最新土木工程材料第七章建筑钢材PPT课件

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1、土木工程材料土木工程材料 第七章第七章 建筑建筑钢材钢材 目目目目录录录录 7.1 钢的冶炼及分类钢的冶炼及分类 7.1.1 钢的冶炼及其对质量的影响l1钢的冶炼n钢由生铁冶炼而成。n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。2文库专用 目目目目录录录录 目目目目录录录录 目目目目录录录录 目目目目录录录录 目目目目录录录录 目目目目录录录录 目目目目录录录录 根据脱氧程度不同，浇铸的钢锭可分为：l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

2、烈沸腾，称为沸腾钢。n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。n沸腾钢成本低，被广泛应用于建筑结构。n其代号为“F”。9文库专用 目目目目录录录录 l镇静钢（Z）：浇铸时，钢液平静地冷却凝固，是脱氧较完全的钢。n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。n代号为“Z”。l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。n其质量较好。n代号为“b”。10文库专用 目目目目录录录录 l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

3、。n适用于特别重要的结构工程。n代号为“TZ”。11文库专用 目目目目录录录录 7.1.2 钢的分类钢的分类l1按照化学成分分类l（1）碳素钢n低碳钢：含碳量小于0.25%。n中碳钢：含碳量在0.25%0.60%之间。n高碳钢：含碳量大于0.60%。n优质碳素结构钢：保证钢的化学成分和力学性能。12文库专用 目目目目录录录录 l（2）合金钢n低合金钢：合金元素总含量小于5%。n中合金钢：合金元素总含量在5%10%之间。n高合金钢：合金元素总含量在10%以上。13文库专用 目目目目录录录录 l2按照质量分类n普通碳素钢：含硫量0.045%0.050%；含磷量0.045%。n优质碳素钢：含硫量0.

4、035%；含磷量0.035%。n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%。n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。14文库专用 目目目目录录录录 7.2 建筑钢材的技术性能建筑钢材的技术性能7.2.1钢材的力学性能l 1抗拉性能l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。15文库专用 目目目目录录录录 l建筑钢材的抗拉性能，见软钢受拉的应力应变图（见图7.1）。l软钢拉伸发展的全过程可分为

5、四个阶段：（）弹性阶段（）屈服阶段（）强化阶段（）颈缩阶段。每个阶段都各有其特点。图7.1 低碳钢受拉时应力应变曲线图 16文库专用 目目目目录录录录 n图7.1中的 B上点是这一阶段的最高点，称为屈服上限（s上）；B下点相应的应力称为屈服下限（s下），又称屈服点或屈服强度，用s表示。n伸长率17文库专用 目目目目录录录录 n伸长率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。n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10和5表示。对同一钢材5大于10。l2冲击韧性n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

6、吸收的功（J/cm2）来表示，即冲击韧性值，其符号为k。18文库专用 目目目目录录录录 冲击韧性的金属夏比试验冲击韧性的金属夏比试验冲击韧性的金属夏比试验冲击韧性的金属夏比试验19文库专用 目目目目录录录录 n冲击韧性值K：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/厘米2（J/cm2）。即 K=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）。nAK（或K）值越大，表示冲断时所吸收的功愈多，钢材的冲击韧性愈好。20文库专用 目目目目录录录录 n冲击韧性还随温度的降低而下降，其规律是开始

7、下降缓慢，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，称为钢材的冷脆性。这时的温度称为脆性临界温度。它的数值愈低，钢材耐低温冲击性能愈好。n由于脆性临界温度的测定工作较复杂，规范中通常规定20 或40 的负温冲击值作为指标。21文库专用 目目目目录录录录 l3耐疲劳性n钢材在交变荷载反复多次作用下，可以在远低于抗拉强度的情况下突然破坏。这种破坏称为疲劳破坏。n一般把钢材在荷载交变107次时不破坏的最大应力定义为疲劳强度或疲劳极限。l4硬度n钢材硬度系指比其更坚硬的其他种材料压入钢材表面的性能。测定硬度的方法很多，按压头和压力不同有布氏法和洛氏法。常用的是布氏法，其硬度指标为布氏硬度值。22文库

8、专用 目目目目录录录录 布氏硬度试验原理图布氏硬度试验原理图23文库专用 目目目目录录录录 7.2.2 钢材的工艺性能钢材的工艺性能l1冷弯性能n冷弯性能，指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是建筑钢材的重要工艺性能。n建筑钢材的冷弯，一般用弯曲角度（及弯心直径d相对于钢材厚度a的比值）来表示。n试验时采用的弯曲角度愈大，弯心直径对试件厚度（或直径）的比值愈小，表示对冷弯性能的要求愈高。24文库专用 目目目目录录录录 钢材冷弯试验钢材冷弯试验（a）试件安装（b）弯曲90（c）弯曲180（d）弯曲至两面重合25文库专用 目目目目录录录录 钢材冷弯试验钢材冷弯试验26文库专用 目目目目录录录录 n按

