建筑材料建筑钢材.ppt

温 故1、烧结普通砖的生产工艺过程？2、烧结普通砖的主要技术性能指标？3、烧结普通砖的产品标记：烧结普通砖 N MU15 B GB/T 5101,（1）掌握钢材主要性质及其实用意义；（2）了解钢中元素对钢性的影响；（3）熟悉钢的分类；（4）掌握钢材的技术标准及选用。,本项目的要求：,项目四 建筑钢材,工程应用,钢结构厂房,工程应用,国家体育场“鸟巢”,工程应用,巴黎艾菲尔铁塔,钢 管,钢材在建筑工程中与其它结构材料相比所具有的特性：1轻质高强2韧性好、抗冲击能力强、抗拉强度高3可焊接、铆接、螺栓连接、易于装配4外表轻巧、华美、具有光泽5易锈蚀6耐火性差,项目四 建筑钢材,钢铁区别：生铁C2%的铁碳合金，杂质多，硬脆，不能焊接、锻造、扎制钢 0.06%C2%的铁碳合金，杂质少，强度高，塑性好纯铁C0.04%的铁碳合金（纯铁是钢的一种，可以冲压成极复杂的形状,或作为电磁材料）,项目四 建筑钢材,任务一 钢材分类和技术性能,8.1 钢材的分类,一钢的冶炼,铁矿石,铁水,合金钢水,钢水,钢锭,钢坯,钢材,溶剂,氧化,根据炼钢设备的不同，炼钢方法有转炉、平炉和电炉三种方法：,三种主要炼钢方法的特点,优质碳素 合金钢,优质钢,二.钢的分类,按化学成分 分类 按质量 普通钢、优质钢、高级优质钢等 按用途 结构钢、工具钢、特殊钢等 定义脱氧不彻底(充分)，钢水浇入锭模时,会有大量的CO气 沸腾钢 F 体从钢水中溢出,引起钢水呈沸腾状,故名沸腾钢.特性组织不够致密，成分不太均匀，S、P等杂质偏析较严 重，冲击韧性和可焊性差。但成本低、产量高。镇静钢Z 定义脱氧彻底(充分)，钢水浇入锭模时,平静的冷却凝固 特性钢质均匀密实，品质好，可用于冲击荷载的重要 结构但成本高。半镇静钢 b 介于二者之间,碳素钢 低碳钢、中碳钢、高碳钢合金钢 低合金钢、中合金钢、高合金钢,沸腾钢 F半镇静钢 b镇静钢Z特殊镇静钢TZ,按脱氧程度,FeO+C,问题：钢材的脱氧程度对钢材质量的影响？,答：脱氧程度不高的钢材中还保留较多的FeO，在钢材铸锭时，碳与FeO反应生成CO气泡，并有一部分残留在钢中，造成微裂缝和成分偏析，降低致密性、强度和可焊性，低温下的韧性变差，冷脆性和时效敏感性增大等。脱氧程度排序：特殊镇静钢镇静钢半镇静钢沸腾钢 钢材性能与质量排序：特殊镇静钢镇静钢半镇静钢沸腾钢,角钢槽钢工字钢圆钢方钢六角钢,按建筑钢材分,盘圆光圆带肋螺纹钢绞线,厚板中板薄板,普通钢管无缝钢管,1型钢,2钢筋,3钢板,4钢管,钢丝绳,8.2 钢材的技术性能,钢材性能,软钢-曲线,b,s,0,b,0.2,0,硬钢-曲线,强度塑性冲击韧性硬度,冷弯性能焊接性能（可焊性）冷加工热处理,一.力学性能(机械性能),二.工艺性能,0.2条件屈服强度,一力学性能（一）拉伸性能,E,弹性阶段,屈服阶段,强化阶段,颈缩阶段,1ope段弹性阶段 1）op 比例阶段 p比例极限E弹性模量,2）pe 弹性阶段 e弹性极限,低碳钢拉伸图中，钢材在静载作用下，受拉的OP阶段，应力和应变的比值称为弹性阶段，具有这种变形特征的性质称为弹性 弹性模量：钢材在弹性阶段中应力和应变的比值称为弹性模量。E越大，使其产生一定量变形的应力值也越大；在一定应力下，产生的弹性变形越小。反映了钢材的刚度。,3s下b段强化阶段 b极限抗拉强度,合理屈强比：Fsb=0.600.75,屈强比,反映钢材利用率和安全可靠程度的指标,2es上s下段屈服阶段 s下屈服强度 S屈服点,（1）屈服强度：钢材在静载作用下，开始丧失对变形的抵抗能力，并开始产生大量变形时的应力。拉伸图中对应的点为：S下 中高碳钢没有明显的屈服点，通常以残余变形为原标距长度0.2%的应力作为屈服强度。当构件的实际应力达到屈服点时，将产生不可恢复的永久变形，这在结构中是不允许的，所以屈服强度是确定钢材容许应力的主要依据。,（2）抗拉强度：钢材在拉力作用下，能承受的最大拉应力。拉伸图中对应的点为：第三阶段的最高点。屈强比：屈服强度和抗拉强度的比值。屈强比越小，结构的可靠性越高，即防止破坏的潜力越大，太小时，钢材的利用率太低。