筋應(yīng)達(dá) 到的最小抗拉強(qiáng)度值。 冷軋帶肋鋼筋提高了鋼筋的握裹力，可廣泛用于中、小預(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，也可用于焊接鋼筋網(wǎng)。,第8章 建筑鋼材,4.冷軋扭鋼筋 加工：冷軋扭鋼筋由低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)專用鋼筋冷軋扭機(jī) 調(diào)直、冷軋并冷扭一次成型，具有規(guī)定截面形狀和節(jié) 距的連續(xù)螺旋狀鋼筋。 分類：按其截面形狀不同分為I型(矩形截面)和型(菱形 截面)兩種類型。代號(hào)為L(zhǎng)ZN。 應(yīng)用：冷軋扭鋼筋可適用于鋼筋混凝土構(gòu)件. 特點(diǎn)：冷軋扭鋼筋與混凝土的握裹力與其螺距大小有直

16、接關(guān) 系。螺距越小,握裹力越大,但加工難度也越大,因此, 應(yīng)選擇適宜的螺距。冷軋扭鋼筋在拉伸時(shí)無(wú)明顯屈服 臺(tái)階，為安全起見，其抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度采用0.8b。,第8章 建筑鋼材,6.預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線 （1）預(yù)應(yīng)力鋼絲 分類：按交貨狀態(tài)分為冷拉鋼絲及消除應(yīng)力鋼絲兩種；按外形 分為光面鋼絲、刻痕鋼絲、螺旋鋼絲三種；按松馳能力 分為I級(jí)松馳和級(jí)松馳兩級(jí)。 代號(hào)：RCD（冷拉鋼絲）、S（消除應(yīng)力鋼絲）、SI（消除應(yīng)力 刻痕鋼絲）、SH（消除應(yīng)力螺旋肋鋼絲）。 （2）預(yù)應(yīng)力鋼絞線 分類：按捻制結(jié)構(gòu)分為三類：用兩根鋼絲捻制的鋼絞線（表示 為12）、用三根鋼絲捻制的鋼絞線（表示為13）、 用七根鋼絲捻制

17、的鋼絞線（表示為17）。 按應(yīng)力松馳能力分為I級(jí)松馳和級(jí)松馳兩種。,第8章 建筑鋼材,5.熱處理鋼筋 加工：熱處理鋼筋是用熱軋螺紋鋼筋經(jīng)淬火和回火的調(diào)質(zhì)處理 而成的。代號(hào)為RB150。 種類：按螺紋外形可分為有縱肋和無(wú)縱肋兩種。 牌號(hào)：熱處理鋼筋有40SiMn、48Si2Mn和45Si2Cr等三個(gè)牌號(hào)。 應(yīng)用：目前主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕，用以代替高強(qiáng)度鋼絲， 配筋根數(shù)減少,制作方便,錨固性能好,建立預(yù)應(yīng)力穩(wěn)定。 也用于預(yù)應(yīng)力混凝土板、梁和吊車梁，使用效果良好。 熱處理鋼筋系成盤供應(yīng)（每盤長(zhǎng)約20mm），開盤后能自 然伸直，不需調(diào)直、焊接，故施工簡(jiǎn)單，并可節(jié)約鋼材。,第8章 建筑鋼材,（3）預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絞線的應(yīng)用 主要用于大跨度、大負(fù)荷的橋梁、電桿、枕軌、屋架、 大跨度吊車梁等，安全可靠，節(jié)約鋼材，且不需冷拉，焊 接接頭等加工，因此，在土木工程中得到廣泛應(yīng)用。,第8章 建筑鋼材,8.4 鋼材的銹蝕與防護(hù),8.4.1 鋼材的銹蝕 鋼材表面與其周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而遭到的破壞， 稱為鋼材的銹蝕。,化學(xué)銹蝕 電化學(xué)銹蝕,鋼材直接與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生銹蝕，多數(shù)是由氧化作用在鋼材表面形成疏松氧化物。在干燥環(huán)境中反應(yīng)緩慢，但溫度和濕度較高，銹蝕則發(fā)展迅速。,鋼材本身組成上的原因和雜質(zhì)的存在，在表面介質(zhì)的作用下，各成分電極電位的不同，形成微電池，鐵元素失去了電子成為Fe2+