第七章建筑鋼材

1、第七章第七章. .建筑鋼材建筑鋼材一.定義 土木工程中使用的各種鋼材及制品。 鋼結(jié)構(gòu)用型鋼、鋼板 包括 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用各種鋼筋、鋼絲和鋼絞線 圍護(hù)結(jié)構(gòu)和裝修工程用深加工鋼板和復(fù)合板 優(yōu)點(diǎn)強(qiáng)度高、塑性韌性好、能承受沖擊和振動荷載、易于加工二.特點(diǎn) 和裝配 缺點(diǎn)易生銹、耐火性差、維護(hù)費(fèi)用大 第一節(jié)第一節(jié). .鋼的冶煉與分類鋼的冶煉與分類一.鋼和鐵的定義 鋼和鐵主要是Fe C合金，另有少量的雜質(zhì)(Si,Mn,S,P,) 含碳量大于2.06%的Fe C合金，稱為（生）鐵； 含碳量小于2.06%的Fe C合金，稱為鋼； 工字鋼工字鋼圓鋼、角鋼圓鋼、角鋼鋼絲繩鋼絲繩鋼鋼 管管冶煉原理冶煉原理 將熔融的生

2、鐵水或焦炭及鐵礦石加入煉鋼爐中精煉，使炭及其它雜質(zhì)氧化而揮發(fā)或變成氧化物進(jìn)入渣內(nèi)，降低炭及其它雜質(zhì)的含量。三.鋼的分類 按化學(xué)成分 分類 按有害雜質(zhì)(S、P) 普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼等 按用途 結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼等 定義脫氧不徹底(充分)，鋼水澆入錠模時,會有大量的CO氣 沸騰鋼 F 體從鋼水中溢出,引起鋼水呈沸騰狀,故名沸騰鋼. 特性組織不夠致密，成分不太均勻，S、P等雜質(zhì)偏析較嚴(yán) 重，沖擊韌性和可焊性差。但成本低、產(chǎn)量高。 鎮(zhèn)靜鋼Z 定義脫氧徹底(充分)，鋼水澆入錠模時,平靜的冷卻凝固 特性鋼質(zhì)均勻密實(shí)，品質(zhì)好，可用于沖擊荷載的重要 結(jié)構(gòu)但成本高。 半鎮(zhèn)靜鋼 b 介于二者之間碳素鋼

3、 低碳鋼、中碳鋼(0.25%-0.6%)、高碳鋼合金鋼 低合金鋼、中合金鋼(5%-10%) 、高合金鋼沸騰鋼 F半鎮(zhèn)靜鋼 b鎮(zhèn)靜鋼Z特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ按脫氧程度問題：鋼材的脫氧程度對鋼材質(zhì)量的影響？ 答：答：脫氧程度不高的鋼材中還保留較多的脫氧程度不高的鋼材中還保留較多的FeO，在，在鋼材鑄錠時，碳與鋼材鑄錠時，碳與FeO反應(yīng)生成反應(yīng)生成CO氣泡，并有一部氣泡，并有一部分殘留在鋼中，造成微裂縫和成分偏析，降低致密分殘留在鋼中，造成微裂縫和成分偏析，降低致密性、強(qiáng)度和可焊性，低溫下的韌性變差，冷脆性和性、強(qiáng)度和可焊性，低溫下的韌性變差，冷脆性和時效敏感性增大等。時效敏感性增大等。 脫氧程度排序：脫氧

4、程度排序： 特殊鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼沸騰鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼沸騰鋼 鋼材性能與質(zhì)量排序：鋼材性能與質(zhì)量排序： 特殊鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼沸騰鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼沸騰鋼第二節(jié)第二節(jié). .鋼材的技術(shù)性能鋼材的技術(shù)性能鋼材性能 軟鋼R-曲線R=P/ARmReL 0 0 硬鋼R-曲線強(qiáng)度塑性沖擊韌性硬度冷彎性能焊接性能（可焊性）冷加工熱處理一.力學(xué)性能 (機(jī)械性能)二.工藝性能R=P/ARmR0.2一一. .力學(xué)性能力學(xué)性能( (一一). ).強(qiáng)度強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度( (屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)) ) ReL 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中, ,鋼材強(qiáng)度取值依據(jù)鋼材強(qiáng)度取值依據(jù)1.1.軟鋼軟鋼 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)

5、度 Rm 鋼材強(qiáng)度極限值鋼材強(qiáng)度極限值 強(qiáng)屈比強(qiáng)屈比 Rm / ReL能反映結(jié)構(gòu)安全可靠程度及鋼材利用率能反映結(jié)構(gòu)安全可靠程度及鋼材利用率 Rm / ReL大大則鋼材利用率低，但結(jié)構(gòu)安全可靠程度高；則鋼材利用率低，但結(jié)構(gòu)安全可靠程度高； Rm / ReL小，則相反。小，則相反。 強(qiáng)屈比一般不低于強(qiáng)屈比一般不低于1.2，抗震結(jié)構(gòu)一般不低于，抗震結(jié)構(gòu)一般不低于1.25。2.2.硬鋼硬鋼 條件條件( (名義名義) )屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)R0.20.2產(chǎn)生產(chǎn)生0.2%0.2%l l0 0殘余殘余( (永久、塑永久、塑 性性) ) 變形時應(yīng)力變形時應(yīng)力 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 Rm 拉伸壓縮彎曲剪切扭轉(zhuǎn)荷載形式鋼筋試

