土木工程材料第七章-建筑钢材PPT课件

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【精品课件】建筑钢材

脱氧方法：F（沸腾钢）、b（半镇静钢）、 Z（镇静钢）、TZ（特殊镇静钢）
质量等级（A、B、C、D）屈服点数值（MPa）钢材种类代号（专用代号Q）
图7-2 钢的牌号表示
（二）低合金高强度结构钢低合金结构钢的强度、耐冲击韧性、耐磨性和耐腐蚀性均较高，按照国家标准《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591－ 94）的规定，低合金高强度结构钢的牌号由代表屈服点的字母 Q、屈服点数值、质量等级三个部分按顺序排列。如： Q390A—屈服强度390MPa的A级低合金高强度结构钢。低合金高强度结构钢的强度大大高于碳素结构钢，并具有良好的工艺性能，其耐磨性、耐腐蚀性及耐低温性等均较良好。且质量较轻，可降低结构自重，因而适用于大型结构及桥梁等工程。低合金高强度结构钢的化学成分与力学性能见教材中表7-5 和表7-6所示。
碳是决定钢性能的主要元素，随着含碳量的增加，钢的强度和硬度相应提高，而塑性和韧性则相应降低；含碳量过高会增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抗大气腐蚀性和可焊性。
（二）钢中常存杂质元素对碳素钢性能的影响 1、锰的影响锰在钢中是一种有益元素。在碳钢中含锰量通常小于0.8%；在含锰合金钢中含锰量一般控制在 1.0%～1.2%的范围内。当锰含量不多，对钢的性能影响并不大。 2、硅的影响硅在钢中也是一种有益元素。在碳钢中含硅量通常小于0.35%；当硅含量不多，对钢的性能影响并不大。
4、按冶炼时脱氧程度分类（1）沸腾钢是脱氧不充分的钢，在浇铸及钢液冷却时，有大量的一氧化碳气体逸出，钢液呈激烈沸腾状态；（2）镇静钢脱氧充分，钢水较纯净，浇铸钢锭时，钢水平静，镇静钢材质致密均匀，质量高于沸腾钢；（3）半镇静钢脱氧程度及钢水质量介于上述两者之间。 5、按成型方法分类分为铸造钢、锻造钢、轧压钢、冷拔钢。

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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。
花纹钢板压型钢板
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
1. 热轧钢筋
强度等级 HPB235 HRB335 HRB400 RRB400
钢筋级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
外形光圆带肋
产品《钢筋混凝土用热轧光圆
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
钢铁区别：
生铁—C>2%的铁碳合金，杂质多，硬脆，不能焊接、锻造、扎制
钢 —0.06%<C<2%的铁碳合金，杂质少，强度高，塑性好
纯铁—C<0.04%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）
优质碳素合金钢
电炉生铁、废钢产量低、耗电大，杂质少合金钢
质量最好，成本高
优质碳素钢
二.钢的分类
按化学成分
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
分类
按脱氧程度半镇静钢 b 镇静钢Z
特殊镇静钢TZ
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

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b
Fb A
α
O
L L0
低碳钢受拉的应力－应变图
45
建筑钢材的抗拉性能
四、颈缩阶段CD
图形的特点：
一段下降的曲线。
试件的特点：
变形迅速发展，在有杂质或缺陷处，断面急剧缩小—— 颈缩，直到断裂。
计算的指标：
伸长率δ：
L1L0 10% 0
L0
建筑钢材的抗拉性能
F A
b s p
B上 A B下 B
s b
C D
LL0
s
47
• 钢材的σe和σs越高，表示钢材对小量塑性变形的抵抗能力越大。因此，在不发生塑性变形的条件下，所能承受的应力就越大。σe与σb差值越大的钢，说明超过屈服点后的强度储备能力越大，结构的安全性高。
• 屈强比（σs/σb）钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，
称为屈强比。它也代表了钢材强度储备的大小，屈强比越大，结构零件的可靠性越高，屈强比越小，强度储备大。但屈强比太小则钢筋强度的有效利用率低。一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75,合金结构钢为0.84-0.86。
100预应力混凝土用热处理钢筋的牌号和化学成分牌牌号化学成分质量分数csimncrps40si2mn0360451401900801200045004548si2mn0440531401900801200045004545si2cr04105115519504007003006000450045101预应力混凝土用热处理钢筋的力学性能公称直径mm牌牌号屈服强度02mpa抗拉强度bmpa伸长率10640si2mn1325147068248si2mn1045si2cr102余热处理钢筋rrb是把热轧后的钢筋立即穿水控制表面冷却然后利用芯部余热自身完成回火处理所得的成品钢筋