9、规定的弯曲角和弯心直径进行试验，试件的弯曲处不发生裂缝、裂断或起层，即认为冷弯性能合格。l2焊接性能n保证焊接质量，要求焊缝及附近过热区不产生裂缝及变脆倾向，焊接后的力学性能，特别是强度不低于原钢材的性能叫可焊性。n可焊性与钢材所含化学成分及含量有关，含碳量高，或含较多的硫，钢材的可焊性都变差。27文库专用 目目目目录录录录 l3钢材的热处理n将钢材按一定规则加热、保温和冷却，以改变其组织结构，从而获得需要性能的加工工艺，总称为钢的热处理。n热处理方法有：n（1）淬火l将钢材加热至基本组织转变温度（如当含碳量大于0.8时，为723）以上30一50，保温使组织完全转变。随即故人冷却介质（盐水、冷

10、水或矿物油）中急冷的处理过程称为淬火。l淬火使钢的硬度、强度、耐磨性提高。28文库专用 目目目目录录录录 n（2）回火l经淬火处理的钢，再加热、冷却的处理过程称为回火。l回火的温度低于723。l回火处理可消除淬火产生的内应力，适当降低淬火钢件的硬度并提高其韧性。n（3）退火l将钢材加热至基本组织转变温度以上30一50，保温后以适当的速度缓慢冷却的处理过程称为退火。l退火可降低钢材原有的硬度，改善其塑性及韧性。29文库专用 目目目目录录录录 l（4）正火n将钢材加热至基本组织转变温度以上30一50，保温后在空气中冷却的处理过程称为正火。l正火后的钢材，硬度较退火处理者高，塑性也差，但由于正火后钢

11、的结晶较韧且均匀，故强度有所提高。30文库专用 目目目目录录录录 l（1）钢材的冷加工及时效n冷加工强化处理n钢材在常温下通过冷拉、冷拔、冷轧产生塑性变形，从而提高屈服强度和硬度，但塑性、韧性降低，这个过程称为冷加工强化处理。n冷拉：将热轧后的小直径钢筋，用拉伸设备予以拉长，使之产生一定的塑性变形，使冷拉后的钢筋屈服强度提高，钢筋的长度增加（约410），从而节约钢材。31文库专用 目目目目录录录录 n冷拔：将钢筋或钢管通过冷拔机上的孔模，拔成一定截面尺寸的钢丝或细钢管。孔模用硬质合金钢制成（图7.4）。冷拔n冷轧：将热轧钢筋或钢板通过冷轧机，可以轧成一定规律变形的钢筋或簿钢板。32文库专用 目

12、目目目录录录录 时效l冷加工后的钢材，随着时间的延长，钢材的屈服强度、抗拉强度与硬度提高，塑性、韧性降低的现象称为时效。l时效处理有两种方法。n自然时效：将经冷加工的钢材在常温下放置1520d，称为自然时效，它适用于强度较低的钢材。n人工时效：对强度较高的钢材，自然时效效果不明显，可将经冷加工的钢材后的钢材加热至100200，保持12h，这称为人工时效。33文库专用 目目目目录录录录 钢筋冷拉前后应力-应变图的变化 34文库专用 目目目目录录录录 7.2.3 钢的化学成分对钢材性能的影响钢的化学成分对钢材性能的影响 l碳（C）：n当含碳量小于 0.8%的碳素钢，随着含碳量的增加，钢的抗拉强度（

13、b）和硬度（HB）增加，而塑性和韧性则相应降低。n当含碳量大于 0.8%时（如高碳钢），随着含碳量的增加，钢的抗拉强度（b）反而下降。35文库专用 目目目目录录录录 l硅（Si）：n炼钢时为了脱氧去硫而加入硅，少量的硅对钢是有益的。n当含硅量小于 1%时，能显著提高钢的强度，对塑性和韧性影响不大，还可提高抗腐蚀能力，改善钢的质量。n当硅含量大于 1%时，可焊性变差，冷脆性增加。36文库专用 目目目目录录录录 l锰（Mn）：n锰加入钢中起脱氧和去硫作用，加入锰能显著提高钢材的强度和硬度，消除钢的热脆性，改善热加工性，几乎不降低塑性和韧性。n但含锰量大于1.0时，将降低钢的塑性、韧性和可焊性。37