6、件打點(diǎn)機(jī)鋼筋試件打點(diǎn)機(jī)萬能試驗(yàn)機(jī)萬能試驗(yàn)機(jī)萬能試驗(yàn)機(jī)萬能試驗(yàn)機(jī)打點(diǎn)后鋼筋試件打點(diǎn)后鋼筋試件頸縮頸縮( (二二). ).塑性塑性 1.1.指標(biāo)指標(biāo)伸長率伸長率 A A愈大，塑性愈好愈大，塑性愈好 2.2.A A5 5、A A1010表示表示 l l0 0 = 5d= 5d、10d 10d 時的時的伸伸長率長率 3.3.最大力總伸長率最大力總伸長率（Agt） Rt實(shí)測抗拉強(qiáng)度實(shí)測抗拉強(qiáng)度(MPa)(MPa)； EE彈性模量，可取彈性模量，可取2 210105 5(MPa)(MPa) 00LLLAu%100)(00ERLLLAtgt鋼筋牌號A /%Agt /%HPB235HPB3002510HRB3

7、35HRBF335177.5HRB400HRBF40016HRB500HRBF50015鋼筋混凝土用熱軋鋼筋伸長率鋼筋混凝土用熱軋鋼筋伸長率 直徑28mm40mm各牌號鋼筋的斷后伸長率A可降低1%；直徑大于40mm各牌號鋼筋的斷后伸長率A可降低2%。 根據(jù)供需雙方協(xié)議，伸長率類型可從A或Agt中選定。如伸長率類型未經(jīng)協(xié)議確定，則伸長率采用A，仲裁檢驗(yàn)時采用Agt 。Lu L0 伸長L0L1F0F1F1 F0 頸縮A=(Lu-L0)/L0100%Z=(F0-F1)/F0100%鋼材的伸長率與鋼材中的含碳量有何關(guān)系？ 答： 伸長率反映鋼材的塑性，伸長率越大，塑性越好。 鋼材的塑性隨著含碳量增加而變

8、差，因此，鋼材的伸長率隨著含碳量增加而減小。 Kv=GH1-GH2擺錘G試件H1H2( (三三).).沖擊韌性沖擊韌性 鋼材抵抗沖擊荷載的能力鋼材抵抗沖擊荷載的能力 指標(biāo)指標(biāo)沖擊韌性沖擊韌性 Kv 鋼材的沖擊韌性隨溫度的降低而下降，其規(guī)律是開始時鋼材的沖擊韌性隨溫度的降低而下降，其規(guī)律是開始時下降平緩，當(dāng)達(dá)到某一溫度范圍時，突然下降很多而呈下降平緩，當(dāng)達(dá)到某一溫度范圍時，突然下降很多而呈脆性，這種現(xiàn)象稱為鋼材的脆性，這種現(xiàn)象稱為鋼材的冷脆性冷脆性，這時的溫度稱為，這時的溫度稱為脆脆性臨界溫度。性臨界溫度。鋼材隨時間的延長而表現(xiàn)出強(qiáng)度提高，塑性和沖擊韌性鋼材隨時間的延長而表現(xiàn)出強(qiáng)度提高，塑性和沖

9、擊韌性下降的現(xiàn)象稱為下降的現(xiàn)象稱為時效時效。完成時效變形的過程可達(dá)數(shù)十年。完成時效變形的過程可達(dá)數(shù)十年。因時效而導(dǎo)致性能改變的程度稱為因時效而導(dǎo)致性能改變的程度稱為時效敏感性時效敏感性。時效敏感性愈大的鋼材，經(jīng)過時效以后，其沖擊韌性和時效敏感性愈大的鋼材，經(jīng)過時效以后，其沖擊韌性和塑性的降低愈顯著，對于承受動荷載的結(jié)構(gòu)物，如橋梁塑性的降低愈顯著，對于承受動荷載的結(jié)構(gòu)物，如橋梁等，應(yīng)選用時效敏感性較小的鋼材。等，應(yīng)選用時效敏感性較小的鋼材。 材料的硬度值是材料彈性、塑性、變形強(qiáng)化率、強(qiáng)材料的硬度值是材料彈性、塑性、變形強(qiáng)化率、強(qiáng)度和韌性等一系列性能的綜合反映。度和韌性等一系列性能的綜合反映。 (

10、 (四四).).硬度硬度鋼材表面局部體積內(nèi)抵抗外物壓入產(chǎn)生塑性變形的能力鋼材表面局部體積內(nèi)抵抗外物壓入產(chǎn)生塑性變形的能力 指標(biāo)指標(biāo)布氏硬度布氏硬度 HBHB 二二. .工藝性能工藝性能( (一一). ).冷彎性能冷彎性能 1.1.定義定義鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力 2.2.指標(biāo)指標(biāo)彎曲角度()，彎心直徑(d= na) 3.3.合格標(biāo)志合格標(biāo)志彎曲處無裂紋、斷裂及起層現(xiàn)象 4.4.冷彎性能冷彎性能與伸長率一樣，也是反映鋼材在靜荷載作用下的塑性性能也是反映鋼材在靜荷載作用下的塑性性能 但但：伸長率伸長率反映鋼材在均勻變形下均勻變形下的塑性性能 冷彎性能冷彎性能反映鋼材在不利變形條件下不利變形條

11、件下的塑性性能 5.5.冷彎試驗(yàn)的作用冷彎試驗(yàn)的作用 揭露鋼材內(nèi)在缺陷， 評定塑性好壞 評定焊接接頭質(zhì)量( (二二). ).焊接性能焊接性能( (可焊性）可焊性） 鋼材在一定焊接工藝條件下，在焊接及其附近過熱區(qū)是否產(chǎn)生裂縫及脆 硬傾向，焊接后焊縫處性質(zhì)應(yīng)盡可能與母材相同。牌號公稱直徑d(mm)彎芯直徑HPB235HPB300622dHRB335HRBF3356253d28404d40505dHRB400HRBF4006254d28405d4050 6dHRB500HRBF5006256d2840 7d4050 8d注：彎曲角度均為注：彎曲角度均為180180鋼筋混凝土用熱軋鋼筋彎芯直徑鋼筋混凝