屈强比的推荐值：0.60.75之间。,（1）塑性变形：表示钢材在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。（2）表示方法伸长率、断面收缩率,2）断面收缩率,1）伸长率,4bc段断裂阶段（颈缩阶段）,提问：钢材的伸长率与钢材中的含碳量有何关系？,答：伸长率反映钢材的塑性，伸长率越大，塑性越好。钢材的塑性随着含碳量增加而变差，因此，钢材的伸长率随着含碳量增加而减小。,(1)两种钢材的选用,请观察下图中、两种低碳钢的应力应变曲线的差异。讨论下述问题：,若对于变形要求严格的构件，、两种低碳钢选用何种更合适？,使用、两种钢材，哪一个安全性较高？,观察与讨论,(1)两种钢材的选用,从、两条曲线比较可知，低碳钢的弹性模量E小于低碳钢，也就是说，低碳钢的抗变形能力不如低碳钢。对于变形要求严格的构件选用低碳钢更为合适。,(1)两种钢材的选用,、两种低碳钢的屈服强度s相近，但低碳钢的抗拉强度b高于。屈服强度与抗拉强度之比称为屈强比，即s/b。屈强比越小，反映钢材超过屈服点工作时可靠性越大，结构的安全性越高。当然，屈强比过小时，表示钢材强度的利用率偏低，也不合理。有时也使用强屈比（b/s）来评价钢材的可靠性。钢材的屈强比较低，故其安全性高于钢材。Q235钢材的屈强比为0.580.63，普通的合金钢的屈强比在0.670.75之间。,（二）冲击韧性1定义：钢材抵抗冲击荷载的能力2表示方法冲击韧性值,冲击试验：测量摆锤冲击前后的能量差摆锤的高度差摆锤的质量。再测量试件断裂面积。,摆锤,试件,H0,H1,3影响因素化学成分冶炼质量试件表面质量冷加工及时效,温度冷脆性脆性转变温度,（三）疲劳强度 疲劳破坏：钢材在交变荷载的反复作用下，往往在应力远小于其屈服强度时就发生脆性断裂而破坏，这种现象称为钢材的疲劳破坏。疲劳强度：钢材在交变荷载反复作用下，106107次（周期基数）内不发生断裂所能承受的最大应力。疲劳极限强度：钢材在无数次交变荷载作用下，而不至引起断裂的最大循环应力值。,历史回顾,广州海珠桥的钢材,2004年，提供建造海珠桥钢材的英国企业向广州市政部门发来传真，提醒有关部门注意，这些钢材是从当时英国的一座旧钢桥上拆卸下来的，所以就其寿命计算，海珠桥使用的钢材预计已有百年历史，已经进入疲劳期，继续使用则需进行疲劳强度的测试，并根据测试结果进行加固等。,广州海珠桥已“年逾七旬”，但其使用的钢材预计已有百年历史。,（四）硬度1定义 钢材表面抵抗硬物压入产生局部变形的能力，即对局部塑性变形的能力。,2测定方法 1）布氏法：以压痕面积来计算硬度,2）洛氏法：以压痕深度来计算硬度,二、钢材工艺性能,(一).冷弯性能 1.定义钢材在常温下承受弯曲变形的能力 2.指标弯曲角度()，弯心直径(d=na)3.合格标志弯曲处无裂纹、断裂及起层现象 4.冷弯性能与伸长率一样，也是反映钢材在静荷载作用下的塑性性能 伸长率反映钢材在均匀变形下的塑性性能 冷弯性能反映钢材在不均匀荷载作用下的塑性性能,钢材的冷弯试验,5.冷弯试验的作用 揭露钢材内在缺陷（内部组织不均匀，夹杂物，裂缝）评定塑性好坏 评定焊接接头质量（未熔合，微裂纹，夹杂物）,(二).冷加工处理,1.冷加工强化 定义钢材在常温下进行冷拉、冷拔和冷轧，使其产生塑性变形，提高屈服强度的过程。作用s明显提高，b不变；而塑性、韧性及弹性模量明显降低。2.(冷加工)时效处理(强化)定义 将经过冷加工的钢筋，于常温下存放1520d(自然时效)；或加热到100 200并保持一定时间(人工时效)，此过程称为时效处理(强化)。作用s进一步提高,b略有提高；塑性、韧性进一步降低；弹性模量得以恢复,应用？,钢筋冷拉时效后的应力-应变曲线,由图可见，将钢筋冷拉至强化阶段的K点，然后卸荷，则产生塑性变形，若立即受拉，钢筋的应力-应变曲线将沿OKCD发展至破坏。,焊接质量,钢材是否适应通常的焊接方法与工艺的性能,(三).焊接性能(可焊性）,焊接及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬倾向，焊接后焊缝处性质应尽可能与母材相同。