14、文库专用 目目目目录录录录 l磷（P）：n磷是钢中的有害元素。对钢材起强化作用，可使钢的屈服点和抗拉强度提高，但塑性和韧性显著降低，特别在低温下的增大钢的冷脆性，并降低可焊性。n磷的含量应严格控制，一般不超过0.085%。l硫（S）：n硫也是钢中的有害元素。硫使钢材在热加工过程中引起断裂，形成热脆现象，称为热脆性，硫将大大降低钢的热加工性、可焊性、冲击韧性、疲劳强度和抗腐蚀性。n硫是极有害的杂质，含量应严格控制，一般不得超过 0.065%。38文库专用 目目目目录录录录 l氧（O）：n氧常以 FeO 的形式存在于钢中，它将降低钢的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能以及强度，并显著降低疲劳强度，增加

15、热脆性。n氧是钢中有害杂质，在钢中其一般不得超过 0.05%。但氧有促进时效性的作用。l氮（N）：n氮虽可以提高钢的屈服点、抗拉强度和硬度，但使塑性，特别是韧性显著下降，并增大钢的时效敏感性和冷脆性，降低焊接性能，冷弯性能。n故钢的含氮量不应超过0.008。39文库专用 目目目目录录录录 l钛（Ti）、钒（V）：n都是较强的脱氧剂。是加入钢中的合金元素，可改善组织结构，使晶体细化，显著提高钢的强度，改善钢的韧性。40文库专用 目目目目录录录录 7.3 建筑常用的钢及钢材建筑常用的钢及钢材7.3.1 钢结构用钢材l1普通碳素结构钢n普通碳素结构钢简称为普通碳素钢，包括一般结构钢和工程用热轧用型钢

16、、钢板、钢带。建筑钢材可分为钢结构用钢材和钢筋混凝土结构用钢筋、钢丝等，水工钢结构主要有钢闸门和压力管道等。41文库专用 目目目目录录录录 n（1）牌号的表示方法n普通碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。lQ是钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母；l其中屈服点数值共分195、215、235、255和275（MPa）共五种；l质量等级按有害成分硫、磷含量由多到少的规律，分别由A、B、C、D四个质量等级由低到高表示，A最差，D等级质量最好；l按脱氧程度不同分为：沸腾钢（F）、半镇静钢（b）、镇静钢（Z）、特殊镇静钢（TZ）。l牌号中Z、T

17、Z可以省略。42文库专用 目目目目录录录录 n普通碳素结构钢的牌号表示：Q屈服点等级质量等级脱氧程度n例：nQ215Bb表示 屈服点为215 Mpa的B级半镇静钢。nQ235A表示 屈服点为235 Mpa的A级镇静钢。43文库专用 目目目目录录录录 牌号牌号等级等级化学成分（化学成分（%）脱氧方法脱氧方法CMnSiSPQ1950.060.120.250.500.300.0500.045F、b、ZQ215A0.090.150.250.550.300.0500.045F、b、ZB0.045Q235A0.140.220.300.650.0350.0500.045F、b、ZB0.120.200.300

18、.700.045C0.180.350.800.0400.040ZD0.170.035TZQ255A0.180.280.400.700.300.0500.045ZB0.045Q2750.200.380.500.800.350.0500.045Z碳素结构钢的牌号、等级和化学成分碳素结构钢的牌号、等级和化学成分 44文库专用 目目目目录录录录 l2低合金高强度结构钢n低合金高强度结构钢是在普通碳素钢的基础上加入含量一般不超过 5%的一种或多种合金元素经氧气转炉、平炉、电炉炼制成的镇静钢。其添加的合金元素有硅、锰、钒、钛、铌、铬、镍等，用以提高钢的强度、耐腐蚀性、耐磨性或耐低温冲击韧性，并便于大量生产

19、和应用。45文库专用 目目目目录录录录 n（1）牌号的表示方法n低合金高强度结构钢的牌号表示方法与普通碳素结构钢相似。牌号也是由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。n与普通碳素结构钢牌号不同的是：l屈服点数值共分295、345、390、420、460（MPa）共五种；l质量等级按有害成分硫、磷含量由多到少的规律，分别由A、B、C、D、E五个质量等级由低到高表示；l低合金高强度结构钢均为镇静钢。46文库专用 目目目目录录录录 n低合金高强度结构钢的牌号表示：Q屈服点等级质量等级n例：nQ295B表示 屈服点为295 Mpa的B级镇静钢。nQ390E表示

20、 屈服点为390 Mpa的E级镇静钢。47文库专用 目目目目录录录录 n（2）标准和选用n低合金高强度结构钢分五个牌号。具有较高的屈服点和抗拉强度、良好的塑性和冲击韧性，具有耐锈蚀，耐低温性能，综合性能好。n由于低合金高强度结构钢冶炼成本也不高，广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中。低合金高强度结构钢主要用于轧制各种型钢（角钢、槽钢、工字钢）、钢板、钢管及钢筋），特别适用于各种重型、大跨度、大柱网、高层结构及桥梁工程等。48文库专用 目目目目录录录录 n3水工钢结构钢材的选用n（1）型钢与钢板n常用的型钢与钢板都是由碳素结构钢和低合金结构钢轧制而成的。n型钢按其断面形式可分为圆钢、方钢、角钢、槽钢