12、土用熱軋鋼筋彎芯直徑P鋼材的冷彎試驗(yàn)ad外拱面合格不合格鋼材的可焊性試驗(yàn)焊接點(diǎn)斷裂點(diǎn)斷裂點(diǎn)(三).冷加工處理1.冷加工強(qiáng)化定義定義鋼材在常溫下進(jìn)行冷拉、冷拔和冷軋， 使其產(chǎn)生塑性變形，提高屈服強(qiáng)度的過程。作用作用 s s明顯提高，明顯提高，而塑性、韌性及彈性模量 明顯降低降低。原因原因鋼材在冷加工時晶格缺陷增多，晶格畸變，對位錯運(yùn)動的阻力增 大，因而屈服強(qiáng)度提高，塑性和韌性降低。2.(冷加工)時效處理(強(qiáng)化) ) 定義定義 將經(jīng)過冷加工的鋼筋，于常溫下存放1520d1520d(自然時效)；或加熱到100 200100 200并保持一定時間(人工時效)，此過程稱為時效處理(強(qiáng)化) )。 作用作用

13、 s s進(jìn)一步提高進(jìn)一步提高,b略有提高；塑性、韌性進(jìn)一步降低；彈性模量得彈性模量得 以恢復(fù)以恢復(fù)一般強(qiáng)度較低的鋼筋可采用自然時效，強(qiáng)度較高的鋼筋則應(yīng)采用人工時效。3.冷加工與時效處理的目的 提高鋼筋的屈服強(qiáng)度，節(jié)約鋼材(四).熱處理1.定義將鋼材在固態(tài)范圍內(nèi)進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，從而改變其金相 組織和顯微結(jié)構(gòu)組織，獲得需要性能的一種綜合工藝。2.方法退火、正火、淬火及回火等鋼材冷加工后，為減少冷加工中所產(chǎn)生的各種缺陷，消除內(nèi)應(yīng)力，常采用退火工藝。鋼材冷加工后，為減少冷加工中所產(chǎn)生的各種缺陷，消除內(nèi)應(yīng)力，常采用退火工藝。第三節(jié)第三節(jié). .鋼的組織與化學(xué)成分鋼的組織與化學(xué)成分一一. .鋼的晶體組

14、織鋼的晶體組織 1.1.鋼是以鐵為主的鋼是以鐵為主的Fe Fe C C合金，其中合金，其中FeFe和和C C有以下三種結(jié)合形式有以下三種結(jié)合形式 固溶體固溶體鐵鐵(Fe)(Fe)中固溶著微量的碳中固溶著微量的碳(C)(C) 化合物化合物鐵和碳結(jié)合成化合物鐵和碳結(jié)合成化合物FeFe3 3C C 機(jī)械混合物機(jī)械混合物固溶體和化合物的混合物。固溶體和化合物的混合物。 2.2.鋼的組織鋼的組織 以上三種形式的以上三種形式的Fe Fe C C合金于一定條件下形成具合金于一定條件下形成具有一定形態(tài)的聚合體有一定形態(tài)的聚合體 鋼的基本組織及性能鋼的基本組織及性能組織名稱 鐵素體 奧氏體 滲碳體 珠光體含碳量

15、(%) 0.02 0.8 6.67 0.8結(jié)構(gòu)特征 固溶體 固溶體 化合物 機(jī)械混合物 性能強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性很好強(qiáng)度、硬度不高，塑性大抗拉強(qiáng)度低，硬脆，耐磨，塑性幾乎為零強(qiáng)度高，塑性和韌性介于鐵素體和滲碳體化學(xué)化學(xué)成分成分 C Si Mn S P O N H 影響影響隨隨C ,強(qiáng)度硬度強(qiáng)度硬度 ,塑性韌性塑性韌性 降低焊接性降低焊接性能，增加冷能，增加冷脆性和時效脆性和時效敏感性敏感性 強(qiáng)度強(qiáng)度 強(qiáng)度強(qiáng)度 熱脆性熱脆性 冷脆性冷脆性 強(qiáng)度強(qiáng)度 塑性韌性塑性韌性 備注備注 有益元素有益元素對塑性、韌性影對塑性、韌性影響不大響不大 有害元素有害元素 可焊性可焊性 強(qiáng)度強(qiáng)度塑性塑性韌性韌性抗

16、腐蝕性抗腐蝕性 強(qiáng)度稍有強(qiáng)度稍有塑性塑性韌性顯著韌性顯著耐磨性耐磨性耐腐蝕性耐腐蝕性 二二. .鋼的化學(xué)成分鋼的化學(xué)成分鋼的化學(xué)成分對鋼材性能的影響鋼的化學(xué)成分對鋼材性能的影響化學(xué)元素化學(xué)元素強(qiáng)度強(qiáng)度硬度硬度塑性塑性韌性韌性可焊性可焊性其他其他碳（碳（C）1% 冷脆性冷脆性 錳（錳（Mn） 脫氧、硫劑脫氧、硫劑 鈦（鈦（Ti） 強(qiáng)脫氧劑強(qiáng)脫氧劑 釩（釩（V) 時效時效 磷（磷（P） 偏析、冷脆偏析、冷脆 氮（氮（N） 冷脆性冷脆性 硫（硫（S） 熱脆性熱脆性氧（氧（O） 化學(xué)元素對鋼材性能的影響化學(xué)元素對鋼材性能的影響 鋼材的化學(xué)成分及對性能的影響鋼材的化學(xué)成分及對性能的影響 鋼材的化學(xué)成分主

