项目4钢筋及钢结构工程施工材料（课件）- 《建筑材料》同步教学（重庆大学版）

项目4 建筑钢材 主要内容 钢材的品种 钢材的技术性质 常用建筑钢材的品种 学习目标 认识钢材的常用品种 掌握钢筋混凝土结构用钢的特点及要求 掌握钢结构用钢的特点及要求 项目4 建筑钢材 项目4 建筑钢材 “鸟巢”工程主体建筑呈空间马鞍椭圆形，主体钢结构形成整体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢”结构,外部钢结构为4.2万吨，其中主结构用钢量约为2.3万吨，钢筋绑扎约5.2万吨，整个体育场总用钢量约为11万吨 鸟巢 https://haokan.baidu.com/v?vid=8090835606207033518&pd=bjh&fr=bjhauthor&type=video 项目4 建筑钢材 起步时期：50年代~60年代中 低潮时期：60年代中~70年代 发展时期：80年代~90年代 走向成熟：新世纪 中国建筑钢结构的发展历程 https://haokan.baidu.com/v?vid=8090835606207033518&pd=bjh&fr=bjhauthor&type=video 一、 钢的冶炼与分类 按冶炼方法分 钢是由生铁冶炼而成。生铁的含碳量大(2%以上），杂质含量也较高，性能较差。钢的冶炼就是将熔融的生铁进行氧化，使碳的含量降低到规定范围，其他杂质含量也降低到允许范围之内。 钢材的品种 一、 钢的冶炼与分类 1.按化学成分分 碳素钢按碳的含量分为：低碳钢（含碳量小于0.25%）、中碳钢（含碳量0.25%~0.6%）和高碳钢（含碳量大于0.6%）。 合金钢按合金元素的总含量分为低合金钢（合金元素总含量小于5%）、中合金钢（合金元素总含量5%~10%）和高合金钢（合金元素总含量大于10%）。 钢材的品种 碳:是决定钢材性能的主要元素。随着含碳量增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。但当含碳量大于1.0%时，由于钢材变脆，强度反而下降。 钢材的品种 硅：含量在1%以内时，可提高钢的强度、疲劳极限、耐腐蚀性及抗氧化性，对塑性和韧性影响不大，但对可焊性和冷加工性能有所影响。硅可作为合金元素，用以提高合金钢的强度 锰：可提高钢材的强度、硬度及耐磨性。能消减硫和氧引起的热脆性，改善钢材的热加工性能。锰可作为合金元素，提高合金钢的强度。 硫：不溶于铁而以FeS的形式存在，FeS和Fe形成低熔点的共晶体。当钢材温度升至1000℃以上进行热加工时，共晶体熔化，晶粒分离，使钢材沿晶界破裂，这种现象叫做热脆性。 磷：能使钢的强度、硬度提高，但显著降低钢材的塑性和韧性，特别是低温状态的冲击韧性下降更为明显，使钢材容易脆裂，这种现象叫做冷脆性。 钢材的品种 未除尽的氧、氮大部分以化合物的形式存在，如FeO、Fe4N等。这些非金属化合物、夹杂物降低了钢材的强度、冷弯性能和焊接性能。氧还使钢的热脆性增加，氮使冷脆性及时效敏感性增加。 钛、钒、铌是钢的强脱氧剂和合金元素。能改善钢的组织、细化晶粒、改善韧性，并显著提高强度。 钢材的品种 一、 钢的冶炼与分类 2.按脱氧程度分 冶炼后的钢水中含以FeO形式存在的氧，FeO与碳作用生成CO气泡，并使某些元素产生偏析(分布不均匀)，影响钢的质量。所以必须进行脱氧处理，方法是在钢水中加入锰铁、硅铁或铝等脱氧剂。 （1）沸腾钢（F）：是脱氧不完全的钢。 （2）镇静钢（Z）：是脱氧充分的钢。 （3）半镇静钢（b）：其脱氧程度和质量介于上述两者之间。 （4）特镇静钢（TZ） 钢材的品种 一、力学性能 （一）抗拉性能 （二）冲击韧性 （三）疲劳强度 （四）硬度 二、工艺性能 （一）冷弯性能 （二）焊接性能 钢材的技术性质 （一）抗拉性能 低碳钢受拉的应力-应变图 低碳钢受拉过程划分为4个阶段： Ⅰ-弹性阶段(O-A) Ⅱ-屈服阶段(A-B) Ⅲ-强化阶段(B-C) Ⅳ-颈缩阶段(C-D) 一、力学性能 钢材的技术性质 钢筋拉伸试验 （二）冲击韧性 冲击韧性指钢材抵抗冲击荷载的能力。