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1、1建筑钢材建筑钢材: :指用于钢结构中的各种型钢指用于钢结构中的各种型钢( (角钢、槽钢、角钢、槽钢、工字钢、圆钢等工字钢、圆钢等) )、钢板、钢管和用于钢筋混凝土、钢板、钢管和用于钢筋混凝土结构中的各种钢筋、钢丝等，是重要的土木工程材结构中的各种钢筋、钢丝等，是重要的土木工程材料料优良技术性能优良技术性能: :较高强度和比强度；良好的塑性和较高强度和比强度；良好的塑性和韧性，能承受冲击和振动载荷；可以焊接和铆接；韧性，能承受冲击和振动载荷；可以焊接和铆接；易于加工和装配。易于加工和装配。缺点缺点: :易锈蚀、耐腐蚀差，维护费用高易锈蚀、耐腐蚀差，维护费用高建筑钢材建筑钢材2 建筑钢材建筑钢材
2、主要内容：主要内容：n建筑钢材的分类、技术性能建筑钢材的分类、技术性能n建筑钢材的标准与选用建筑钢材的标准与选用n钢的腐蚀与防止钢的腐蚀与防止基本要求：基本要求：n掌握建筑钢材的分类、技术性能掌握建筑钢材的分类、技术性能；n了解建筑钢材的标准与选用；n了解钢的腐蚀与防止3第一节第一节 钢材的冶炼与分类钢材的冶炼与分类一、钢的冶炼一、钢的冶炼 ：( (一一) )、 钢和铁的区分钢和铁的区分 铁和钢都是由铁和钢都是由铁和碳铁和碳组成的组成的fe-cfe-c合金，两者的区别在于合金合金，两者的区别在于合金中中c c元素含量的不同。元素含量的不同。 含碳量在含碳量在2.062.06以上，还含有锰、磷、
3、氧、氮等杂质的以上，还含有锰、磷、氧、氮等杂质的fe-cfe-c合合金称为金称为铁铁。 钢钢是含碳量是含碳量2.062.06，杂质含量较少的，杂质含量较少的fe-cfe-c合金。合金。钢是生铁经过冶炼而得到的钢是生铁经过冶炼而得到的其原理其原理就是通过将熔融的生铁进行进行氧化，使碳的含量降低到就是通过将熔融的生铁进行进行氧化，使碳的含量降低到预定的范围内，使其他杂质含量降低到允许范围内预定的范围内，使其他杂质含量降低到允许范围内4建筑钢材的主要品种建筑钢材的主要品种1.型钢型钢n简单截面型钢：圆钢、方简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等；钢、六角钢、八角钢等；n复杂截面型钢：工字钢、复杂
4、截面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢轨等。角钢、槽钢、钢轨等。5建筑钢材的主要品种建筑钢材的主要品种2.线材线材如钢筋、钢丝等。如钢筋、钢丝等。6建筑钢材的主要品种建筑钢材的主要品种3.管材管材 无缝钢管、焊接钢管无缝钢管、焊接钢管等。等。7建筑钢材的主要品种建筑钢材的主要品种4.板材板材光面钢板、花纹钢、光面钢板、花纹钢、彩色涂层钢板等。彩色涂层钢板等。压型彩钢板压型彩钢板8( (二二) )、钢的冶炼：、钢的冶炼：9钢的冶炼过程钢的冶炼过程n按照炼钢炉的种类，炼钢方法可分为：按照炼钢炉的种类，炼钢方法可分为：1. 空气转炉炼钢法空气转炉炼钢法: 一般炼制普通碳素钢。一般炼制普通碳素钢。2 .氧气
5、转炉炼钢法氧气转炉炼钢法: 炼制优质碳素钢和合金钢。炼制优质碳素钢和合金钢。3 .平炉炼钢法平炉炼钢法: 用来炼制优质碳素钢、合金钢或用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特殊要求的专用钢。有特殊要求的专用钢。4.电炉炼钢法电炉炼钢法:主要用废钢返回熔炼得到各种特殊钢主要用废钢返回熔炼得到各种特殊钢10低合金钢：合金元素总含量低合金钢：合金元素总含量 10低碳钢：含碳量低碳钢：含碳量 0.60二、钢的分类：二、钢的分类： 土木工程中主要使用碳素钢中的土木工程中主要使用碳素钢中的低碳钢低碳钢及及低合金钢低合金钢1.1.碳素钢：碳的含量碳素钢：碳的含量2.2.合金钢合金钢: :合金元素含量合金元素含量(