17、要是指碳、硅、錳、硫、磷等，在不同情鋼材的化學(xué)成分主要是指碳、硅、錳、硫、磷等，在不同情況下往往還需考慮氧、氮及各種合金元素。況下往往還需考慮氧、氮及各種合金元素。 （1 1）碳：）碳：土木工程用鋼材含碳量不大于土木工程用鋼材含碳量不大于0.80.8。在此范圍內(nèi)，。在此范圍內(nèi)，隨著鋼中碳含量的提高，隨著鋼中碳含量的提高，強(qiáng)度和硬度強(qiáng)度和硬度相應(yīng)提相應(yīng)提高高，而，而塑性和韌塑性和韌性性則相應(yīng)降低，碳還可顯著降低鋼材的則相應(yīng)降低，碳還可顯著降低鋼材的可焊性可焊性，增加鋼的冷，增加鋼的冷脆性和時效敏感性，降低抗大氣銹蝕性。脆性和時效敏感性，降低抗大氣銹蝕性。（2 2）硅：）硅：當(dāng)硅在鋼中的含量較低（

18、小于當(dāng)硅在鋼中的含量較低（小于1%1%）時，可提高鋼材的）時，可提高鋼材的強(qiáng)度，而對塑性和韌性影響不明顯。強(qiáng)度，而對塑性和韌性影響不明顯。（）錳：（）錳：錳是我國低合金鋼的主加合金元素，錳含量一般在錳是我國低合金鋼的主加合金元素，錳含量一般在1%1%范圍內(nèi)，它的作用主要是使強(qiáng)度提高，錳還能消減范圍內(nèi)，它的作用主要是使強(qiáng)度提高，錳還能消減硫和氧引起的熱脆性，使鋼材的熱加工性質(zhì)改善。硫和氧引起的熱脆性，使鋼材的熱加工性質(zhì)改善。（）硫：（）硫：硫是很有害元素。呈非金屬硫化物夾雜物存在于鋼中，硫是很有害元素。呈非金屬硫化物夾雜物存在于鋼中，具有強(qiáng)烈的偏析作用，降低各種機(jī)械性能。硫化物造成的低具有強(qiáng)烈的

19、偏析作用，降低各種機(jī)械性能。硫化物造成的低熔點(diǎn)使鋼在焊接時易于產(chǎn)生熱裂紋，顯著降低可焊性。熔點(diǎn)使鋼在焊接時易于產(chǎn)生熱裂紋，顯著降低可焊性。 （）磷：（）磷：為有害元素，含量提高，鋼材的強(qiáng)度提高，塑性和韌為有害元素，含量提高，鋼材的強(qiáng)度提高，塑性和韌性顯著下降，特別是溫度愈低，對韌性和塑性的影響愈大，磷性顯著下降，特別是溫度愈低，對韌性和塑性的影響愈大，磷在鋼中的偏析作用強(qiáng)烈，使鋼材冷脆性增大，并顯著降低鋼材在鋼中的偏析作用強(qiáng)烈，使鋼材冷脆性增大，并顯著降低鋼材的可焊性。的可焊性。 磷可提高鋼的耐磨性和耐腐蝕性，在低合金鋼中可配合其他元磷可提高鋼的耐磨性和耐腐蝕性，在低合金鋼中可配合其他元素作為

20、合金元素使用。素作為合金元素使用。 （）氧：（）氧：為有害元素。主要存在于非金屬夾雜物內(nèi)，可降低鋼為有害元素。主要存在于非金屬夾雜物內(nèi)，可降低鋼的機(jī)械性能，特別是韌性，氧有促進(jìn)時效傾向的作用，氧化物的機(jī)械性能，特別是韌性，氧有促進(jìn)時效傾向的作用，氧化物造成的低熔點(diǎn)亦使鋼的可焊形變差。造成的低熔點(diǎn)亦使鋼的可焊形變差。 （）氮：（）氮：氮對鋼材性質(zhì)的影響與碳、磷相似，使鋼材的強(qiáng)度提氮對鋼材性質(zhì)的影響與碳、磷相似，使鋼材的強(qiáng)度提高，塑性特別是韌性顯著下降。氮可加劇鋼材的時效敏感性和高，塑性特別是韌性顯著下降。氮可加劇鋼材的時效敏感性和冷脆性，降低可焊性。冷脆性，降低可焊性。 在有鋁、妮、釩等的配合下

21、，氮可作為低合金鋼的合金元素使在有鋁、妮、釩等的配合下，氮可作為低合金鋼的合金元素使用。用。 （）鈦：（）鈦：鈦是強(qiáng)脫氧劑。它能顯著提高強(qiáng)度，改善韌性和可焊鈦是強(qiáng)脫氧劑。它能顯著提高強(qiáng)度，改善韌性和可焊性，減少時效傾向，是常用的合金元素。性，減少時效傾向，是常用的合金元素。 （）釩：（）釩：釩是強(qiáng)的碳化物和氮化物形成元素。能有效提高強(qiáng)度，釩是強(qiáng)的碳化物和氮化物形成元素。能有效提高強(qiáng)度，并能減少時效傾向，但增加焊接時的淬硬傾向。并能減少時效傾向，但增加焊接時的淬硬傾向。 第四節(jié)第四節(jié). .建筑用鋼材的品種建筑用鋼材的品種一一. .碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼 （0.06%-0.24%0.06%-0.24