它是用试验机摆锤冲击带有V形缺口的标准试件的背面，将其折断后试件单位截面积上所消耗的功，作为钢材的冲击韧性指标，以αk表示(J/cm2)。αk值越大，表明钢材的冲击韧性愈好。 冲击韧性试验图 (a)试件尺寸；(b)试验装置；(c)试验机 1-摆锤；2-试件；3-试验台；4-刻度盘；5-指针 一、力学性能 钢材的技术性质 （三）疲劳强度 钢材在交变应力的反复作用下，往往在应力远小于其抗拉强度时就发生破坏，这种现象称为疲劳破坏。 疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示，它是指疲劳试验时试件在交变应力作用下，于规定周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。 一般认为，钢材的疲劳破坏是由拉应力引起的，抗拉强度高，其疲劳极限也较高。钢材的疲劳极限与其内部组织和表面质量有关。 钢材的技术性质 一、力学性能 （四）硬度 硬度是指钢材抵抗较硬物体压入产生局部变形的能力。测定钢材硬度常用布氏法。 布氏法是用一直径为D的硬质钢球，在荷载P(N)的作用下压入试件表面，经规定的时间后卸去荷载，用读数放大镜测出压痕直径d，以压痕表面积(mm2)除荷载P，即为布氏硬度值HB。HB值越大，表示钢材越硬。 布氏硬度测定示意图 一、力学性能 钢材的技术性质 （一）冷弯性能 冷弯性能是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。 (a)试样安装；(b)弯曲90°；(c)弯曲180°；(d)弯曲至两面重合；(e)规定弯心 二、工艺性能 钢材的技术性质 （二）焊接性能 在焊接中，由于高温作用和焊接后急剧冷却作用，焊缝及附近的热影响区域将发生晶体组织及结构变化，并产生局部变形及内应力，使焊缝周围的钢材产生硬脆倾向，降低了钢材的性能。可焊性 良好的钢材，焊缝处性质应与钢材焊接前尽可能相同，且焊接处牢固可靠。 钢的化学成分、冶炼质量及冷加工等都可影响焊接性能。 含碳量小、合金含量低、有害杂质含量低的钢可焊性好。 塑性好的钢，可焊性好。 二、工艺性能 钢材的技术性质 钢结构厂房 常用建筑钢材品种 （一）普通碳素结构钢 一、钢结构用钢 普通碳素结构钢简称碳素结构钢，是以碳为主要强化元素的钢种 。 1. 牌号表示方法 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、脱氧程度符号四部分按顺序组成。碳素结构钢分为Q195、Q215、Q235和Q275四个牌号。 名称 符号 名称 符号 屈服强度 质量等级 沸腾钢 Q A、B、C、D F 半镇静钢 镇静钢 特殊镇静钢 B Z TZ 如Q235-A、F，表示屈服强度为235MPa，质量等级为A级的沸腾钢。Q255-B，表示屈服强度为255MPa，质量等级为B级的镇静钢。 常用建筑钢材品种 Q195、Q215号钢强度低，塑性和韧性较好，易于冷加工，常用于轧制薄板和盘条，制造钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等。Q215号钢经冷加工后可代替Q235号钢使用。 Q235号钢是建筑工程中应用最广泛的钢，属低碳钢，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，且成本较低，大量被用作轧制各种型钢、钢板及钢筋。 Q275号钢强度较高，但塑性、韧性较差，可焊性也差，不易焊接和冷弯加工，可用于轧制钢筋、作螺栓配件等，但更多用于机械零件和工具等。 常用建筑钢材品种 （二）低合金高强度结构钢 一般在普通碳素钢的基础上，添加少量的一种或几种合金元素而成。