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1樓
第10章 建筑鋼材
主要內容:
鋼材重要工程材料.本幸主要講述建筑工程常用兩奧鋼材,普通碳素結構鋼和低合金高強度岵構鋼.概迷鋼冶煉,加工及分類方法.重點掌握建筑鋼材力學性能,工藝性能及現(xiàn)行國家標準或規(guī)范對鋼材性艙及技術要求.闡迷鋼化學成分,所合合金元素等對鋼材性能,質量影響.介紹鋼蛄構及鋼筋混凝土蛄構采用主要鋼材品種及特點,何正確地選材,合理地用材,及鋼材好蝕成固與防護方法.
第10章 建筑鋼材
建筑鋼材重要建筑材料.主要指用于鋼結構各種型材(角鋼,槽鋼,工字鋼,圓鋼等),鋼板,鋼管和用于鋼筋混凝土結構各種鋼筋,鋼絲等.由于鋼材工廠生產有較嚴格工藝控制,因此質量通常能夠得保證.
建筑鋼材具有系列優(yōu)良性能.有較高強度,有良好塑性和韌性,能承受沖擊和振動荷載;焊接或鉚接,易于加工和裝配,所被廣泛地應用于建筑工程.鋼材也存易銹蝕及耐火性差缺點
第10章 建筑鋼材
10.1 鋼材分類
鋼材化學成分
生產鋼避免元素:Si,Mn,P,S,N…
專門加入合金元素:Si,Mn,Ti,V,
Ni,Nb及稀土元素
鐵:主要元素
碳:0.02%～2.06%
其元素
第10章 建筑鋼材
10.1.1 分類
1.按化學成分分類
低碳鋼:含碳量0.6%
(1)碳素鋼
(碳鋼)
(2)合成鋼 ——專門加入合金元素
按合金元素含量分
低合金鋼:合金元素總含量10%
第10章 建筑鋼材
2.按雜質含量(品質)分類
普通鋼:含硫量_≤0.050%,含磷量≤0.045%
優(yōu)質鋼:含硫量_≤0.035%,含磷量≤0.035%
高級優(yōu)質鋼:含硫量_≤0.025%,含磷量≤0.025%,
牌號加"高"或"A"
特級優(yōu)質鋼:含硫量_≤0.015%,含磷量≤0.015%,
加"E"
第10章 建筑鋼材
3.按冶煉時脫氧程度分
沸騰鋼:脫氧充分,代號"F"
鎮(zhèn)靜鋼:脫氧充分,代號"2"
半鎮(zhèn)靜鋼:脫氧程度介于"F"與"2"之間,代號"b"
特殊鎮(zhèn)靜鋼:脫氧徹底,代號"TZ"
4.按用途分類
結構鋼:建筑結構,機械制造(低,碳鋼)
工具鋼:各種工具(高碳鋼)
特殊鋼:銹鋼(具有各種特殊物理化學性質)
第10章 建筑鋼材
10.1.2 鋼材常存雜質
硫:來自礦石燃料,生成FeS,鋼材加工時易裂縫,熱脆性.
磷:來自礦石燃料,生成Fe3P,脆性大.
碳:煉鋼氧化過程存于缸,害處大于處,故歸于有害元素.
錳:煉鋼時脫氧,硫殘留鋼,具有強脫氧,硫能力,大大改善
鋼材加工性能.
硅:脫氧劑,較錳強.
兩面性:硅低時,強度增加;硅高時,其性能降低.
氧:與碳,磷相似.
有 害 元 素
第10章 建筑鋼材
10.2 建筑材料主要技術性能
力學性質:強度,彈性,塑性,耐磨性…
工藝性質(加工性):冷彎,焊性
第10章 建筑鋼材
10.2.1 力學性能
1.抗拉性能——建筑鋼材重要力學性能.
拉伸過程分四階段:
OA:彈性階段
AB:屈服階段
BC:強化階段
CD:頸縮階段
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拉伸性能指標:主要有屈服點,抗拉強度和伸長率等.
(1)屈服強度(屈服點)
上屈服強度:試樣首次屈服前大應力;
下屈服強度:計初始瞬時效應時小強度,即屈服點
Fs ——屈服階段小應力(首次回針所對應力),N;Ao ——鋼材截面積,mm2.