22、%）（ GB/T 700-2006） 1.牌號按屈服強(qiáng)度分4個牌號，即Q195、Q215、Q235、Q275 2.質(zhì)量等級 依據(jù)S、P含量由高到低劃分4級，即A、B、C、D 3.脫氧程度 F、b、Z、TZ(特殊鎮(zhèn)靜鋼)， 注注：Z、TZ通常省略 4.牌號表示方法： 例如：Q235 BF表示屈服強(qiáng)度為 235 MPa 的 B 級沸騰鋼 Q275 D 表示屈服強(qiáng)度為 275 MPa 的 D 級鎮(zhèn)靜鋼 Q235 Bb比Q235 BF的質(zhì)量（ ） 5.特性：碳素結(jié)構(gòu)鋼（尤其是Q235）既有較高的強(qiáng)度，又有良好的塑性和 韌性，可焊性也好，適宜于各種加工，廣泛用于制作鋼結(jié)構(gòu)用 鋼、鋼筋和鋼板等。屈服點(diǎn)代號

23、Q屈服點(diǎn)數(shù)值/MPa質(zhì)量等級脫氧程度碳素結(jié)構(gòu)鋼化學(xué)成分碳素結(jié)構(gòu)鋼化學(xué)成分碳素結(jié)構(gòu)鋼力學(xué)性能碳素結(jié)構(gòu)鋼力學(xué)性能三三. .低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（GB/T 1591-2008） 1.定義 是一種在碳素結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上添加了不大于5%合金元素合金元素的鋼材。 常用合金元素常用合金元素 Si、Mn、Ti、V、Nb、Cr、Ni及稀土元素 2.牌號 按屈服強(qiáng)度分8個牌號，即Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、 Q550 、Q620 、Q690 3.質(zhì)量等級 依據(jù)S、P含量由高到低劃分5級，即A、B、C、D、E 4.牌號表示方法： 例如：Q345 D 表示屈服強(qiáng)度為 345 MPa

24、的 D 級低合金結(jié)構(gòu)鋼 5.特性：與碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，低合金結(jié)構(gòu)鋼（Q345）具有高的強(qiáng)度，又 有較好的塑性、低溫沖擊韌性、可焊性、耐腐蝕性及冷加工性， 是一種綜合性能綜合性能較為理想的建筑鋼材。廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼 筋混凝土結(jié)構(gòu)中，尤其是大型結(jié)構(gòu)、重型結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)、 高層建筑、橋梁工程、承受動荷載和沖擊荷載的結(jié)構(gòu)。屈服點(diǎn)代號Q屈服點(diǎn)數(shù)值/MPa質(zhì)量等級第五節(jié)第五節(jié). .鋼結(jié)構(gòu)用鋼材鋼結(jié)構(gòu)用鋼材 所用母材碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼一一. .熱軋型鋼熱軋型鋼 工字鋼、H型鋼、T型鋼、槽鋼、等邊角鋼、不等邊角鋼等類型。二二. .冷彎薄壁型鋼冷彎薄壁型鋼 空心冷彎型鋼、通用冷彎開口型鋼三三.

25、.棒材棒材 熱軋六角鋼和八角鋼、熱軋扁鋼、熱軋圓鋼和方鋼四四. .鋼管鋼管 結(jié)構(gòu)用無縫管、焊接鋼管五五. .板材板材 （厚、薄）鋼板、 花紋鋼板、建筑用壓型鋼板、彩色涂層鋼板 荷載類型 靜荷載、動荷載 依據(jù) 連接方式 焊接、鉚接、螺栓連接 環(huán)境溫度 常溫、低溫（尤其是負(fù)溫下：如 -20、-30）鋼材的選用原則鋼材的選用原則第六節(jié)第六節(jié). .鋼筋混凝土用鋼材鋼筋混凝土用鋼材 一一. .熱軋鋼筋熱軋鋼筋 熱軋鋼筋經(jīng)熱軋成型并自然冷卻的成品鋼筋，外形分光圓和帶肋兩種。 熱軋光圓鋼筋（GB 1499.1-2008），熱軋帶肋鋼筋（ GB 1499.2-2007 ） 混凝土抗壓強(qiáng)度高，但抗拉強(qiáng)度很低；而

26、鋼筋抗拉和抗壓強(qiáng)度均很高；將二者復(fù)合成鋼筋混凝土，可以充分發(fā)揮各自的特長，此外混凝土的堿性環(huán)境保護(hù)鋼筋不銹蝕。級 別符 號牌 號 外 形鋼 種分級依據(jù) HPB235HPB300 光 圓碳素鋼屈服點(diǎn)Rel抗拉強(qiáng)度Rm伸長率A冷彎性能 HRB335HRBF335月牙肋低合金鋼 HRB400HRBF400 HRB500HRBF500注：H(熱軋)、P(光圓)、R(帶肋)、B(鋼筋) 、F(細(xì)晶粒) 無 F 者為普通熱軋鋼筋，帶 F 者為細(xì)晶粒熱軋鋼筋熱軋鋼筋等級、性能熱軋鋼筋等級、性能 二二. .冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋 定義定義采用熱軋圓盤條經(jīng)冷軋而成，表面帶有沿采用熱軋圓盤條經(jīng)冷軋而成，表面帶有

27、沿長度方向均勻分布的兩面或三面的月牙肋的鋼筋。長度方向均勻分布的兩面或三面的月牙肋的鋼筋。 牌號牌號按按抗拉強(qiáng)度最小值分為抗拉強(qiáng)度最小值分為CRB550、CRB650、CRB800、CRB970 4個牌號。個牌號。C、R、B分別代表分別代表冷冷軋、帶肋、鋼筋。軋、帶肋、鋼筋。 CRB550公稱直徑為公稱直徑為4mm12mm，CRB650以上公稱以上公稱直徑為直徑為4mm、5mm、6mm。 特點(diǎn)特點(diǎn)強(qiáng)度較高，但塑性較低，強(qiáng)屈比較?。ú粡?qiáng)度較高，但塑性較低，強(qiáng)屈比較小（不得小于得小于1.05），適用于中、小預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)），適用于中、小預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件。構(gòu)件和