常用合金元素有硅、锰、钒、钛、铌、铬、镍及稀土元素。其目的是提高钢的屈服强度、抗拉强度、耐磨性、耐蚀性及耐低温性能等。 低合金高强度结构钢综合性能较为理想，尤其在大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构中更适用，而且与使用碳素钢相比，可节约钢材20-30%，但成本并不很高。 1. 牌号表示方法 低合金高强度结构钢共有8个牌号。其牌号的表示方法由屈服点字母Q、屈服点数值、质量等级三个部分组成，屈服点数值分345MPa、390MPa、420MPa、460MPa、500MPa、550MPa、620MPa、690MPa八种，质量等级按照硫、磷等杂质含量由多到少分为A、B、C、D、E五级。 常用建筑钢材品种 2.性能和应用 低合金高强度结构钢除强度高外，还有良好的塑性和韧性，硬度高，耐磨好，耐腐蚀性能强，低温韧性好。 一般情况下，它的含碳量≤0.2%，因此仍具有较好的可焊性。 冶炼碳素钢的设备可用来冶炼低合金高强度结构钢，故冶炼方便，成本低。 在建筑工程中，低合金高强度结构钢，可用于制作各类型钢，变形（热轧、冷轧）钢筋、热处理钢筋。 常用建筑钢材品种 常用建筑钢材品种 常用建筑钢材品种 二、钢筋混凝土结构中用钢 一、钢筋混凝土结构中用钢 常用建筑钢材品种 1.钢筋混凝土用热轧钢筋 钢筋按外形分为光圆钢筋和带肋钢筋。光圆钢筋的横截面为圆形，且表面光滑。带肋钢筋表面上有两条对称的纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋。 梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋； 箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500钢筋，也可采用HRB335、HRBF335钢筋。 2. 预应力混凝土用螺纹钢筋 预应力混凝土用螺纹钢筋也称精轧螺纹钢筋，系采用热轧、轧后余热处理或热处理等工艺生产的带有不连续外螺纹的直条钢筋。 代号以“PSB”加屈服强度最小值表示。具有较高强度、较好的塑性、较低的应力松弛，且在任意截面处，均可用带有匹配形状的内螺纹的连接器或锚具进行连接或锚固。 常用建筑钢材品种 级别 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 断后伸长率/% 最大力下总伸长率/% 应力松弛性能 不小于 初始应力 1000h后应力检弛率/% PSB785 785 980 7 3.5 屈服强度 的80% ≤3 PSB830 830 1030 6 PSB930 930 1080 6 PSB1080 1080 1230 6 预应力混凝土用螺纹钢筋各牌号力学性能（GB/T20065－2006） 3. 预应力混凝土用钢丝 按加工状态分 冷拉钢(WCD) ：冷拉钢丝是用盘条通过拔丝模或轧辊经冷加工而成产品，以盘卷供货的钢丝。 低松弛级钢丝(WLR) ：冷拉钢丝是用盘条通过拔丝模或轧辊经冷加工而成产品，以盘卷供货的钢丝。 普通松弛级钢丝(WNR)：钢丝通过矫直工序后在适当温度下进行短时热处理得到的。 消除应力钢丝 按外形分 光圆钢丝(P) 螺旋肋钢丝(H)：表面沿着长度方向上有规则间隔的肋条 刻痕钢丝(I) 常用建筑钢材品种 4.预应力混凝土用钢绞线 预应力混凝土用钢绞线，是以数根圆形断面钢丝经绞捻和消除内应力的热处理后制成。 按捻制结构分为1×2、1×3、1×7结构钢绞线，分别由2、3、7根钢丝捻制而成。按应力松弛性能分为Ⅰ级松弛(普通松弛级)、Ⅱ级松弛(低松弛级)。 钢绞线具有强度高，与混凝土粘结好，断面面积大，使用根数少，在结构中排列布置方便，易于锚固等优点，主要用于大跨度、大荷载的预应力屋架、薄腹梁等构件。 常用建筑钢材品种 感谢垂听！ 项目4 建筑钢材 $$