《建筑工程材料》图文课件ppt 第七章

曲角度和不同弯曲径d相对于钢材厚度a的比值（d/a）来表示，
如图7-5所示。
图7-5 钢筋冷弯冷弯示意图
试验方法是按一定的角与d/a值进行冷弯，试件弯曲处的
外拱面及两个侧面不出现裂缝和起层现象为合格。
弯曲角度越大，弯曲直径对试件厚度（或直径）的比值越小，则表示钢材的冷弯性能越好。
冷弯性能检测不仅是评定钢材塑性、加工性能的技术指标，而且对焊接质量也是一种严格的检验，能揭示焊接在受弯表面是否存在未熔合、微裂纹及夹杂物等缺陷。
其特点是材料破坏时其强度远低于抗拉强度，不易引起人们注意，因此疲劳破坏危害极大。疲劳强度用钢材在交变荷载下，在规定的周期基数内（106～107次）不发生断裂所能承受的最大应力来表示。
4．硬度
钢材的硬度指其表面局部体积内，抵抗外物压入产生塑性变形的能力。测定钢材硬度的方法常用布氏法和洛氏法。
7.1 建筑钢材的主要技术性能
建筑钢材的性能主要包括力学性能、工艺性能和化学性能等，见图7-2所示。只有了解钢材的各种性能，才能做到正确、经济、合理地选择和使用钢材。
图7-2 建筑钢材的主要性能
7.1.1 力学性能
1．拉伸性能
拉伸是建筑钢材的主要受力形式，所以拉伸性能是建筑工程中选用钢材的重要指标。现以低碳钢为例在试验机上进行拉伸试验（如图7-3所示），进而分析钢材的力学性能。
（2）时效处理
将经过冷拉的钢筋于常温下存放15～20 d（称为自然时效），或加热到100～200℃并保持一段时间（称为人工时效），这个过程称为时效处理。
钢筋冷拉以后再经过时效处理，其屈服点进一步提高，塑性继续有所降低。应当注意，时效处理增加的强度只作为材料的强度储备，以增加结构的安全性，不作为结构设计依据。

7建筑钢材ppt-第七章建筑钢材

预应力钢筋宜采用预应力混凝土用钢丝、钢绞线和热处理钢筋。
六.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：①该钢筋属哪级？ ②该钢筋的屈强比是多少？
解：①由题知，A = 82
s = F/A = 72.2103/ 82 = 359.1 Mpa b = F/A = 104.5103/ 82 = 519.74 Mpa = (l1-l0)/l0100% = (94.4-80)/80100% = 18% 查表知该钢筋属热轧Ⅱ级钢筋（即HRB335） ②屈强比s/b = 359.1/519.74 = 0.69
指标—布氏硬度 HB
二.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
但：伸长率—反映钢材在均匀变形下的塑性性能冷弯性能—反映钢材在不利变形条件下的塑性性能
例如：Q345 – D 表示屈服强度为 345 MPa 的 D 级低合金结构钢 5.特性：与碳素结构钢相比，低合金结构钢（Q345）具有高的强度，又有
较好的塑性、低温冲击韧性、可焊性、耐腐蚀性及冷加工性，是一种综合性能较为理想的建筑钢材。广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构中，尤其是大型结构、重型结构、大跨度结构、高层建筑、桥梁工程、承受动荷载和冲击荷载的结构。
一.热轧型钢
主要有：工字钢、H型钢、T型钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢等类型。
二.冷弯薄壁型钢
主要有：结构用空心冷弯型钢、通用冷弯开口型钢等两大类。

