建筑钢材教学课件PPT.ppt

建筑钢材,南京长江大桥,钢材的特点,1.具有较高的强度2.具有良好的塑性和韧性3.易于加工和装配4.易锈蚀、耐火性差。,按质量分类,普通碳素钢优质碳素钢高级优质钢,按用途分类,结构钢工具钢特殊钢,钢：凡含碳量在2.06%以下，含有害杂质较少的铁碳合金，称为钢。,脱氧程度不同,沸腾钢镇静钢半镇静钢,建筑钢材的力学性能,钢材的力学性能，即是指钢材在外力（载荷）作用表现出来的性能，包括：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。,1.弹性、塑性和强度,a.弹性:弹性极限:e 比例极限:P 弹性模量:E=e/b.塑性:伸长率 断面收缩率,屈强比：屈服强度和抗拉强度之比,屈强比反映了钢材的利用率和结构安全可靠程度。,伸长率：拉断后的标距长度与试件原标距之差和原标距之比。,用于衡量钢材塑性的一个重要指标。,对于高碳钢，规定产生残余变形为原标距长度的0.2%时所对应的应力值,作为屈服强度,称为条件屈服点,用 表示.,冲击韧性:抵抗冲击荷载作用的能力.测试:夏比V形 或 梅氏U形 缺口试件指标:冲击韧性值k=功/缺口面积(J/cm2),摆锤,试件,H0,H1,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。,试件放置位置,影响冲击韧性的主要因素:1钢化学成分,尤其是S和P含量2轧制和焊接质量,温度3加工硬化及时效等,脆性转变温度 钢的韧性随温度降低而降低,达某一温度范围时,韧性急剧下降,并由韧性转变为脆性,这一温度即称为脆性转变温度.冲击韧性值可灵敏地反应材料内部晶体组织、有害杂质、各种缺陷、应力状态下或环境温度等微小变化对性能的影响.,硬度,钢材抵抗另一硬物体压入其内的能力叫硬度，即受压时抵抗局部塑性变形的能力。常用布氏法和洛氏法两种方法测定。,布氏硬度测量原理图,洛氏硬度测量原理图,疲劳强度 疲劳破坏:钢构件在承受重复或交变荷载作用时,可能在远低于屈服强度的应力作用下突然发生断裂,这种断裂现象称为疲劳破坏.金属的疲劳破坏要经历疲劳裂纹的产生、扩展及断裂三个过程.,影响因素（1）材料内部的缺陷,成分偏析,过大的 内应力,构件截面延长度方向的急剧变化,构件受力最大处及表面不光滑等.（2）应力循环特征值：=min/max；应力循环次数N；应力集中程度。,冷弯性能,衡量:弯曲角度;弯心直径与钢厚度之比-d/a 反映钢材冷塑性变形的能力大小,更可检验钢材内部组织状态内应力及夹杂物等缺陷.常用作对钢焊接质量的检验.,可焊性,焊接是钢结构的连接方式之一，焊接质量主要取决于钢材的可焊性、焊接材料与焊接工艺。,影响钢材可焊性的主要因素 钢的化学成分，含碳量小于0.25%的低碳钢具有良好的可焊性；冶炼质量；冷加工等。,化学成分对钢性质的影响C:随含碳量增大,钢强度和硬度增大,塑性和韧性降低;含碳量大于1%,随含碳量增大,钢强度降低.Si:小于1%时,提高强度和硬度,对塑性和韧性影响不大;大于1%后,显著降低塑性和韧性,并使可焊性变差.,Mn:含量小时有益;超过1%后,将降低钢的塑性韧性和可焊性.S:有害,热脆性增大;P:有害,冷脆性增大;O:有害.N:降低塑性韧性,增大时效敏感性和冷脆性.H:显著降低塑性和韧性,使脆性增大;Ti,V：显著提高强度，细化晶粒改善韧性，合金钢的常用微量元素,热处理对钢性质影响,热处理:对钢进行加热、保温、冷却的综合操作工艺,通过改变钢的晶体组织来改善钢的性能.,退火:HB；塑性和韧性；消除内应力；含碳量高的高强度钢筋焊后，多次冷拔的钢丝均需退火处理正火:塑性和韧性淬火:硬度和耐磨性显著塑性和韧性显著 内应力.回火：消除内应力和脆性.,调质处理=淬火+高温回火,钢材调质处理的目的使钢材具有良好的综合技术性质,加工硬化与时效对钢性质的影响,1 基本概念 冷加工,冷加工强化,时效 2 对钢性质的影响 冷加工:s HB k 冷加工与时效:s b HBk,冷加工：指钢材在再结晶温度下（一般为常温）进行的机械加工，如冷拉、冷拔或冷轧等。