,化学成分,焊接质量的检验方法取样试件试验 原位非破损检验两类,合格,不合格,钢材的可焊性试验,三、建 筑 钢 材 常 用 钢 种,一、碳素结构钢,1、碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成。,Q235-AF,Q215-B的含义？,2、碳素结构钢的技术要求,化学成分,力学性能,冷弯性能,冶炼方法,交货状态,表面质量,表8-1,表8-2,表8-3,氧气转炉法或电炉法,三、建 筑 钢 材 常 用 钢 种,3、碳素结构钢的性能和应用 具有较高的强度，良好的塑性、韧性及可焊性，综合性能好。能满足一般钢结构和钢筋混凝土用钢要求，成本低。,Q195，Q215长用于轧制薄板和盘条，制造钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等,Q275用于轧制钢筋、做螺栓配件等,三、建 筑 钢 材 常 用 钢 种,翼缘宽，侧向刚度大，抗弯能力强。在承受相同截面负荷条件下，可使钢结构重量减轻1530%。翼缘宽且两表面互相平行，便于机械加工和安装，使钢结构的连接简单易行。,工字钢,H钢的特点：,1、热 轧 型 钢 认 识,槽钢,角钢,2.冷弯薄壁型钢,采用26mm薄钢板冷弯或模压而成；空心型钢。方形、矩形；开口薄壁型钢。角钢、槽钢、Z型钢等。,矩形管,方形管,Z型钢,3.棒 材,六角钢、八角钢；扁钢；圆钢、方钢；,圆钢,4.钢管,无缝钢管；焊缝钢管；,钢管,5.板 材,钢板。一般采用碳素结构钢（重型结构和大跨度结构也有采用低合金高强度结构钢）冷轧或热轧而成；花纹钢板；压型钢板。经辊压或冷弯制成截面呈V型、U型、梯形或类似形状波纹的钢板；彩色涂层钢板。,压型钢板,花纹钢板,花纹钢板:指表面轧有防滑凸纹的钢板，主要用于平台、过道及楼梯等的铺板。花纹有菱形、扁豆形和圆豆形。,轻质夹芯板材 岩棉夹芯板,聚苯夹芯板,8.4 钢筋混凝土结构用钢,混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。用钢筋增强混凝土，可大大扩展混凝土的应用范围，而混凝土又对钢筋起保护作用。钢筋混凝土结构的钢筋，主要由碳素结构钢和优质碳素钢制成，包括热轧钢筋、冷轧扭钢筋和冷轧带肋钢筋、预应力混凝土用钢丝和钢绞线。,四、钢筋混凝土结构用钢,1.热轧钢筋,光圆钢筋,带肋钢筋,月牙肋：横肋的纵截面呈月牙形，且与纵肋不相交的钢筋。等高肋钢筋：横肋的纵截面高度相等，且与纵肋相交的钢筋。纵肋：平行于钢筋轴线的均匀连续肋。横肋：与纵肋不平行的其他肋。,解：由题知，A 82 s F/A=72.2103/82 359.1 Mpa b F/A=104.5103/82 519.74 Mpa=(l1l0)/l0100%(94.480)/80100%18%查表知该钢筋属热轧级钢筋（即HRB335）屈强比s/b 359.1/519.74 0.69,例题：直径为16mm的热轧钢筋，取样作拉伸实验，达到屈服点的荷载为72.2KN，极限时的荷载为104.5KN，试件标距长度为80mm，拉断后的长度为94.4mm。问：该钢筋属哪级？该钢筋的屈强比是多少？,2.冷轧带肋钢筋,热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在其表面冷轧成二面或三面有横肋的钢筋。牌号：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170；力学性能指标：b、5 或10、弯曲试验或反复弯曲试验次数、松弛率；应用：CRB550为普通混凝土用钢筋，其它牌号为预应力混凝土用钢筋。,冷轧带肋钢筋（GB/T 13788-2000）,3.预应力混凝土用钢丝和钢绞线,优质碳素结构钢盘条，经酸洗、拔丝模或轧辊冷加工或经消除应力等工艺制成的高强度钢丝；按加工状态分类：冷拉钢丝（WCD）、低松弛钢丝（WLR）和普通松弛钢丝（WNR）；按外形分类：光圆钢丝（P）、螺旋肋钢丝（H）和刻痕钢丝（I）。冷拉钢丝的力学性能指标：p0.2、b、gt、弯曲次数、扭转次数、松弛率。