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5
钢材的特点
二.钢材的缺点
1.易锈蚀。 2.维修费用高。 3.耐火性差。
6
建筑钢材的常见种类
钢结构工程用型钢（角钢、槽钢、工字钢等）、钢板和钢管等。
钢筋混凝土结构工程用钢筋及钢丝。
7
建筑钢材的常见种类
钢结构网架
槽钢
工字钢
8
建筑钢材的常见种类类
36
第二节钢材的力学性能
三.冲击韧性
1.定义：是指钢材抵抗冲击荷载的能力。 2.冲击韧性指标：是通过标准试件的弯曲冲
击韧性试验确定的。以摆锤打击试件，于刻槽处将其打断，试件单位截面积上所消耗的功，即为钢材的冲击韧性指标，用冲击韧性ak（Ｊ/cm2）表示。ak值愈大，冲击韧性愈好。
37
冲击试验
屈服强度σs
结构设计中钢材强度取值的依据
抗拉强度σb
钢材所能承受的最大应力
屈强比 s b
b s p
B上 B
A B下
s b
α
O
屈强比，↑利用率 ↑，安全可靠程度↓
强屈比一般不低于1.2，抗震结构一般不低于1.25b。
s b
伸长率δ
L1 L0 100 %
L0
衡量钢材塑性的指标，越大说明钢材的塑性越好
冷
带
轧
肋
带
钢
肋
筋
钢
筋
钢
绞
线
10
第一节钢材的化学成分
11
按钢的化学成分分类
钢与生铁的区分在于含碳量的大小。含碳量小于2.06％的铁碳合金称为钢。含碳量大于2.06％的铁碳合金称为生铁。 1.钢材的分类：
按化学成分分
低碳钢（含碳量小于0.25％）碳素钢中碳钢（含碳量0.25％～0.6％）

建筑钢材课件

第8章建筑钢材
3.铸锭按冶炼时脱氧程度分
沸腾钢：脱氧不充分，残留FeO与C结合，生成气体冒出。代号“F” 镇静钢：脱氧充分，在钢模内平静凝固，代号“2” 半镇静钢：脱氧程度介于“F”与“2”之间，代号“b” 特殊镇静钢：脱氧彻底，代号“TZ”
4．按用途分类
结构钢：建筑结构、机械制造（低、中碳钢）
当低合金钢中的铬含量达11.5%时，铬就在合金金属的表面形成一层惰性的氧化铬膜，成为不锈钢。不锈钢具有低的导热性，良好的耐蚀性能等优点；缺点是温度变化时膨胀性较大。不锈钢既可以作为承重构件，又可以作为建筑装饰材料。
第8章建筑钢材
8.5.2 混凝土结构用钢
1.热轧钢筋（1）牌号
热轧钢筋分为R235、HRB335、HRB400、HRB500四个牌号。牌号意义：R代表热轧光圆钢筋、HRB代表热轧带肋钢筋，
配筋根数减少,制作方便,锚固性能好,建立预应力稳定。也用于预应力混凝土板、梁和吊车梁，使用效果良好。热处理钢筋系成盘供应（每盘长约20mm），开盘后能自然伸直，不需调直、焊接，故施工简单，并可节约钢材。
第8章建筑钢材
（3）预应力钢丝和钢绞线的应用
主要用于大跨度、大负荷的桥梁、电杆、枕轨、屋架、大跨度吊车梁等，安全可靠，节约钢材，且不需冷拉，焊接接头等加工，因此，在土木工程中得到广泛应用。
HRB500带肋钢筋强度高，但塑性与焊接性较差，适宜作预应力钢筋。
第8章建筑钢材
2.冷拉热轧钢筋
为了提高强度以节约钢筋，工程中常按施工规程对热轧钢筋进行冷拉。冷拉热轧钢筋分为：冷拉Ⅰ级、冷拉Ⅱ级、
冷拉Ⅲ级、冷拉Ⅳ级
第8章建筑钢材
（3）冷拉热轧钢筋的选用
冷拉I级钢筋适用作非预应力受拉钢筋。冷拉Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢筋强度较高，可用作预应力混凝土结构