21、、工字钢等，它们各有不同的钢号、规格和技术条件，具体可参阅有关标准。n钢材按其厚度可分为薄板（0.354mm）、厚板（大于4mm），各具有规定的宽度和长度。钢板的化学成分和力学性能、工艺性能应符合所用钢的技术条件规定。n在水工中，钢板与各种型钢组成钢结构，如钢闸门、桥梁和用于隧洞的衬砌或制作压力管道等。49文库专用 目目目目录录录录 l（2）水工钢结构钢材的选用l根据水利水电钢闸门设计规范（SL7495），水工钢闸门及埋件应按表7.6选用。使用条件使用条件计算温度计算温度钢号钢号闸门闸门1 1、大型工程的、大型工程的工作闸门、重工作闸门、重要事故闸门、要事故闸门、局部开启的工局部开启的工作闸门

22、作闸门Q235Q235A A16Mn 16Mn、16Mnq16Mnq（Q345Q345B Q345B Q345D D）2020Q235Q235B B00Q235Q235C C2020Q235Q235D D2 2、中小型工程、中小型工程不作局部开启不作局部开启的工作闸门、的工作闸门、其他事故闸门其他事故闸门2020Q235Q235AFAF或或16Mn 16Mn（Q345Q345D D）2020Q235Q235A A、Q235Q235B B、Q235Q235C C、Q235Q235D D或或16Mn 16Mn、16Mnq16Mnq（Q345Q345B Q345B Q345D D）3 3、各类检修闸

23、、各类检修闸门、拦污棚门、拦污棚3030Q235Q235AFAF或或16Mn16Mn埋件埋件4 4、主要受力、主要受力Q235Q235AFAF5 5、按构造要求、按构造要求设置的埋件设置的埋件Q195Q19550文库专用 目目目目录录录录 7.3.2 钢筋混凝土用用钢材钢筋混凝土用用钢材 l1热轧钢筋n热轧钢筋按轧制的外形分为热轧光圆钢筋和带肋钢筋。n热轧钢筋按屈服点及抗拉强度分为、四个等级，强度等级代号分别为HPB235、HRB335、HRB400、HRB500。HPB235为热轧光圆钢筋；HRB为热轧带肋钢筋，其牌号由HRB和屈服点最小值构成。n级钢筋用碳素结构钢轧制，、级钢筋用低合金结构

24、钢轧制。51文库专用 目目目目录录录录 钢筋混凝土用热轧钢筋的力学性能与冷弯性能 表面表面形状形状钢筋钢筋级别级别牌号牌号公称直径公称直径（mmmm）屈服点屈服点s s MPaMPa抗拉抗拉强度强度bbMPaMPa伸长率伸长率55%冷弯冷弯d d弯心直径弯心直径a a钢筋公称钢筋公称直径直径不小于不小于光圆光圆I IQ235Q2358208202352353703702525180d=a180d=a带带肋肋钢钢筋筋月月牙牙肋肋IIIIHRB335HRB3356256253353354904901616180d=3a180d=3a28502850d=4ad=4aIIIIIIHRB400HRB40

25、06256254004005705701414180d=4a180d=4a28502850d=4ad=4a等等高高肋肋IVIVHRB500HRB5006256255005006306301212180d=6a180d=6a28502850d=7ad=7a52文库专用 目目目目录录录录 月牙肋 等高肋 53文库专用 目目目目录录录录 表7.7 钢筋混凝土用热轧钢筋的力学性能与冷弯性能（GB/T7011997、GB14991998）表面表面形状形状钢筋钢筋级别级别牌号牌号公称直公称直径径（mmmm）屈服点屈服点s s MPaMPa抗拉抗拉强度强度bbMPaMPa伸长率伸长率55%冷弯冷弯d d弯心

26、直弯心直径径a a钢筋公钢筋公称直径称直径不小于不小于光圆光圆I IQ235Q2358208202352353703702525180d=a180d=a带带肋肋钢钢筋筋月月牙牙肋肋IIIIHRB335HRB3356256253353354904901616180d=3a180d=3a28502850d=4ad=4aIIIIIIHRB400HRB4006256254004005705701414180d=4a180d=4a28502850d=4ad=4a等等高高肋肋IVIVHRB500HRB5006256255005006306301212180d=6a180d=6a28502850d=7ad=