28、普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件。三、預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋三、預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋 預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒是指用低合金鋼熱軋圓盤條經(jīng)淬火和預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒是指用低合金鋼熱軋圓盤條經(jīng)淬火和回火等調(diào)質(zhì)處理的鋼棒。回火等調(diào)質(zhì)處理的鋼棒。 通常有光圓、螺旋槽、螺旋肋和帶肋四種表面形狀和公稱通常有光圓、螺旋槽、螺旋肋和帶肋四種表面形狀和公稱直徑為直徑為6mm6mm16mm16mm。R Rm m1080MPa1080MPa，R Rp0.2p0.2930MPa930MPa。 一般卷成直徑為不小于一般卷成直徑為不小于2m2m的彈性盤條供應(yīng)，開盤后可自行的彈性盤條供應(yīng)，開盤后可自行伸直。使用時應(yīng)按需切割，伸直。使用

29、時應(yīng)按需切割，不能用不能用電焊或氧氣切割，也不電焊或氧氣切割，也不能焊接，以免引起強(qiáng)度下降或脆斷。能焊接，以免引起強(qiáng)度下降或脆斷。 預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋的優(yōu)點(diǎn)是：強(qiáng)度高，可代替高預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋的優(yōu)點(diǎn)是：強(qiáng)度高，可代替高強(qiáng)鋼絲使用；配筋根數(shù)少，節(jié)約鋼材；錨固性好，不易打強(qiáng)鋼絲使用；配筋根數(shù)少，節(jié)約鋼材；錨固性好，不易打滑，預(yù)應(yīng)力值穩(wěn)定；施工簡便，開盤后鋼筋自然伸直，不滑，預(yù)應(yīng)力值穩(wěn)定；施工簡便，開盤后鋼筋自然伸直，不需調(diào)直及焊接。主要用于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土軌枕，也用于需調(diào)直及焊接。主要用于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土軌枕，也用于預(yù)應(yīng)力梁、板結(jié)構(gòu)及吊車梁等。預(yù)應(yīng)力梁、板結(jié)構(gòu)及吊車梁等。四、預(yù)應(yīng)力混

30、凝土用鋼絲及鋼絞線四、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲及鋼絞線 大型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，由于受力很大，常采用高強(qiáng)度大型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，由于受力很大，常采用高強(qiáng)度鋼絲或鋼絞線作為主要受力鋼筋。鋼絲或鋼絞線作為主要受力鋼筋。 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度鋼絲是采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼盤條或其他性預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度鋼絲是采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼盤條或其他性能相應(yīng)的鋼種，經(jīng)冷加工及時效處理或熱處理而值得的能相應(yīng)的鋼種，經(jīng)冷加工及時效處理或熱處理而值得的高強(qiáng)度鋼絲。分冷拉鋼絲及消除應(yīng)力鋼絲兩種，按外形高強(qiáng)度鋼絲。分冷拉鋼絲及消除應(yīng)力鋼絲兩種，按外形可分為光面鋼絲。螺旋肋和刻痕鋼絲三種?？煞譃楣饷驿摻z。螺旋肋和刻痕鋼絲三種。 消除應(yīng)力鋼絲消除應(yīng)力鋼絲（

31、消除冷拔殘余應(yīng)力的鋼絲稱消除應(yīng)力鋼絲）消除冷拔殘余應(yīng)力的鋼絲稱消除應(yīng)力鋼絲）公稱直徑：公稱直徑：3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9、1010、12mm12mm等等9 9個規(guī)格，個規(guī)格， b b在在147014701860MPa1860MPa， 0.20.2在在110011001640MPa1640MPa，一般，一般 0.20.2不低于不低于s sb b的的85%85%，且伸長率較低，且伸長率較低，d d1001004%4%。 冷拉鋼絲冷拉鋼絲的公稱直徑為的公稱直徑為3 3、4 4、5mm5mm等三種規(guī)格，等三種規(guī)格， b b在在147014701670MPa1670MPa，

32、 0.20.2在在110011001250MPa1250MPa，一般，一般 0.20.2不低于不低于 b b的的75%75%，伸，伸長率長率2%2%3%3%。 刻痕鋼絲刻痕鋼絲是將預(yù)應(yīng)力鋼絲壓出規(guī)律性凹痕，以增強(qiáng)與混凝土的是將預(yù)應(yīng)力鋼絲壓出規(guī)律性凹痕，以增強(qiáng)與混凝土的粘結(jié)力，降低預(yù)應(yīng)力損失，公稱直徑為粘結(jié)力，降低預(yù)應(yīng)力損失，公稱直徑為5 5、7mm7mm兩種規(guī)格。兩種規(guī)格。 b b在在147014701570MPa1570MPa， 0.20.2在在125012501340MPa1340MPa，伸長率，伸長率4%4%。 將兩根、三根或七根圓形斷面的鋼絲捻成一束，而成預(yù)應(yīng)力混將兩根、三根或七根圓形