冷加工强化：将钢材在常温下进行冷加工，使其产生塑性变形，从而提高屈服强度，相应降低塑性、韧性的过程。,时效处理：将冷加工处理后的钢筋在常温下存放1520d(自然时效），或加热至100200 后保持一定时间（人工时效），其屈服强度进一步提高，且抗拉强度也提高，同时塑性和韧性进一步降低，弹性模量则基本恢复的过程。,冷拉的目的，主要是：1.利用时效提高强度，2.利用塑性节约钢材3.同时也达到调直的目的4.除锈,建筑钢材种类与选用,建筑钢材主要有二大类 钢结构用钢；钢筋混凝土结构用钢,钢结构用钢,碳素结构钢 优质结构钢 低合金结构钢,碳素结构钢,钢的牌号：碳素结构钢按照屈服强度分为Q195、Q215、Q235和Q275四个牌号，每个牌号又根据硫、磷等杂质含量分为A、B、C、D四个质量等级。,牌号的顺序屈服强度字母Q、屈服强度数值、质量等级（A、B、C、D）、脱氧程度符号（F、b、Z、TZ）。,例如：Q235AF，表示屈服强度为235MPa，A级沸腾（F）碳素结构钢。钢牌号与性能的关系 钢牌号越大，钢的含碳量增加，强度与硬度增高，塑性和韧性降低，可焊性变差。,钢材选用原则 应根据钢结构的工作条件、荷载类型、连接方式、环境温度与介质的腐蚀情况等综合因素选用。,Q195和Q215号强度较低，塑性和韧性较大，易加工，可用于钢钉、螺栓等。Q235A宜使用于承受静载作用的钢结构；Q235B可用于承受动载焊接的普通钢结构；,Q235C可用于承受动载焊接的重要钢结构；Q235D可用于低温承受动荷载焊接的钢结构。Q275强度较高，塑性和韧性较差，主要用于机械零件等,优质碳素结构钢的表示方法 共有31个牌号，表示方法以平均含碳量、含锰量标注、脱氧程度代号组合而成。如“10F”表示平均含碳量为0.10%的沸腾钢；“45Mn”表示平均含碳高精尖为0.45%，较高含锰量的镇静钢。,低合金结构钢,1、组成：含有合金元素（Si、Mn、Ti、V、Cr、Ni、Cu等），含碳量0.2%。2、合金元素的作用：A 细化结晶，起到细晶强化作用，不仅可提高强度和硬度，还可一定程度上增加塑性和韧性。,B 强化作用，较硬微粒均匀分散在晶粒内部，阻碍晶粒滑移变形，大大提高钢的强度和硬度。3、牌号（8个）：与碳素结构钢一样，用Q+屈服强度值+质量等级（A、B、C、D、E）表示。,低合金高强度结构钢分为Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620和Q690共八个牌号。根据硫、磷等有害杂质的含量，Q345、Q390、Q420分为A、B、C、D和E五个等级；Q460、Q500、Q550、Q620和Q690分为C、D和E三个等级。,应用：适合于大跨度结构、高层建筑和桥梁。比碳素结构钢可节约用钢2030%，减轻结构自重。,1.高强度：一般其屈服强度在300MPa以上。2.高韧性：延伸率为15%20%，适用于大型焊接构件。3.良好的焊接性能和冷加工成型性能。4.低的冷脆性转变温度。5.良好的耐蚀性。,低合金结构钢的特性,混凝土结构用钢,主要品种有 热轧钢筋；热处理钢筋；冷轧带肋钢筋；预应力钢丝与钢绞线等。,热轧钢筋,牌号有HPB235、HPB300、HRB335、HRBF335、HRB400、HRBF400、HRB400、HRB400 八个牌号。,冷轧带肋钢筋,由普通低碳钢、优质碳素钢或低合金钢热轧圆盘条为母材，经冷轧减径在表面冷轧成两面或三面有肋的钢筋。CRB550、CRB650,CRB800,CRB970四个牌号。,CRB550为普通钢筋混凝土用钢筋，其他牌号为预应力混凝土用钢筋。CRB550钢筋的公称范围412mm，CRB650及以上牌号钢筋的公称直径为4mm，5mm和6mm。