27、7a54文库专用 目目目目录录录录 l2预应力钢筋混凝土用热处理钢筋n按照（GB46384）技术规定，热处理钢筋是用热轧的螺纹钢筋经淬火和回火调质热处理而成，它具有高强度、高韧性及高粘结力，但塑性并不降低的优点。n按螺纹外形分为有纵肋和无纵肋两种。55文库专用 目目目目录录录录 l3冷轧带肋钢筋n冷轧带肋钢筋按抗拉强度分为5级，其代号为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、和CRB1170，后面的数字表示钢筋抗拉强度等级数值。n冷轧带肋钢筋是近几年发展起来的一种新型、高效节能建筑用钢材。冷轧带肋钢筋主要尺寸为（410）m m。n广泛应用于多层和高层建筑的多孔楼板、现浇楼板、高

28、速公路、机场跑道、水泥电杆、输水管、桥梁、铁路轨枕、水电站坝基及各种建筑工程。56文库专用 目目目目录录录录 l4预应力混凝土用钢丝和钢绞线n大型预应力混凝土构件，由于受力很大，常采用强度很高的预应力高强度钢丝和钢铰线作为主要受力钢筋。n按外形预应力钢丝分为光面钢丝、刻痕钢丝、螺旋肋钢丝三种；n按代号又分为冷拉钢丝（RCD）、消除应力钢丝（S）、消除应力刻痕（SI）、消除应力螺旋肋钢丝（SH）四种。57文库专用 目目目目录录录录 二面刻痕钢丝 三面刻痕钢丝 螺旋肋钢丝 58文库专用 目目目目录录录录 n钢绞线都具有强度高、柔性好，而且安全可靠、施工简便等特点。n对于钢绞线还特别适用于需要曲线配

29、筋的预应力钢筋混凝土结构，如大跨度、重负荷的后张法预应力屋架、桥梁、薄腹梁等结构。n钢丝、钢绞线的缺点是成本较高。59文库专用 目目目目录录录录 7.4 钢材的锈蚀及防止钢材的锈蚀及防止 7.4.1 钢材锈蚀l1化学锈蚀l指钢材与干燥气体及非电解质液体的反应而产生的锈蚀，通常是由于氧化作用引起，使金属形成体积疏松的氧化物而引起锈蚀。60文库专用 目目目目录录录录 l2电化学锈蚀l电化学锈蚀是指钢材与电解质溶液相接触而产生电流，形成原电池而产生的锈蚀，是最主要的钢材锈蚀形式。l钢材锈蚀时，会体积膨胀，最严重的可达原体积的6倍，在钢筋混凝土中会使周围的混凝土胀裂。61文库专用 目目目目录录录录 7

30、.4.2 防止锈蚀的方法防止锈蚀的方法l1保护层法n保护层法是在钢材的表面施加保护层，使钢与周围介质隔离，从而防止锈蚀，分金属保护法和非金属保护法。l2制成合金钢n在钢中加入能提高抗锈蚀能力的元素，如将镍、铬加入到铁合金中可制得不锈钢等。这种方法最有效，但成本很高。62文库专用 目目目目录录录录 l3阴极保护法n阴极保护法是根据电化学原理进行保护的一种方法。这种方法可通过两种途径来实现。n（1）牺牲阳极保护法n位于水下的钢结构，接上比钢材更为活泼的金属。在介质中形成原电池时，这些更为活泼的金属成为阳极而遭到腐蚀，而钢结构作为阴极得到保护。n（2）外加电流法n将废钢铁或其它难熔金属（高硅铁、铅银

31、合金等）放置在要保护的结构钢的附近，外接直流电流，负极接在要保护的钢结构上，正极接在废钢铁或难熔金属上，通电后作为废钢铁的阳极被腐蚀，钢结构成为阴极得到保护。63文库专用 目目目目录录录录 习题（七）习题（七）64文库专用 目目目目录录录录 例例7-1 7-1 钢材如何按化学成分分类？钢材如何按化学成分分类？土木工程中常用什么钢材？土木工程中常用什么钢材？l解 l钢材按化学成分可以分为碳素钢和合金钢两大类。l碳素钢可以分为：l低碳钢（含碳量小于0.25）l中碳钢（合碳量 0.250.60）l高碳钢（合碳量大于0.60）65文库专用 目目目目录录录录 l合金钢可以分为：合金钢可以分为：l低合金钢

32、（合金元素总含量小于低合金钢（合金元素总含量小于5.05.0）l中中合合金金钢钢（合合金金元元素素总总含含量量 5.0%5.0%10.0%10.0%）l高高 合合 金金 钢钢（合合 金金 元元 素素 总总 含含 量量 大大 于于10.0%10.0%）l土土木木工工程程中中常常用用的的钢钢材材主主要要是是普普通通碳碳素素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金钢。钢中的低碳钢和合金钢中的低合金钢。l 评注评注 碳素钢在冶炼时不特意掺加合碳素钢在冶炼时不特意掺加合金，故又称非合金钢。金，故又称非合金钢。66文库专用 目目目目录录录录 例7-2 为什么说屈服点（s）、抗拉强度（b）和伸长率（）是建筑工程用钢的