33、斷面的鋼絲捻成一束，而成預(yù)應(yīng)力混凝土用凝土用鋼絞線鋼絞線。七根捻制鋼絞線的最大負(fù)荷可達(dá)。七根捻制鋼絞線的最大負(fù)荷可達(dá)300kN300kN，屈服，屈服負(fù)荷可達(dá)負(fù)荷可達(dá)255kN255kN。 預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線均屬于冷加工強(qiáng)化劑熱處理鋼材，拉伸時預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線均屬于冷加工強(qiáng)化劑熱處理鋼材，拉伸時沒有屈服點(diǎn)，但抗拉強(qiáng)度高，柔韌性好，應(yīng)力松弛率低。盤條沒有屈服點(diǎn)，但抗拉強(qiáng)度高，柔韌性好，應(yīng)力松弛率低。盤條供應(yīng)，松卷后可自行彈直，可按需切割。主要用于大跨度、大供應(yīng)，松卷后可自行彈直，可按需切割。主要用于大跨度、大負(fù)荷的后張法預(yù)應(yīng)力屋架、橋梁和薄腹梁等結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋。負(fù)荷的后張法預(yù)應(yīng)力屋架、橋梁和薄腹

34、梁等結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋。五五. .鋼筋的選用鋼筋的選用 普通受力鋼筋宜采用普通受力鋼筋宜采用HPB300HPB300、HRB335HRB335、HRB400 HRB400 、HRB500HRB500級熱軋鋼筋和級熱軋鋼筋和CRB550CRB550級冷軋帶肋鋼筋。級冷軋帶肋鋼筋。 預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋。預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋。 六六. .例題例題 直徑為直徑為16mm16mm的熱軋鋼筋，取樣作拉伸實(shí)驗(yàn)，達(dá)到屈服點(diǎn)的荷載為的熱軋鋼筋，取樣作拉伸實(shí)驗(yàn)，達(dá)到屈服點(diǎn)的荷載為72.2KN72.2KN，極限時的荷載為極限時的荷載為104.5KN1

35、04.5KN，試件標(biāo)距長度為，試件標(biāo)距長度為80mm80mm，拉斷后的長度為，拉斷后的長度為94.4mm94.4mm。 問：問：該該鋼筋屬哪級？鋼筋屬哪級？ 該該鋼筋的屈強(qiáng)比是多少？鋼筋的屈強(qiáng)比是多少？ 解：解：由題知，由題知，A = 8A = 82 2 s s = F/A = 72.2= F/A = 72.2 10103 3/ / 8 82 2 = 359.1 = 359.1 MpaMpa b b = F/A = 104.5= F/A = 104.5 10103 3/ / 8 82 2 = 519.74 = 519.74 MpaMpa d d = = ( (l l1 1- -l l0 0)/

36、)/l l0 0 100% 100% = = (94.4-80)/80(94.4-80)/80 100% 100% = 18%= 18% 查表知該查表知該鋼筋屬熱軋鋼筋屬熱軋級鋼筋（即級鋼筋（即HRB335） 屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比 s s/ / b b = 359.1/519.74 = 0.69 = 359.1/519.74 = 0.69 例碳素結(jié)構(gòu)鋼是如何劃分牌號的？說明例碳素結(jié)構(gòu)鋼是如何劃分牌號的？說明Q235AFQ235AF和和Q235Q235號鋼在性能上有何區(qū)別？號鋼在性能上有何區(qū)別？解解碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號按順序由代表屈服點(diǎn)的字母（碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號按順序由代表屈服點(diǎn)的字母（Q Q）、）、屈服點(diǎn)數(shù)

37、值（屈服點(diǎn)數(shù)值（/mm/mm2 2）、質(zhì)量等級符號）、質(zhì)量等級符號(A(A、B B、C C、D)D)、脫氧程度符號脫氧程度符號(F(F、B B、Z Z、TZ)TZ)等四部分組成。等四部分組成。Q235AFQ235AF和和Q235DQ235D均為均為235235碳素結(jié)構(gòu)鋼，是建筑中碳素結(jié)構(gòu)鋼，是建筑中應(yīng)用最多的碳素鋼。二者性能差別主要表現(xiàn)在質(zhì)量等級應(yīng)用最多的碳素鋼。二者性能差別主要表現(xiàn)在質(zhì)量等級和脫氧程度上。按硫、磷含量多少來衡量，和脫氧程度上。按硫、磷含量多少來衡量，Q235DQ235D磷、磷、硫含量均少于硫含量均少于Q235AF, Q235AF, 質(zhì)量較好，按脫氧程度衡量質(zhì)量較好，按脫氧程度

38、衡量Q235DQ235D為震靜鋼，質(zhì)量最好，為震靜鋼，質(zhì)量最好，Q235AF Q235AF 為沸騰為沸騰鋼。鋼。Q235AFQ235AF鋼，僅適用于承受間接動荷載的靜荷載鋼，僅適用于承受間接動荷載的靜荷載的結(jié)構(gòu)。而的結(jié)構(gòu)。而Q235DQ235D可適用于動荷載作用或處在低溫環(huán)可適用于動荷載作用或處在低溫環(huán)境下的工作條件。境下的工作條件。例例. . 何謂鋼的冷加工強(qiáng)化及時效處理？冷拉并時效處理何謂鋼的冷加工強(qiáng)化及時效處理？冷拉并時效處理后的鋼筋性能有何變化？后的鋼筋性能有何變化？解解在常溫下將鋼材進(jìn)行機(jī)械加工，使其產(chǎn)生塑性變形，以在常溫下將鋼材進(jìn)行機(jī)械加工，使其產(chǎn)生塑性變形，以提高其屈服強(qiáng)度的過程