注意:有些鋼材無明顯屈服點(合金鋼,高碳鋼等硬鋼),
應采用產生殘余變形0.2%原標距長度時應力
作屈服點(稱條件屈服點),記σ0.2或者σP0.2.
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(2)抗拉強度:鋼材所能承受大強度.
Fb——大應力,N.
相反,值越小,靠性越低,安全性越低.
因此,強屈比般低于1.2,抗震結構般低于1.25.
靠性參數(shù)
值得注意:強屈比概念
值越大靠性越高,安全性越高,利用率降低,浪費增大.
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(3)伸長率:塑性指標 .
意義: 值越大,塑性增強,避免結構過早破壞;加工性
增強, 安全性增強.
值有兩種: 5——表示l0=5d0,d0——鋼材直徑;
10——l0=10d0.
lo——試件原始標距長度,mm ;
l1——試件拉斷測定出伸長標距部分長度,mm.
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(4)斷面收縮率:塑性指標.
AO——試樣拉斷頸縮處截面積,mm2;
A1——表示鋼材原始截面積,mm2.
伸長率和斷面收縮率均表示鋼材斷裂前經(jīng)受塑性變形能力.
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2.沖擊韌性 ——指鋼材抵抗沖擊荷載能力.
試驗方法:標準試件彎曲沖擊韌性試驗.
指標:試件缺口處單位截面積上所消耗功,計作ak,J/cm2.
ak值愈大,鋼材沖擊韌性愈好.
3.耐疲勞性
疲勞破壞:交變荷載反復作用,鋼材應力低于屈服強度時,突發(fā)出脆性斷裂現(xiàn)象.
危害極大
沖擊韌性試驗原理圖
第10章 建筑鋼材
10.2.2 工藝性能
冷彎性能:常溫下鋼材承受彎曲變形能力.
焊接性能:鋼結構90%上焊接結構,焊接性非常重要.
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(1)冷彎性能
冷彎性能試驗:試件被彎曲角度(90°,180°).
冷彎試驗意義:能反映試件彎曲處塑性變形,能揭示鋼材否存內部組織均勻,內應力和夾雜物等缺陷.
冷彎試驗也能對鋼材焊接質量進行嚴格檢驗,能揭示焊件受彎表面否存未熔合,裂縫及夾雜物等缺陷.
判定標準:若試件彎曲處
外表面無裂斷,裂縫或起層,
認冷彎性能合格.
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(2)焊接性能
焊接方式:搭接,對接
焊接要求:① 焊接處(焊縫及其附近過熱區(qū))產生
裂縫及硬脆傾向.
② 焊接處與母材致,即拉伸試驗,強度
低于原鋼材強度.
影響因素:碳,合金元素等雜質元素越多,焊性越小.
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10.3 鋼材強化與加工
10.3.1 冷加工
——指鋼材常溫下進行加工.
常見冷加工方式:冷拉,冷拔,冷軋,冷扭,刻痕等.
特點:鋼材經(jīng)冷加工產生塑性變形,從而提高其屈服強度,
過程稱冷加工強化處理.
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10.3.2 時效處理
——經(jīng)過冷拉鋼筋于常溫下存放15～20d,或
加熱100～200℃并保持段時間,過程稱時效處理.
自時效
作用: 鋼筋冷拉再經(jīng)過
時效處理,其屈服點
進步提高,塑性繼
續(xù)有所降低.
∵ 時效過程應力消減,∴ 彈性模量基本恢復.
人工時效
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10.4 鋼材銹蝕與防護
10.4.1 鋼材銹蝕
——鋼材表面與其周圍介質發(fā)生化學反應而遭破壞,
稱鋼材銹蝕.
化學銹蝕
電化學銹蝕
——鋼材直接與周圍介質發(fā)生化學反應產生銹蝕,多數(shù)由氧化作用鋼材表面形成疏松氧化物.干燥環(huán)境反應緩慢,溫度和濕度較高,銹蝕則發(fā)展迅速.
——鋼材本身組成上原因和雜質存,表面介質作用下,各成分電極電位同,形成微電池,鐵元素失去了電子成Fe2+進入介質溶液,與溶液OH-離子結合生成Fe(OH)2.
銹蝕結:鋼材表面形成疏松氧化物,使鋼結構斷面減小,
降低鋼材性能,因而承載力降低.
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10.4.2 鋼材防護
三方面:從改變鋼材本身易腐蝕性,隔離環(huán)境侵蝕性介質或改變鋼材表面電化學過程.
