建筑鋼材-第七章課件

第七章建筑鋼材概述二、鋼材的優(yōu)點以及缺點：優(yōu)點：（1）強度高：抗拉、抗壓、抗沖擊性能好；（2）有良好的塑性和韌性，能承受沖擊和振動荷載；（3）可加工性能好，可切割、可焊接和鉚接，裝配方便；缺點：易銹蝕；耐火性差。一、鋼材的定義：鋼材的主要成分是鐵和碳。一般而言，含碳量大于2.06%的為鑄鐵，小于2.06%的為鋼。并含有其他元素（磷P、硫S、氧O、氮N、硅Si和錳Mn)的材料。第七章建筑鋼材平爐煉鋼法：用平爐以煤氣或重油為燃料，在燃燒加熱的狀態(tài)下，將生鐵和廢鋼等原料熔化并精煉成鋼液的煉鋼方法。質(zhì)量好，成本高。電爐煉鋼法：主要利用電弧熱，在電弧作用區(qū)，溫度高達4000℃。冶煉過程一般分為熔化期、氧化期和還原期，在爐內(nèi)不僅能造成氧化氣氛，還能造成還原氣氛，因此脫磷、脫硫的效率很高。質(zhì)量最好。轉(zhuǎn)爐煉鋼法：以液態(tài)生鐵為主要原料，不借助外加能源，靠鐵液本身的物理熱和鐵液組分間化學反應(yīng)產(chǎn)生熱量而在轉(zhuǎn)爐中完成煉鋼過程。鋼的冶煉方法：是以鐵水或生鐵為主要原材料，在轉(zhuǎn)爐、平爐或電爐中冶煉，用氧化的方法除去鐵中的碳和部分雜質(zhì)。第七章建筑鋼材三、建筑鋼材的主要品種建筑鋼材是指建筑工程中用的各種鋼材。建筑鋼材主要包括：1.型鋼：有一定截面形狀和尺寸的條型鋼材。簡單截面型鋼：圓鋼、方鋼、六角鋼、八角鋼等；復雜截面型鋼：工字鋼、角鋼、槽鋼、鋼軌等。第七章建筑鋼材§7-1

鋼的冶煉及分類一、鋼的冶煉煉鋼的本質(zhì)：把熔融的生鐵進行氧化，使含碳量降低到2.06%以下，并且使其他雜質(zhì)降低到允許的范圍；所以，在理論上凡含碳量在2.06％以下，含有害雜質(zhì)較少的Fe—C合金稱為鋼。鋼一般是由生鐵在煉鋼爐中熔煉而成的；生鐵中含有較多的碳（通常為2.06%~4.5%）和其他的雜質(zhì)；第七章建筑鋼材二、鋼材的分類1.按冶煉方法和脫氧程度分轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼平爐鋼鋼按冶煉方法按脫氧程度沸騰鋼半鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼按爐襯材料分為酸性鋼和堿性鋼第七章建筑鋼材沸騰鋼：僅用弱脫氧劑錳鐵進行脫氧，脫氧不完全的鋼。由于鋼水中殘存有FeO與C化合成二氧化碳，鑄錠時有大量氣泡外溢，狀似沸騰，內(nèi)含有氣泡雜質(zhì)，質(zhì)量較差。代號為“F”半鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度及鋼的質(zhì)量介于上述二者之間。代號為“b”鎮(zhèn)靜鋼：用必要數(shù)量的硅、錳和鋁等脫氧劑脫氧，脫氧充分，在鑄錠時鋼水平靜地凝固，因此得名。組織致密，化學成分均勻，性能穩(wěn)定，質(zhì)量較好。代號為“Z”特殊鎮(zhèn)靜鋼：比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度更充分徹底的鋼，故稱為特殊鎮(zhèn)靜鋼，代號為“TZ”。特殊鎮(zhèn)靜鋼的質(zhì)量最好，適用于特別重要的結(jié)構(gòu)工程。第七章建筑鋼材2.按化學成份分高合金鋼合金鋼中碳鋼低合金鋼高碳鋼低碳鋼中合金鋼鋼碳素鋼C＜0.25%C=0.25%～0.60％C＞0.60％合金總含量＜5%5%～10％＞10％碳素鋼中加入一定量的合金元素，稱為合金鋼。除了固有的鐵、碳和少量的硅、錳、硫、氮等之外，還含有少量的錳、鈦、鉻、鎳等合金元素。第七章建筑鋼材5.鋼筋按外形分類光面鋼筋變形鋼筋第七章建筑鋼材彈性模量