低松弛钢丝（WLR）和普通松弛钢丝（WNR）的力学性能指标：p0.2、b、gt、弯曲次数、松弛性能。,1.预应力混凝土用钢丝,预应力混凝土用钢丝（GB/T 7144-2000）,2.预应力混凝土用钢绞线,一般由2根、3根或7根直径为2.5mm6.0mm的高强度钢丝经绞埝和消除内应力的热处理而制成；产品性能指标：抗拉强度Rm、最大力Fm、Fp0.2、gt、松弛性能。应用：强度高、塑性好、易于锚固，多用于大跨度、重荷载的预应力混凝土结构。,预应力混凝土用钢绞线（GB/T 5224-2003）,1、分类：1）按捻制结构分：用两根钢丝捻制的钢绞线 12 用三根钢丝捻制的钢绞线 13 用七根钢丝捻制的钢绞线 17 2）按其应力松弛性能分为：应力松弛级别代号 I级松弛 I 级松弛,4.预应力混凝土用热处理钢筋,由热轧螺纹钢筋经淬火和回火等调质处理制成；以盘条供应，开盘后自然伸直；规格：6mm、8.2mm、10mm。牌号：40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr；代号：RB150；力学性能指标：p0.2、b、10、松弛率。应用：预应力混凝土梁板和轨枕，不能焊接与点焊。,预应力混凝土用热处理钢筋（GB 4463-84）,【例题2】碳素结构钢是如何划分牌号的？说明Q235AF和Q235号钢在性能上有何区别？解：碳素结构钢的牌号按顺序由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值（/mm2）、质量等级符号(A、B、C、D)、脱氧程度符号(F、B、Z、TZ)等四部分组成。Q235AF和Q235D均为235碳素结构钢，是建筑中应用最多的碳素钢。二者性能差别主要表现在质量等级和脱氧程度上。按硫、磷含量多少来衡量，Q235D磷、硫含量均少于Q235AF,质量较好，按脱氧程度衡量Q235D为震静钢，质量最好，Q235AF 为沸腾钢。Q235AF钢，仅适用于承受间接动荷载的静荷载的结构。而Q235D可适用于动荷载作用或处在低温环境下的工作条件。,【例题3】.何谓钢的冷加工强化及时效处理？冷拉并时效处理后的钢筋性能有何变化？解：在常温下将钢材进行机械加工，使其产生塑性变形，以提高其屈服强度的过程称为冷加工强化。机械加工方法主要是对钢筋进行冷拉和冷拔。冷轧主要在钢厂进行。时效处理是将经过冷加工的钢材，在常温下存放1520天，或者加热到100200，并保持2小时以内，这个过程称为时效处理。常温放置称为自然时效，加热处理称为人工时效。冷拉并时效处理后的钢筋，其屈服点提高2025，抗拉强度也有提高，塑性和韧性降低较大，弹性模量基本恢复。,钢材腐蚀及防腐措施,一 腐蚀 腐蚀是指钢材表面与周围介质发生化学作用或电化学作用而遭受破坏的过程。化学腐蚀-钢直接和外部有腐蚀的干燥气体接触，发生化学反应。电化学腐蚀-钢材与电解质溶液接触中，由于电子流动而引起的腐蚀。腐蚀因素,二 防止1、保护层法 2、合金化法3、牺牲阳极法 4、外加电源保护法,1钢的牌号Q235-AF中A表示 2结构设计时，硬钢的强度按 取值。3钢筋进行冷加工时效处理后屈强比,巩 固 练 习,填 空,1.质量等级为A级.2.条件屈服点.3.提高.,1.随含碳量提高，碳素结构钢的强度、塑性均提()2.低合金钢的塑性和韧性较低()3.随含碳量提高，建筑钢材的强度、硬度均提高,塑性和韧性降低()4.沸腾钢最适合用于低温下承受动载的焊接钢结构()5.钢材的5=10.()6.冷拉可以提高钢的抗拉强度(),判 断,1.下列碳素结构钢中含碳量最高的是()。A.Q235-AF B.Q215 C.Q255 D.Q275 2.下列钢材中，塑性及可焊性均最好的为（）。A Q215 B Q275 C Q235 D Q2553低温焊接钢结构宜选用的钢材为（）。A Q195 B Q235-AF C Q235-D D Q235-B,选 择,作业,P170页3、4、6题,温 故1、低碳钢拉伸过程经历的四个阶段？2、弹性极限？弹性模量？3、屈服强度？抗拉强度？4、屈强度比？,