33、重要技术性能指标？l解解l屈服点（屈服点（ss）是结构设计时取值的依）是结构设计时取值的依据，表示钢材在正常工作时承受应力不据，表示钢材在正常工作时承受应力不超过超过ss值；屈服点与抗拉强度的比值值；屈服点与抗拉强度的比值（ssb b）称为屈强比。它反映钢材）称为屈强比。它反映钢材的利用率和使用中的安全可靠程度；的利用率和使用中的安全可靠程度；67文库专用 目目目目录录录录 l伸伸长长率率（）表表示示钢钢材材的的塑塑性性变变形形能能力力。钢钢材材在在使使用用中中，为为避避免免正正常常受受力力时时在在缺缺陷陷处处产产生生应应力力集集中中发发生生脆脆断断，要要求求其其塑塑性性良良好好，即即具具有有

34、一一定定的的伸伸长长率率，可可以以使使缺缺陷陷处处应应力力超超过过ss时时，随随着着发发生生塑塑性性变变形形使使应应力力重重分分布布，而而避避免免结结构构物的破坏。物的破坏。l 评评注注 常常温温下下将将钢钢材材加加工工成成一一定定形形状状，也也要要求求钢钢材材要要具具有有一一定定塑塑性性（伸伸长长率率）。但但伸伸长长率率不不能能过过大大，否否则则会会使使钢钢材材在在使使用用中中发发生生超超过过允允许的变形值。许的变形值。68文库专用 目目目目录录录录 例例7-3 7-3 什么是钢材的冷弯性能？它的表什么是钢材的冷弯性能？它的表示方法及实际意义是什么？示方法及实际意义是什么？l解解l冷弯性能是

35、指钢材在常温下承受弯曲变冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。钢材的冷弯性能，常用弯曲形的能力。钢材的冷弯性能，常用弯曲的角度、弯心直径与试件直径（或厚的角度、弯心直径与试件直径（或厚度度a a）的比值来表示。弯曲角度愈大，）的比值来表示。弯曲角度愈大，愈小，说明试件受弯程度愈高。当愈小，说明试件受弯程度愈高。当按规定的弯曲角度和值对试件进按规定的弯曲角度和值对试件进行冷弯时试件受弯处不发生裂缝、断裂行冷弯时试件受弯处不发生裂缝、断裂或起层，即认为冷弯性能合格。或起层，即认为冷弯性能合格。69文库专用 目目目目录录录录 l冷冷弯弯性性能能表表示示钢钢材材在在常常温温下下易易于于加加工工而

36、而不不破破坏坏的的能能力力。其其实实质质反反映映了了钢钢材材内内部部组组织织状状态态、含含有有内内应应力力及及杂杂质质等等缺缺陷陷的的程程度度。因因此此，可可以以利利用用冷冷弯弯的的方方法法，使使焊焊口口处处受受到到不不均均匀匀变变形形，来来检检验验建建筑筑钢钢材材各各种种焊焊接接接头的焊接质量。接头的焊接质量。l 评评注注 钢钢材材的的冷冷弯弯性性能能和和伸伸长长率率均均是是塑塑性性变变形形能能力力的的反反映映。但但伸伸长长率率是是在在试试件件轴轴向向均均匀匀变变形形条条件件下下测测定定的的，而而冷冷弯弯性性能能则则是是在在更更严严格格条条件件下下钢钢材材局局部部变变形形的的能能力力。它它可

37、可揭揭示示钢钢材材内内部部结结构构是是否否均均匀匀，是是否否存存在在内应力和夹杂物等缺陷。内应力和夹杂物等缺陷。70文库专用 目目目目录录录录 例例7-4 7-4 低温冷脆性、脆性转变温度、时低温冷脆性、脆性转变温度、时效和时效敏感性的概念及其实际意义是效和时效敏感性的概念及其实际意义是什么？什么？l解解l钢钢材材的的冲冲击击韧韧性性随随环环境境温温度度降降低低而而下下降降，当当达达到到某某一一温温度度时时，其其冲冲击击韧韧性性值值显显著著降降低低的的现现象象称称为为钢钢材材的的低低温温冷冷脆脆性性。出出现现低低温温冷冷脆脆性性时时的的温温度度（范范围围），称称为为脆性转变温度（范围）。脆性转