(1)采用耐候鋼(耐大氣腐蝕鋼)
(2)金屬覆蓋 ——電鍍或噴鍍方法覆蓋鋼材表面.
(3)非金屬覆蓋 ——鋼材表面用金屬材料做保護膜,
噴涂涂料, 搪瓷和塑料等.
(4)混凝土用鋼筋防銹
第10章 建筑鋼材
10.5 土木工程常用鋼材
2.5.1 鋼結構用鋼
2.5.2 混凝土結構用鋼
第10章 建筑鋼材
10.5.1 鋼結構用鋼
1.碳素結構鋼
(1)碳素結構鋼牌號
表示按順序:屈服點字母(Q),屈服點數(shù)值(單位MPa),
質量等級(有A,B,C,D 4級,逐級提高)和脫氧方法
(F:沸騰鋼,b:半鎮(zhèn)鋼,Z:鎮(zhèn)靜鋼,TZ:特殊鎮(zhèn)鋼.
牌號表示時Z,TZ省略).
例:Q235—A·F 表示屈服點235MPa,A級沸騰鋼.
Q235—B 表示屈服點235MPa,B級鎮(zhèn)靜鋼.
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(2)碳素結構鋼選用
碳素結構鋼依牌號增大,含碳量增加,其強度增大,塑性和韌性降低.
建筑工程主要應用Q235號鋼,用于軋制各種型鋼,鋼板,鋼管與鋼筋.
具有較高強度,良好塑性,韌性,焊性及加工等綜合性能好,且
冶煉方便,成本較低,因此廣泛用于般鋼結構.其C,D級用重要
焊接結構.
Q195,Q215號鋼材強度較低,塑性,韌性較好,易于冷加工,制作
鉚釘,鋼筋等.Q225,Q275號鋼材強度高,塑性,韌性,焊性差,
用于鋼筋混凝土配筋及鋼結構構件及螺栓等.
受動荷載作用結構,焊接結構及低溫下工作結構,能選用A,B質量
等級鋼及沸騰鋼.
第10章 建筑鋼材
2.低合金高強度結構鋼
(1)低合金高強度鋼牌號
共有5牌號
牌號由三部分表示:含碳量,合金元素種類及含量.前兩位
數(shù)字表示平均含碳量萬分數(shù);其元素符合表示按主次加
入合金元素;合金元素面未附數(shù)字,表示其平均含量
1.5%下;附有數(shù)字"2",表示其平均含量1.5%～2.5%之間
附有"b",表示半鎮(zhèn)靜鋼,否則鎮(zhèn)靜鋼.
例:16Mn 表示平均含碳量0.16%,
平均含碳量低于1.5%鎮(zhèn)靜鋼.
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(2)低合金高強度鋼選用
低合金高強度結構鋼具有輕質高強,耐蝕性,耐低溫性好,抗沖擊性強,
使用壽命長等良好綜合性能;具有良好焊性及冷加工性,易于加
工與施工,因此,低合金高強度結構鋼用作高層及大跨度建筑(
大跨度橋梁,大型廳館,電視塔等)主體結構材料.
與普通碳素鋼相比節(jié)約鋼材,具有顯著經(jīng)濟效益.
當?shù)秃辖痄撱t含量達11.5%時,鉻合金金屬表面形成層惰性
氧化鉻膜,成銹鋼.
銹鋼具有低導熱性,良好耐蝕性能等優(yōu)點;缺點溫度變化
時膨脹性較大.
銹鋼既作承重構件,又作建筑裝飾材料.
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10.5.2 混凝土結構用鋼
1.熱軋鋼筋
(1)牌號
熱軋鋼筋分R235,HRB335,HRB400,HRB500四牌號.
牌號意義:R代表熱軋光圓鋼筋,HRB代表熱軋帶肋鋼筋,
其熱軋光圓鋼筋由碳素結構鋼軋制而成,表面光圓;
熱軋帶肋鋼筋由低合金鋼軋制而成,外表帶肋.
牌號數(shù)字:表示熱軋鋼筋屈服強度.
第10章 建筑鋼材
(2)熱軋鋼筋選用
光圓鋼筋強度較低,塑性及焊接性好,便于冷加工,廣泛
用做普通鋼筋混凝土.