39、稱為冷加工強(qiáng)化。機(jī)械加工方法提高其屈服強(qiáng)度的過程稱為冷加工強(qiáng)化。機(jī)械加工方法主要是對鋼筋進(jìn)行冷拉和冷拔。冷軋主要在鋼廠進(jìn)行。主要是對鋼筋進(jìn)行冷拉和冷拔。冷軋主要在鋼廠進(jìn)行。時效處理是將經(jīng)過冷加工的鋼材，在常溫下存放時效處理是將經(jīng)過冷加工的鋼材，在常溫下存放15152020天，或者加熱到天，或者加熱到100100200200，并保持，并保持2 2小時以內(nèi)，這個小時以內(nèi)，這個過程稱為時效處理。常溫放置稱為自然時效，加熱處理過程稱為時效處理。常溫放置稱為自然時效，加熱處理稱為人工時效。稱為人工時效。冷拉并時效處理后的鋼筋，其屈服點(diǎn)提高冷拉并時效處理后的鋼筋，其屈服點(diǎn)提高20202525，抗拉強(qiáng)度也有

40、提高，塑性和韌性降低較大，彈性模量基抗拉強(qiáng)度也有提高，塑性和韌性降低較大，彈性模量基本恢復(fù)。本恢復(fù)。鋼材的防火和防腐蝕鋼材的防火和防腐蝕 2.4.1鋼材的防火鋼材的防火 2.4.2鋼材的銹蝕與防止鋼材的銹蝕與防止 1.鋼材被腐蝕的原因鋼材被腐蝕的原因v化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕v電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕 2. 鋼材防腐蝕的措施鋼材防腐蝕的措施 鋼材的防火鋼材的防火 鋼材是不燃性材料，但這并不表明鋼材能夠抵鋼材是不燃性材料，但這并不表明鋼材能夠抵抗火災(zāi)。耐火試驗(yàn)與火災(zāi)案例表明：以失去支持抗火災(zāi)。耐火試驗(yàn)與火災(zāi)案例表明：以失去支持能力為標(biāo)準(zhǔn)，無保護(hù)層時鋼柱和鋼屋架的耐火極能力為標(biāo)準(zhǔn)，無保護(hù)層時鋼柱和鋼屋架的耐火

41、極限只有限只有0.25 h，而裸露鋼梁的耐火極限為，而裸露鋼梁的耐火極限為0.15 h。溫度在溫度在200 以內(nèi)，可以認(rèn)為鋼材的性能基本不變；以內(nèi)，可以認(rèn)為鋼材的性能基本不變；超過超過300 以后，彈性模量、屈服點(diǎn)和極限強(qiáng)度均以后，彈性模量、屈服點(diǎn)和極限強(qiáng)度均開始顯著下降，應(yīng)變急劇增大；至達(dá)開始顯著下降，應(yīng)變急劇增大；至達(dá)600 時已經(jīng)時已經(jīng)失去承載能力。所以，沒有防火保護(hù)層的鋼結(jié)構(gòu)失去承載能力。所以，沒有防火保護(hù)層的鋼結(jié)構(gòu)是不耐火的。是不耐火的。 鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的基本原理是采用絕熱鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的基本原理是采用絕熱或吸熱材料，阻隔火焰和熱量，推遲鋼或吸熱材料，阻隔火焰和熱量，推遲鋼結(jié)構(gòu)的升溫

42、速率。防火方法以包覆法為結(jié)構(gòu)的升溫速率。防火方法以包覆法為主，即以防火涂料、不燃性板材或混凝主，即以防火涂料、不燃性板材或混凝土和砂漿將鋼構(gòu)件包裹土和砂漿將鋼構(gòu)件包裹起來。起來。 美國紐約的世貿(mào)大廈為鋼結(jié)構(gòu)，美國紐約的世貿(mào)大廈為鋼結(jié)構(gòu)，2001年年9月月11日被恐怖主義者襲擊、倒塌，給人們提出日被恐怖主義者襲擊、倒塌，給人們提出了鋼結(jié)構(gòu)防火、防襲擊破壞的新課題。了鋼結(jié)構(gòu)防火、防襲擊破壞的新課題。 鋼材的銹蝕與防止鋼材的銹蝕與防止 鋼材表面與周圍介質(zhì)發(fā)生作用而引起破壞的現(xiàn)象稱作腐蝕鋼材表面與周圍介質(zhì)發(fā)生作用而引起破壞的現(xiàn)象稱作腐蝕（銹蝕）。（銹蝕）。 鋼材腐蝕的現(xiàn)象普遍存在，如在大氣中生銹，特別

43、是當(dāng)環(huán)鋼材腐蝕的現(xiàn)象普遍存在，如在大氣中生銹，特別是當(dāng)環(huán)境中有各種侵蝕性介質(zhì)或濕度較大時，情況就更為嚴(yán)重。境中有各種侵蝕性介質(zhì)或濕度較大時，情況就更為嚴(yán)重。腐蝕不僅使鋼材有效截面積均勻減小，還會產(chǎn)生局部銹坑，腐蝕不僅使鋼材有效截面積均勻減小，還會產(chǎn)生局部銹坑，引起應(yīng)力集中；腐蝕會顯著降低鋼的強(qiáng)度、塑性韌性等力引起應(yīng)力集中；腐蝕會顯著降低鋼的強(qiáng)度、塑性韌性等力學(xué)性能。根據(jù)鋼材與環(huán)境介質(zhì)的作用原理，腐蝕可分為學(xué)性能。根據(jù)鋼材與環(huán)境介質(zhì)的作用原理，腐蝕可分為化化學(xué)腐蝕學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和應(yīng)力腐蝕電化學(xué)腐蝕和應(yīng)力腐蝕。1.鋼材被腐蝕的原因鋼材被腐蝕的原因 化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕 化學(xué)腐蝕指鋼材與周圍的介質(zhì)（如氧氣、二氧化化學(xué)腐蝕指鋼材與周圍的介質(zhì)（如氧氣、二氧化碳、二氧化硫和水等）直接發(fā)生化學(xué)作用，生成疏松碳、二氧化硫和水等）直接發(fā)生化學(xué)作用，生成疏松的氧化物而引起的腐蝕。在