38、变温度（范围）。l随随时时间间的的推推移移，钢钢材材的的机机械械强强度度提提高高，而而塑塑性性和和韧韧性性降降低低的的现现象象称称为为时时效效。因因时时效效作作用用导导致致钢钢材材性性能能改改变变的的程程度度称称为为钢材的时效敏感性钢材的时效敏感性。71文库专用 目目目目录录录录 l承承受受动动荷荷载载的的结结构构，选选用用钢钢材材时时，必必须须按按规规范范要要求求测测定定其其冲冲击击韧韧性性值值。处处于于低低温温条条件件下下的的钢钢结结构构要要选选用用脆脆性性临临界界温温度度低低于于环环境境最最低低温温度度的的钢钢材材。若若在在严严寒寒地地区区，露露天天焊焊接接钢钢结结构构，受受振振动动荷荷

39、载载作作用用时时，要要选选用用脆脆性性临临界界温温度度低低和和时时效效敏感性小的钢材。敏感性小的钢材。l 评注评注 冲击韧性是指在冲击振动荷载作用下，冲击韧性是指在冲击振动荷载作用下，钢材吸收能量、抵抗破坏的能力。冲击韧性以钢材吸收能量、抵抗破坏的能力。冲击韧性以冲断试件时单位面积所消耗的功，称为冲击功冲断试件时单位面积所消耗的功，称为冲击功（值）来表示。（值）来表示。72文库专用 目目目目录录录录 例例7-5 7-5 简述碳元素对钢材基本组织和性能的简述碳元素对钢材基本组织和性能的影响规律。影响规律。l解解：碳碳素素钢钢中中基基本本组组织织的的相相对对含含量量与与其其含含量量关关系系密密切切

40、，当当含含量量小小于于0.80.8时时，钢钢的的基基本本组组织织由由铁铁素素体体和和珠珠光光体体组组成成，其其间间随随着着含含量量提提高高，铁铁素素体体逐逐渐渐减减少少而而珠珠光光体体逐逐渐渐增增多多，钢钢材材则则随随之之强强度度、硬硬度度逐逐渐渐提提高高而而塑塑性性、韧韧性性逐逐渐降低。渐降低。l 当当含含C C量量为为0.80.8时时，钢钢的的基基本本组组织织仅仅为为珠珠光光体体。当当含含C C量量大大于于0.80.8时时，钢钢的的基基本本组组织织由由珠珠光光体体和和渗渗碳碳体体组组成成，此此后后随随含含量量增增加加，珠珠光光体体逐逐渐渐减减少少而而渗渗碳碳体体相相对对渐渐增增，从从而而使

41、使钢钢的的硬硬度度逐逐渐渐增增大大而而塑塑性性、韧韧性性逐逐渐渐减减小小，且且强强度度下降。下降。73文库专用 目目目目录录录录 例7-6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？l解解l碳素结构钢的牌号按顺序由代表屈碳素结构钢的牌号按顺序由代表屈服点的字母（服点的字母（Q Q）、屈服点数值（）、屈服点数值（/mm/mm2 2）、质量等级符号）、质量等级符号(A(A、B B、C C、D)D)、脱氧程度符号、脱氧程度符号(F(F、B B、Z Z、TZ)TZ)等等四部分组成。四部分组成。74文库专用 目目目目录录录录 lQ235Q235A AF F和和Q235Q2

42、35D D均均为为235235碳碳素素结结构构钢钢，是是建建筑筑中中应应用用最最多多的的碳碳素素钢钢。二二者者性性能能差差别别主主要要表表现现在在质质量量等等级级和和脱脱氧氧程程度度上上。按按硫硫、磷磷含含量量多多少少来来衡衡量量，Q235Q235D D磷磷、硫硫含含量量均均少少于于Q235Q235A AF,F,质质 量量 较较 好好，按按 脱脱 氧氧 程程 度度 衡衡 量量Q235Q235D D为为震震静静钢钢，质质量量最最好好，Q235Q235A AF F 为为沸沸腾腾钢钢。Q235Q235A AF F钢钢，仅仅适适用用于于承承受受间间接接动动荷荷载载的的静静荷荷载载的的结结构构。而而Q2

43、35Q235D D可可适适用用于于动动荷载作用或处在低温环境下的工作条件。荷载作用或处在低温环境下的工作条件。l 评评注注 碳碳素素结结构构钢钢分分五五个个牌牌号号，即即195195、Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255和和Q275Q275。各各牌牌号号钢钢又又按按其其硫硫、磷磷含含量量由由多多至至少少分分为为、四四个个质质量量等级。等级。75文库专用 目目目目录录录录 例例7-77-7钢筋混凝土用热轧钢筋按力学性钢筋混凝土用热轧钢筋按力学性能分为几级？各级钢筋性质差别及主要能分为几级？各级钢筋性质差别及主要用途如何？用途如何？l解解l我国热轧钢筋标准，按屈服强度、抗拉强我国热