6、(锰、硅、钒、钛等锰、硅、钒、钛等) )111.1.普通钢：普通钢：含硫量含硫量0.0450.050含磷量含磷量0.0452.2.优质钢：优质钢：含硫量含硫量0.035含磷量含磷量0.0353.3.高级优质钢：高级优质钢：含硫量含硫量0.025含磷量含磷量0.0254.4.特级优质钢：特级优质钢：含硫量含硫量0.015含磷量含磷量0.02512用锰铁脱氧，用锰铁脱氧，脱氧不完全，钢液浇铸后有大量脱氧不完全，钢液浇铸后有大量coco气泡产生，引气泡产生，引起钢液沸腾。钢质不致密，内部杂质较多，强度起钢液沸腾。钢质不致密，内部杂质较多，强度较低，抗冲击韧性和可焊性较差，适用于一般受较低，抗冲击韧性
7、和可焊性较差，适用于一般受力结构力结构13钢材的晶体组成钢材的晶体组成n(1) (1) 铁素体铁素体n铁素体的强度、硬度低，塑性和韧性好铁素体的强度、硬度低，塑性和韧性好n(2) (2) 渗碳体渗碳体: :铁和碳混合物铁和碳混合物(fe(fe3 3c)c)n含量达含量达6.67%,晶体结构复杂，晶体结构复杂，性质变脆，塑性差，抗拉强性质变脆，塑性差，抗拉强度低度低n(3) (3) 珠光体珠光体: :铁素体和渗碳体组成的机械化合物，铁素体和渗碳体组成的机械化合物，c=0.8%c=0.8%n塑性好，强度和硬度高塑性好，强度和硬度高n土木工程中所用钢材含土木工程中所用钢材含c c在在0.80.8以下
8、，其晶体由铁素体和珠以下，其晶体由铁素体和珠光体组成，优点光体组成，优点: :较高强度、塑性和韧性也很好较高强度、塑性和韧性也很好14第二节第二节 建筑钢材的主要技术性质建筑钢材的主要技术性质 建筑钢材的技术性质主要包括机械性能和工艺性能。建筑钢材的技术性质主要包括机械性能和工艺性能。15 抗拉性能是建筑钢材最重要的性能，工程中一抗拉性能是建筑钢材最重要的性能，工程中一般通过拉力试验来评定钢材抗拉性能的大小，常用般通过拉力试验来评定钢材抗拉性能的大小，常用的评定指标为拉力试验中测得的屈服点、抗拉强度的评定指标为拉力试验中测得的屈服点、抗拉强度和伸长率。和伸长率。16 标准试件标准试件按照一定的
9、要求，对表面进行车削加工后的试件。按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。l0 a0d0l 非标准试件非标准试件不经过加工，直接在线材上切取的试件。不经过加工，直接在线材上切取的试件。头部头部头部头部工作段工作段一、拉伸性能一、拉伸性能1.1.低碳钢的拉伸性能低碳钢的拉伸性能17钢材拉伸过程的-图oa弹性阶段弹性阶段ab屈服阶段屈服阶段bc强化阶段强化阶段cd颈缩阶段颈缩阶段b下下屈服点的应力作为屈服点的应力作为钢材的屈服强度。钢材的屈服强度。(1)(1)拉伸试验过程拉伸试验过程0acbfdb上上上屈服点上屈服点b下下下屈服点下屈服点p s b 18u 在在oa段，如卸去荷载，试件将恢复原
10、状，表现为弹性变形。段，如卸去荷载，试件将恢复原状，表现为弹性变形。与与a点对应的应力为弹性极限，用点对应的应力为弹性极限，用 表示。应力与应变成正比，表示。应力与应变成正比， 其比值为常数，称为弹性模量其比值为常数，称为弹性模量eu e反映钢抵抗弹性变形的能力即刚度的大小；低碳钢反映钢抵抗弹性变形的能力即刚度的大小；低碳钢(2.0-2.0) 105mpa , =180-200mpa1. 弹性阶段弹性阶段(oa段段)低碳钢受拉应力低碳钢受拉应力-应变图应变图19 当荷载增大，试件应力超过当荷载增大，试件应力超过 时，应变增加的速度大于应力增长速度，应力时，应变增加的速度大于应力增长速度，应力与
11、应变不再成比例，开始产生塑性变形。钢材内部内部暂时失去抵抗变形与应变不再成比例，开始产生塑性变形。钢材内部内部暂时失去抵抗变形的能力，这种现象称为屈服的能力，这种现象称为屈服 b上上点是这一阶段应力最高点，称为屈服上限点是这一阶段应力最高点，称为屈服上限(应力首先出现下降的最大应力应力首先出现下降的最大应力值值)，b下下点称为屈服下限点称为屈服下限(不计初始瞬时效应时的最小应力值不计初始瞬时效应时的最小应力值)。 一般以一般以b下下点对应的应力作为屈服点，用点对应的应力作为屈服点，用 s表示。表示。超过屈服点后产生较大塑性变形，但已不再能够满足使用要求，故超过屈服点后产生较大塑性变形，但已不再