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适用于特别重要的结构工程。代号为“TZ”。
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7.1.2 钢的分类
1．按照化学成分分类
（1）碳素钢
低碳钢：含碳量小于0.25% 。中碳钢：含碳量在0.25% ~ 0.60% 之间。高碳钢：含碳量大于0.60%。
优质碳素结构钢：保证钢的化学成分和力学性能。
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（2）合金钢
低合金钢：合金元素总含量小于5% 。中合金钢：合金元素总含量在5% ~ 10%
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15
建筑钢材的抗拉性能，见软钢受拉的
应力~应变图（见图 σ
7.1）。
ⅠⅡ
Ⅲ
Ⅳ
C
软钢拉伸发展的全
过程可分为四个阶
段：
σ b
（Ⅰ）弹性阶段
（Ⅱ）屈服阶段
σp
B上 B
A B下
σS
（Ⅲ）强化阶段
（Ⅳ）颈缩阶段。
δ
每个阶段都各有其
D
ε =Δ L/ L
特点。
图7.1 低碳钢受拉时应力应变曲线图
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1．钢的冶炼
钢由生铁冶炼而成。
钢的冶炼将生铁在熔融状态下进行氧化，将含碳量降低到2.06%以下，使磷、硫等其他杂质也减少到某一规定数值，再加入脱氧剂（锰铁、硅铁、铝等）进行脱氧冶炼而成的。
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2
生铁是将将铁矿石、焦碳及熔剂（石灰石）在炼铁炉中，经高温冶炼，铁矿石内氧化铁还原成碳铁合金，其中碳的含量为2.06~6.67%，磷、硫等杂质的含量也较高。
特级优质钢：含硫量≤0.015% ，特级优质钢后加“E”；含磷量≤0.025% 。建筑上常用的主要钢种是普通碳素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金高强度结构钢。
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7.2 建筑钢材的技术性能
7.2.1钢材的力学性能
1．抗拉性能抗拉性能是建筑钢材的重要性能。由
拉力试验测得的屈服点、抗拉强度和伸长率是钢材的重要技术指标。
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图7.1中的 B上点是这一阶段的最高点，称为屈服上限（σ s上）； B下点相应的应力称为屈服下限（σs下，又称屈服点或屈服强度，用σs表示。
伸长率δ
l1 l0 100%
l0
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伸长率δ是衡量钢材塑性的一个指标，它的数值愈大，表示钢材塑性愈好。
伸长率与标距有关。通常钢材拉伸试验标距取l0= 10d0和 l0= 5 d0，伸长率分别以δ10和δ5表示。对同一钢材δ5大于δ10。
空气转炉法已淘汰，逐渐被氧气转炉法所取代。
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4
氧气转炉法：以纯氧代替空气吹入炼钢炉内铁水中，克服了空气转炉法的一些缺点，能有效地除去磷、硫等杂质，使钢的质量显著提高，可以炼制优质的碳素钢和合金钢。
氧气转炉法是现代炼钢的主流方法。
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（2）平炉炼钢法
平炉钢的冶炼：以固体或液体生铁、废钢铁或铁矿石作原料，用煤气或重油为燃料在平炉中加热冶炼，杂质靠铁矿石或废钢中的氧起氧化作用而除去。
生铁按断口颜色分为白口铁和灰口铁。
白口铁用于炼钢，也称炼钢生铁；
灰口铁也称铸铁，用于铸造承受静荷载的次要构件（管材、机座）等。
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常用的炼钢方法
（1）转炉炼钢法
转炉炼钢法又分空气转炉炼钢法和氧气转炉炼钢法两种。