鋼材受力初期，應(yīng)力與應(yīng)變成正比例關(guān)系，卸去外力，試件恢復原狀，這一階段稱為彈性階段。他們之間的比值為一常數(shù)，稱為彈性模量，用E表示。彈性模量反應(yīng)鋼材的剛度，是鋼材受力條件下計算結(jié)構(gòu)變形的重要指標。εOA—彈性階段第七章建筑鋼材（BC—強化階段）在鋼材屈服到一定程度后，由于內(nèi)部晶格扭曲、晶粒破碎等原因，阻止了塑性變形的進一步發(fā)展，鋼材抵抗外力的能力重新提高，在應(yīng)力-應(yīng)變圖上，曲線從B下開始上升直至最高點C，這一過程為強化階段。對應(yīng)的最高點C的應(yīng)力為抗拉強度Rm。它是鋼材能承受的最大拉應(yīng)力。強屈比越小，結(jié)構(gòu)可靠性越高，安全性越高，但利用率降低，浪費增大。強屈比（抗拉強度與屈服強度之比值）第七章建筑鋼材意義：A值越大，塑性越強，可避免結(jié)構(gòu)過早破壞；加工性增強，安全性增強。

Lo——試件原始標距長度，mm；L1——試件拉斷后測定出伸長后標距部分的長度，mm。CD—頸縮階段在鋼材達到C點后，試件薄弱處的斷面將顯著減小，塑性變形急劇增加，產(chǎn)生“緊縮”現(xiàn)象而斷裂。塑性是鋼材的一個重要性能指標。鋼材的塑性通常用拉伸試驗時斷后伸長率A來表示：A第七章建筑鋼材二、沖擊韌性

沖擊韌性試驗原理圖指標：沖擊韌性值，以擺錘沖斷V形缺口試件時單位截面積上所消耗的功（J/cm2）來表示。值愈大，鋼材的沖擊韌性愈好。

m—擺錘的質(zhì)量，mg；g—重力加速度，9.81m/s；H，h—擺錘沖擊前后的高度，m；A—試件槽口處截面積，cm2指鋼材抵抗沖擊荷載作用的能力。試驗方法：沖擊韌性是將標準試件（中部V缺口）置于沖擊機的支架上，并使切槽位于受力一側(cè)。擺錘從一定高度自由落下沖擊試件。第七章建筑鋼材三、耐疲勞性交變荷載反復作用時，鋼材在應(yīng)力遠低于其屈服強度的情況下突然發(fā)生脆性斷裂破壞的現(xiàn)象，稱為疲勞破壞。一般把鋼材在荷載交變107次時不破壞的最大應(yīng)力稱為疲勞強度。四、冷彎性能指鋼材在常溫下承受彎曲變形而不破壞的能力。以試驗時的彎曲角度α和彎心直徑d為來表示。第七章建筑鋼材冷彎試驗的指標：由彎心直徑d與試件厚度a的比值d/a；彎曲角度（90°或180°）；試樣彎曲外表面無肉眼可見裂紋、起層或斷裂則冷彎合格。當彎曲角度α愈大，則表明鋼材的冷彎性能越好。通過冷彎試驗，更有助于暴露鋼材的某些內(nèi)在缺陷，它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。第七章建筑鋼材§7-3鋼材的冷加工和熱處理一、鋼材的冷加工1、定義：指鋼材在常溫下進行的機械加工。2、常見的冷加工方式：冷拉、冷拔、冷軋等。3、冷加工強化鋼材經(jīng)冷加工后產(chǎn)生塑性變形，提高屈服強度，降低塑性、韌性，這種過程稱為冷加工強化。