,预应力混凝土用热处理钢筋,由热轧带肋钢筋经淬火和高温回火调质处理得到，强度高、韧性好、粘结力好和应力松弛小等优点，特别适用于预应力混凝土构件。,性能：屈服强度不小于1325MPa，极限强度不小于1470MPa，伸长率不小于6。用途：主要用于预应力混凝土梁、预应力混凝土轨枕和其他预应力混凝土结构。,预应力混凝土用钢丝与钢绞线,特性：强度高、柔性好、无接头，质量稳定，不需焊接。设计强度取值以条件屈服点统计值确定用途：大跨度桥梁、屋架、吊车梁、电杆、轨枕等预应力钢筋。,预应力混凝土用钢绞线简称预应力钢绞线，是由多根圆形断面钢丝捻制而成。钢绞线按左捻制成并经回火处理消除内应力。钢绞线的公称直径有9.0、12.0、15.0mm三种规格,钢材的腐蚀1.化学腐蚀2.电化学腐蚀,钢材的防护1.合金化2.涂敷保护层3.电化学保护法4.掺入阻锈剂,外部介质通过混凝土保护层裂隙达到钢筋表面引起钢筋锈蚀,钢筋锈蚀产生的裂缝,使钢筋产生锈蚀的原因有：骨料中含氯化盐；外部进入氯化盐；混凝土碳化；保护层不足；过大的裂缝宽度。,钢筋锈蚀产生体积膨胀可达原体积的数倍，使钢筋位置处的混凝土受到内压力而产生裂缝，并随之剥落。这种裂缝沿钢筋方向发展，且随着锈蚀的发展混凝土剥离产生空隙，这可从敲击产生的空洞声得到判别。,铸 铁,含碳量大于2.06%的铁碳合金称为生铁，铸铁性脆，无塑性，抗压强度较高应用：铸铁水管,铝及铝合金,1铝在地壳中的含量占8.13%，居第三位2铝化学性质活泼，表面有一层氧化膜，具有一定的耐腐蚀性3铝的塑性很好，伸长率可达3550%，易加工成型4铝的强度硬度，刚度低,铝合金的比强度是钢材的2.33.5倍；铝合金的弹性模量只有钢材的1/3；铝合金的线膨胀系数是钢材的2倍；铝合金的耐久性比钢材高，普通压型钢板的使用寿命只有铝合金型板1/3.51/5。,1.普通碳素钢按屈服点、质量等级及脱氧方法划分为若干个牌号，随牌号提高，钢材的（）。A强度提高，伸长率提高 B强度提高，伸长率降低 C强度降低，伸长率降低 D强度降低，伸长率提高,2.钢材抵抗冲击荷载的能力称为()。A塑性 B冲击韧性 C弹性 D硬度,习题,3.建筑中主要应用的是（）号钢。A.Q195 B.Q215 C.Q235 D.Q275,4.钢材经冷加工后，屈服强度和极限强度随时间而提高，伸长率和冲击韧性逐渐降低，弹性模量得以恢复的现象称为（）A.时效强化 B.时效 C.时效敏感性 D.钢的冷脆,5.钢材经冷拉、冷拔、冷轧等冷加工后，性能会发生显著改变。以下表现何者不正确？()A强度提高 B塑性增大 C变硬 D变脆,6.直径为20mm的钢筋做拉伸试验，其屈服时的拉力为120KN，拉断时的应力为510MPa，则该钢筋的屈服点是()。A510MPa B380 MPa C335 MPa D235 MPa,7.钢材的强屈比越大，表明（）。A钢材使用可靠性越高 B钢材的冲击韧性越差 C钢材强度利用率越高 D钢材的杂质含量越高,8.钢材的伸长率越大，说明钢材的()越好。A强度B硬度C韧性D塑性,9.在低碳钢拉伸性能实验过程中，在（）阶段既产生弹性变形，又产生塑性变形。A弹性B屈服C强化D颈缩,10.下列碳素结构钢中含碳量最高的是()。A.Q235 B.Q215 C.Q255 D.Q275,1.钢材的屈强比越大，表示结构使用安全度越高。2.碳素结构钢的牌号越大，其强度越高，塑性越差。3.钢结构设计时，对直接承受动荷载的结构应选用沸腾钢。4.寒冷地区应尽量选用脆性转变温度较高的建筑钢材。5.建筑钢材的比强度高于混凝土。,6.Q235是最常用的建筑钢材牌号。7.建筑钢材根据屈服点和抗拉强度确定牌号。8.建筑钢材的屈服点越高，其可利用率越高。9.与沸腾钢比较，镇静钢的冲击韧性和焊接性较差，特别是低温冲击韧性的降低更为显著。10.在结构设计时，屈服点是确定钢材容许应 力的主要依据。,直径为18mm的钢筋进行拉伸试验，屈服荷载为65.4KN，破坏荷载为89.2KN，拉断后标距间距108mm，求s/b和5。,