12、能够满足使用要求，故 s作为刚才作为刚才设计强度取值依据设计强度取值依据2. 屈服阶段：屈服阶段：低碳钢受拉应力低碳钢受拉应力-应变图应变图20 当荷载超过屈服点以后，由于试件内部组织结构发生变化，当荷载超过屈服点以后，由于试件内部组织结构发生变化，抵抗变形的能力又重新提高，故称为强化阶段。对应于最高抵抗变形的能力又重新提高，故称为强化阶段。对应于最高点点c的应力，用的应力，用 b表示。表示。b 抗拉强度或强度极限抗拉强度或强度极限3.强化阶段强化阶段(bc段段)低碳钢受拉应力低碳钢受拉应力-应变图应变图21da0b下下b上上bccd颈缩阶颈缩阶段段4。颈缩阶段。颈缩阶段(cd段段)当钢材强化
13、达到最高点后，在试件薄弱处的截面将显著缩小，产生当钢材强化达到最高点后，在试件薄弱处的截面将显著缩小，产生“颈缩现象颈缩现象”，由于试件断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力也就随着下降，最后发生断裂由于试件断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力也就随着下降，最后发生断裂22拉伸性能指标：拉伸性能指标： 屈服点、抗拉强度、伸长率、断面收缩率。屈服点、抗拉强度、伸长率、断面收缩率。0safsfs 屈服阶段最小的力屈服阶段最小的力(首次回针所对应的力首次回针所对应的力),n；ao 钢材钢材的原始截面积，的原始截面积，mm2。 (1)(1)屈服强度屈服强度( (屈服点屈服点) )上屈服点上屈服点(b(b
14、上上) )：试样首次屈服前的最大应力；试样首次屈服前的最大应力； 下屈服点下屈服点(b(b下下) )：不计初始瞬时效应的最小应力，即屈服点不计初始瞬时效应的最小应力，即屈服点23(2)(2)抗拉强度：抗拉强度：钢材所能承受的最大拉应力。钢材所能承受的最大拉应力。fb最大拉力，最大拉力，n。试验时，一般以试验时，一般以钢材出现颈缩为准。钢材出现颈缩为准。强屈比一般不低于强屈比一般不低于1.21.2，抗震结构一般不低于，抗震结构一般不低于1.251.25。0bafb可靠性参数可靠性参数 bs强屈比值得注意：值得注意：强屈比的概念强屈比的概念值越大值越大, ,可靠性越高可靠性越高, ,安全性越高安全
15、性越高, ,但利用率降低，浪费增大。但利用率降低，浪费增大。24(3)(3)伸长率：伸长率：塑性指标。塑性指标。意义：意义： 值值越大，塑性增强，可避免结构过早破坏；越大，塑性增强，可避免结构过早破坏； 加工性增强，安全性增强。加工性增强，安全性增强。 值有两种：值有两种： 5表示表示l0=5d0 d0钢材直径钢材直径 10表示表示l0=10d0%100lll001lo试件原始标距长度，试件原始标距长度，mm ；l1试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度，试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度，mm。25 (4)(4)断面收缩率：塑性指标。断面收缩率：塑性指标。 a1试样拉断后颈缩处的截面积，试样
16、拉断后颈缩处的截面积，mm2； a0表示钢表示钢材的原始截面积，材的原始截面积，mm2。常用低碳钢的塑性指标常用低碳钢的塑性指标 =15-30%；断面收缩；断面收缩60% 伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。%100010 aaa 26思考题思考题n从新进货的一批钢筋中抽样，并截取钢筋做拉伸试验，测得从新进货的一批钢筋中抽样，并截取钢筋做拉伸试验，测得如下结果：屈服强度分别为如下结果：屈服强度分别为42.4kn，41.5kn；抗拉极限荷；抗拉极限荷载分别为载分别为62.0kn，61.6kn；公称直径为；公称直径为12mm，
17、断后长度，断后长度分别为分别为66.0mm和和67mm。计算该钢筋的屈强比和。计算该钢筋的屈强比和532642.441.510137121 4 3.14 1210ssfmpaa32662.061.610154721 4 3.14 1210bbfmpaa3710.68547sbmpampa10501 67.06066.060100%100%10.9%26060lll272. 硬钢硬钢(高碳钢高碳钢)的拉伸性能的拉伸性能n硬钢抗拉强度高，塑性差，硬钢抗拉强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。规无法直接测定屈服强度。规范以残余变形达到试件原始范以残余变