機理：鋼材在冷加工時，晶粒間產(chǎn)生滑移，晶粒形狀產(chǎn)生變形。在滑移區(qū)，晶粒破碎，晶格歪扭，對繼續(xù)滑移產(chǎn)生阻力，從而導致鋼材的屈服強度提高，塑性降低。第七章建筑鋼材時效處理：鋼筋于常溫下存放15～20d，或加熱到100～200℃并保持一段時間,這個過程稱為時效處理。自然時效作用:鋼筋冷拉以后再經(jīng)過時效處理，其屈服點進一步提高，抗拉強度明顯提高，塑性有所降低。人工時效第七章建筑鋼材3.退火將鋼材加熱到一定溫度，保溫后緩慢冷卻（隨爐冷卻）的一種熱處理工藝。目的：通過退火減少加工中產(chǎn)生的缺陷，消除內(nèi)應(yīng)力，改善性能。4.正火正火是退火的一種特例，兩者僅冷卻速度不同。在空氣中冷卻，與退火相比，正火后鋼的硬度、強度提高，塑性降低。第七章建筑鋼材溫度時間加熱保溫淬火正火退火回火爐中緩慢冷卻。退火使鋼材硬度降低，塑性和韌性提高。加熱至相變溫度以上，迅速置于水中或機油中急冷，強度和硬度提高，脆性增大，塑性和韌性明顯降低。目的是為了消除淬火產(chǎn)生的很大內(nèi)應(yīng)力，降低脆性，改善機械性能。第七章建筑鋼材2、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼在碳素鋼的基礎(chǔ)上，加入總量小于５％的合金元素煉成的鋼，稱為低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼，簡稱低合金結(jié)構(gòu)鋼。加入合金是為了改善鋼材的塑性和韌性。常用的合金元素有硅、錳、鈦、釩、鉻、鎳、銅等。第七章建筑鋼材低合金高強度鋼的選用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼具有輕質(zhì)高強，耐蝕性、耐低溫性好，抗沖擊性強，使用壽命長等良好的綜合性能；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)料。與普通碳素鋼相比可節(jié)約鋼材，具有顯著的經(jīng)濟效益。當?shù)秃辖痄撝械你t含量達11.5%時，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。不銹鋼具有低的導熱性，良好的耐蝕性能等優(yōu)點；缺點是溫度升高時膨脹性較大，可以作為建筑裝飾材料。第七章建筑鋼材二、鋼結(jié)構(gòu)用鋼材1.熱軋型鋼鋼結(jié)構(gòu)常用的型鋼有H型鋼、工字鋼、T型鋼、槽鋼、等邊角鋼、不等邊角鋼等。型鋼由于截面形式合理，材料在截面上分布對受力最為有利，且構(gòu)件間鏈接方便，所以型鋼是鋼結(jié)構(gòu)中采用的主要鋼材。2.冷彎型鋼冷彎型鋼是一種經(jīng)濟的輕型薄壁鋼材。土木工程使用的冷彎型鋼常用厚度為1.5~6mm薄鋼板或鋼帶經(jīng)冷軋或模壓而成，也稱為冷彎薄壁型鋼。3.鋼管鋼結(jié)構(gòu)中常用熱軋無縫鋼管和焊接鋼管。第七章建筑鋼材（2）熱軋鋼筋的選用光圓鋼筋的強度較低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，廣泛用做普通鋼筋混凝土。HRB335，HRB400帶肋鋼筋的強度較高，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。RRB400帶肋鋼筋強度高，但塑性與焊接性較差，適宜作預(yù)應(yīng)力鋼筋。第七章建筑鋼材2、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，在其表面冷軋成兩面或三面有肋的鋼筋。冷軋帶肋鋼筋代號為CRB，按抗拉強度分為五級：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170，其中數(shù)值表示鋼筋應(yīng)達到的最小抗拉強度值。CRB550為普通鋼筋混凝土用鋼筋，其他牌號為預(yù)應(yīng)力混凝土鋼筋。第七章建筑鋼材3、冷軋扭鋼筋冷軋扭鋼筋是低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)專用鋼筋冷軋扭機調(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。冷軋扭鋼筋的標記由產(chǎn)品名稱代號、強度等級代號、標志代號、主參數(shù)代號以及類型代號組成。代號為CTB。應(yīng)用：冷軋扭鋼筋可適用于鋼筋混凝土構(gòu)件。特點：冷軋扭鋼筋與混凝土的握裹力與其螺距大小有直接關(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。第七章建筑鋼材4、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：按外形分為光圓鋼絲(P)、刻痕鋼絲(Ⅰ)、螺旋肋鋼絲(H)按加工狀態(tài)分為冷拔鋼絲和消除應(yīng)力鋼絲兩類。消除應(yīng)力鋼絲按松弛性能又分為低松弛鋼絲和普通松弛鋼絲；代號：WCD（冷拉鋼絲）、WLR（低松弛鋼絲）、WNR（普通松弛鋼絲）。例如：直徑為4mm、抗拉強度為1670MPa冷拉光圓鋼絲，標注為：預(yù)應(yīng)力鋼絲4.00-1670-WCD-P-GB/T5223-2002。第七章建筑鋼材（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1×2）、用三根鋼絲捻制的鋼絞線（表示為1×3）、用七根鋼絲捻制的鋼絞線（表示為1×7）。產(chǎn)品標記應(yīng)包括預(yù)應(yīng)力鋼絞線、結(jié)構(gòu)代號、公稱直徑、強度級別、標準號。例如：公稱直徑為15.20mm、強度級別為1860MPa的七根鋼絲捻制的標準型鋼絲線，標記為：預(yù)應(yīng)力鋼絞線1×7-15.20-1860-GB/T5224-2003（3）預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絞線的應(yīng)用強度高、柔韌性好、無接頭、質(zhì)量穩(wěn)定、施工簡便等優(yōu)點，主要用于大跨度、大負荷的橋梁、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。第七章建筑鋼材§7-5鋼材的銹蝕與防護一、鋼材的銹蝕鋼材表面與其周圍介質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)而遭到破壞，稱為鋼材的銹蝕。二、銹蝕的分類化學銹蝕電化學銹蝕鋼材直接與周圍介質(zhì)發(fā)生化學反應(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，當溫度和濕度較高，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，鐵原子失去了電子成為Fe3+進入介質(zhì)溶液，與溶液中的OH-離子結(jié)合生成Fe（OH）3。第七章建筑鋼材三、銹蝕的結(jié)果在鋼材表面形成疏松的氧化物，使鋼結(jié)構(gòu)斷面減小，降低鋼材的性能，因而承載力降低。四、鋼材的防護三個方面：從改變鋼材本身的易腐蝕性、隔離環(huán)境中的侵蝕性介質(zhì)或改變鋼材表面的電化學過程。（1）采用耐候鋼（耐大氣腐蝕鋼）——加入少量的銅、鉻、鎳等，形成保護層，起到耐腐蝕作用；（2）金屬覆蓋——電鍍或噴鍍的方法覆