HRB325,HRB400帶肋鋼筋強度較高,塑性及焊接性也較好,
廣泛用做大,型鋼筋混凝土結構受力鋼筋.
HRB500帶肋鋼筋強度高,塑性與焊接性較差,適宜作預應
力鋼筋.
第10章 建筑鋼材
2.冷拉熱軋鋼筋
了提高強度節(jié)約鋼筋,工程常按施工規(guī)程對
熱軋鋼筋進行冷拉.
冷拉熱軋鋼筋分:冷拉Ⅰ級,冷拉Ⅱ級,
冷拉Ⅲ級,冷拉Ⅳ級
第10章 建筑鋼材
(3)冷拉熱軋鋼筋選用
冷拉I級鋼筋適用作非預應力受拉鋼筋.
冷拉Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ級鋼筋強度較高,用作預應力混凝土結構
預應力筋.
由于冷拉鋼筋塑性,韌性較差,易發(fā)生脆斷,因此,冷拉
鋼筋宜用于負溫度,受沖擊或重復荷載作用結構.
第10章 建筑鋼材
3.冷軋帶肋鋼筋
冷軋帶肋鋼筋用低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)冷軋或冷拔減徑,其表面冷軋成三面有肋鋼筋.
冷軋帶肋鋼筋代號CR,按抗拉強度分三級:CRB550,CRB650,CRB800,CRB970,CRB1170,其數(shù)值表示鋼筋應達
小抗拉強度值.
冷軋帶肋鋼筋提高了鋼筋握裹力,廣泛用于,小預應力混凝土結構構件和普通鋼筋混凝土結構構件,也用于焊接鋼筋網(wǎng).
第10章 建筑鋼材
4.冷軋扭鋼筋
加工:冷軋扭鋼筋由低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)專用鋼筋冷軋扭機
調直,冷軋并冷扭次成型,具有規(guī)定截面形狀和節(jié)
距連續(xù)螺旋狀鋼筋.
分類:按其截面形狀同分I型(矩形截面)和Ⅱ型(菱形
截面)兩種類型.代號LZN.
應用:冷軋扭鋼筋適用于鋼筋混凝土構件.
特點:冷軋扭鋼筋與混凝土握裹力與其螺距大小有直接關
系.螺距越小,握裹力越大,加工難度也越大,因此,
應選擇適宜螺距.冷軋扭鋼筋拉伸時無明顯屈服
臺階,安全起見,其抗拉設計強度采用0.8σb.
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6.預應力混凝土用鋼絲和鋼絞線
(1)預應力鋼絲
分類:按交貨狀態(tài)分冷拉鋼絲及消除應力鋼絲兩種;按外形
分光面鋼絲,刻痕鋼絲,螺旋鋼絲三種;按松馳能力
分I級松馳和Ⅱ級松馳兩級.
代號:RCD(冷拉鋼絲),S(消除應力鋼絲),SI(消除應力
刻痕鋼絲),SH(消除應力螺旋肋鋼絲).
(2)預應力鋼絞線
分類:按捻制結構分三類:用兩根鋼絲捻制鋼絞線(表示
1×2),用三根鋼絲捻制鋼絞線(表示1×3),
用七根鋼絲捻制鋼絞線(表示1×7).
按應力松馳能力分I級松馳和Ⅱ級松馳兩種.
第10章 建筑鋼材
5.熱處理鋼筋
加工:熱處理鋼筋用熱軋螺紋鋼筋經(jīng)淬火和回火調質處理
而成.代號RB150.
種類:按螺紋外形分有縱肋和無縱肋兩種.
牌號:熱處理鋼筋有40SiMn,48Si2Mn和45Si2Cr等三牌號.
應用:目前主要用于預應力混凝土軌枕,用代替高強度鋼絲,
配筋根數(shù)減少,制作方便,錨固性能好,建立預應力穩(wěn)定.
也用于預應力混凝土板,梁和吊車梁,使用效良好.
熱處理鋼筋系成盤供應(每盤長約20mm),開盤能自
伸直,需調直,焊接,故施工簡單,并節(jié)約鋼材.
第10章 建筑鋼材
(3)預應力鋼絲和鋼絞線應用
主要用于大跨度,大負荷橋梁,電桿,枕軌,屋架,
大跨度吊車梁等,安全靠,節(jié)約鋼材,且需冷拉,焊
接接頭等加工,因此,土木工程得廣泛應用.
結束語
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