44、轧钢筋标准，按屈服强度、抗拉强度等力学性能分为度等力学性能分为I IIVIV级。由级。由I I级到级到IVIV级，级，钢筋的机械强度不断提高，而塑性、韧性钢筋的机械强度不断提高，而塑性、韧性降低，可焊性亦相应降低。级钢筋是由降低，可焊性亦相应降低。级钢筋是由235235碳素结构钢热轧的光圆钢筋，适合做碳素结构钢热轧的光圆钢筋，适合做非预应力混凝土用钢筋。非预应力混凝土用钢筋。IIII、III III、IV IV级级钢筋由普通低合金结构钢轧制的热轧带肋钢筋由普通低合金结构钢轧制的热轧带肋钢筋钢筋,可用于非预应力也可以用于预应力可用于非预应力也可以用于预应力混凝构件中。混凝构件中。76文库专用 目

45、目目目录录录录 l 评注评注 II II、III III、IV IV级由普级由普通低合金结构钢轧制的热轧带肋通低合金结构钢轧制的热轧带肋钢筋钢筋,其牌号由其牌号由HRBHRB和规定屈服和规定屈服强度最小值构成，分别为：强度最小值构成，分别为：HRB335 HRB335、HRB400HRB400、HRB500HRB500。、。、分别为热轧、肋、钢筋的、分别为热轧、肋、钢筋的英文名称的第一个字母。英文名称的第一个字母。77文库专用 目目目目录录录录 例例7-8 7-8 何谓钢的冷加工强化及时效处理？冷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？拉并时效处理后的钢筋性能有何变化

46、？l解解l在在常常温温下下将将钢钢材材进进行行机机械械加加工工，使使其其产产生生塑塑性性变变形形，以以提提高高其其屈屈服服强强度度的的过过程程称称为为冷冷加加工工强强化化。机机械械加加工工方方法法主主要要是是对对钢钢筋筋进进行行冷冷拉拉和和冷冷拔。冷轧主要在钢厂进行。拔。冷轧主要在钢厂进行。l时时效效处处理理是是将将经经过过冷冷加加工工的的钢钢材材，在在常常温温下下存存放放15152020天天，或或者者加加热热到到100100200200，并并保保持持2 2小小时时以以内内，这这个个过过程程称称为为时时效效处处理理。常常温温放置称为自然时效，加热处理称为人工时效。放置称为自然时效，加热处理称为

47、人工时效。78文库专用 目目目目录录录录 l冷冷拉拉并并时时效效处处理理后后的的钢钢筋筋，其其屈屈服服点点提提高高，抗抗拉拉强强度度也也有有提提高高，塑塑性性和和韧韧性性降低较大，弹性模量基本恢复。降低较大，弹性模量基本恢复。l 评评注注 在在建建筑筑工工地地和和混混凝凝土土预预制制厂厂，经经常常对对比比使使用用要要求求的的强强度度偏偏低低和和塑塑性性偏偏大大的的钢钢筋筋或或低低碳碳盘盘条条钢钢筋筋进进行行冷冷拉拉或或冷冷拔拔并并时时效效处处理理，以以提提高高屈屈服服强强度度和和利利用用率率，节节省省钢钢材材。同同时时还还兼兼有有调调直直、除除锈锈的的作作用用。这这种种加加工工所所用用机机械械

48、比比较较简简单单，容容易易操操作作，效效果果明明显显，所所以以建建筑筑工工程程中中常常采取此法。采取此法。79文库专用 目目目目录录录录 例7-10 从一批钢筋中抽样，并截取两根钢筋做拉伸试验，测得如下结果：屈服下限荷载分别为42.4、42.8kN;抗拉极限荷载分别为62.0kN、63.4kN，钢筋公称直径为12，标距为60，拉断时长度分别为70.6和71.4mm,评定其级别？说明其利用率及使用中安全可靠程度如何？1.钢筋试样屈服点为：s=(394+375)2=385 N/mm280文库专用 目目目目录录录录 81文库专用 目目目目录录录录 l查表查表7-27-2知知s1s1、s2s2 均大于均大于335 N/mm335 N/mm2 2,l b1b1、b2b2 均大于均大于490 N/mm490 N/mm2 2,l 1 1、2 2均大于均大于16%16%l故该钢筋为故该钢筋为IIII级钢。级钢。l2.2.该钢筋的屈强比为：该钢筋的屈强比为：ls s/b b=385/555=0.69=385/555=0.69l该该IIII级级钢钢筋筋的的屈屈强强比比在在0.650.750.650.75范范围围内内，表表明明其其利利用用率率较较高高，使使用用中中安安全全可可靠靠度度较较好。好。82文库专用