空气转炉法：由转炉底部或侧面吹入高压热空气至熔融状态的铁水中，铁水中的杂质与空气中的氧起氧化作用而被除去。
平炉熔炼时间长，有利于化学成分的精确控制，杂质含量少，成品质量高，可用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特殊要求的专用钢。缺点是能耗大、冶炼时间长、成本高。
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（3）电炉炼钢法
以生铁和废钢为原料，用电力作能源的冶炼方法。其熔炼温度高，温度可以控制，清除杂质容易彻底。
电炉钢的质量最好，但成本高。它适合产冶炼优质特殊质量的特种钢。
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根据脱氧程度不同，浇铸的钢锭可分为：
沸腾钢（F）：脱氧不完全的钢，浇铸后在钢液冷却时有大量一氧化碳气体逸出，引起钢液剧烈沸腾，称为沸腾钢。
此种钢的碳和有害杂质磷、硫等的偏析较严重，钢的致密程度较差，故冲击韧性和焊接性能较差，特别是低温冲击韧性的降低更显著。
沸腾钢成本低，被广泛应用于建筑结构。其代号为“F”。
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2．脱氧和偏析对钢材质量的影响
钢水脱氧后浇铸成钢锭，在钢锭冷却过程中，由于钢内某些元素在铁的液相中的溶解度高于固相，使这些元素向凝固较迟的钢锭中心集中，导致化学成分在钢锭截面上分布不均匀。这种现象称为化学偏析。
其中尤以磷、硫等的偏析最为严重，偏析现象对钢的质量影响很大。
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镇静钢（Z）：浇铸时，钢液平静地冷却凝固，是脱氧较完全的钢。
镇静钢钢锭的组织致密度大，气泡少，偏析程度小，各种力学性能比沸腾钢优越，用于承受冲击荷载或其他重要结构。
代号为“Z”。
半镇静钢（b）：指脱氧程度和质量介于沸腾钢和镇静钢之间的钢。
其质量较好。
代号为“b”。
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特殊镇静钢（TZ）：比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，其质量最好。
2．冲击韧性
冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力。是以试样缺口处单位横截面所吸收的功（J/cm2）来表示，即冲击韧性值，其符号为αk。
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18
冲击韧性的金属夏比试验
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冲击韧性值αK：冲击吸收功除以试样缺
口底部处横截面面积所得的商。单位为
焦耳/
2（J/cm2）。即
αK= AK/A
式中 A——试样缺口处的截面积，cm2。
AK——冲击吸收功，具有一定形状和尺寸的金属试样，在冲击负荷作用下折断时所吸收的功。单位为焦耳（J）。
AK（或αK）值越大，表示冲断时所吸收的功愈多，钢材的冲击韧性愈好。
第七章建筑钢材
钢材是建筑工程中的重要材料，具有许多优良的特性。
钢材的组织结构均匀密实，性能稳定，并且强度高，塑性、韧性好，可以冷弯、焊接或铆接，易于加工和装配。
钢材也存在着能耗大，成本高，易锈蚀，维护费用高，耐火性差等缺点。
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1
7.1 钢的冶炼及分类
7.1.1 钢的冶炼及其对质量的影响
之间。
高合金钢：合金元素总含量在10% 以上。
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13
2．按照质量分类
普通碳素钢：含硫量≤0.045% ~ 0.050% ；含磷量≤0.045% 。
优质碳素钢：含硫量≤0.035% ；含磷量 ≤0.035% 。
高级优质钢：含硫量≤0.025% ，高级优质钢的钢号后加“高”字或“A”；含磷量 ≤0.025%。

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