18、形达到试件原始长度长度l0的的0.2%时所应力的应时所应力的应力值，作为屈服强度，也称力值，作为屈服强度，也称为条件屈服强度。为条件屈服强度。0.2表示。表示。n条件屈服点条件屈服点0.2 ：使硬钢产生：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见塑性变形时的应力。见左图。左图。0a0.2%aboa总变形。总变形。ba弹性变形弹性变形99.8%。ob塑性变形塑性变形0.2%。28弯曲角度弯曲角度弯心直径对试件厚度弯心直径对试件厚度( (或直径或直径) )的比值的比值 冷弯性能冷弯性能: :钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是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。建筑钢材的重要工艺性
19、能。二、建筑钢材的冷弯性能二、建筑钢材的冷弯性能冷弯性能指标冷弯性能指标参数与性能的关系参数与性能的关系 试验时采用的弯曲角度愈大，弯心直径试验时采用的弯曲角度愈大，弯心直径对试件厚度对试件厚度( (或直径或直径) )的比值愈小，表示对冷的比值愈小，表示对冷弯性能的要求愈高。弯性能的要求愈高。29冷弯性能试验示意图冷弯性能试验示意图 装好的试件装好的试件 弯曲弯曲180180 弯曲弯曲9090二、建筑钢材的冷弯性能二、建筑钢材的冷弯性能30判定标准：判定标准： 试件的弯曲处不发生裂缝、裂断或起层，即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。认为冷弯性能合格。冷弯试验意义：冷弯试验
20、意义：1 1、能反映试件弯曲处的塑性变形，能揭示钢材是否存、能反映试件弯曲处的塑性变形，能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。 2 2、也能对钢材的焊接质量进行严格的检验，能揭示焊件、也能对钢材的焊接质量进行严格的检验，能揭示焊件受弯表面是否存在未熔合，裂缝及夹杂物等缺陷。受弯表面是否存在未熔合，裂缝及夹杂物等缺陷。二、建筑钢材的冷弯性能二、建筑钢材的冷弯性能31(3)冲击韧性冲击韧性n定义及指标定义及指标n指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。其大小用指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。其大小用冲击韧性值冲击韧性值k k表示。表示。k
21、k 越大，则冲击韧性越好。越大，则冲击韧性越好。nk k是以试件冲击破坏时缺口处单位面积上所消耗的是以试件冲击破坏时缺口处单位面积上所消耗的功功(j/cm(j/cm2 2) )。n影响因素影响因素n化学成分化学成分( (硫、磷含量高硫、磷含量高) )，组织状态，冶炼、轧制，组织状态，冶炼、轧制质量，焊接，环境温度质量，焊接，环境温度( (温度降低温度降低) )等，均会降低冲等，均会降低冲击韧性。击韧性。n对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材，必须考对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材，必须考虑冲击韧性。虑冲击韧性。32(4) 硬度(4) 4) 硬度硬度n钢材的硬度指其表面局部体积内抵抗外物压入
22、产生塑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性变形的能力: :布氏法和洛氏法表示布氏法和洛氏法表示(5) (5) 疲劳强度疲劳强度n钢材在交变荷载作用下应力远小于抗拉强度时发生断钢材在交变荷载作用下应力远小于抗拉强度时发生断裂，疲劳极限表示裂，疲劳极限表示: :在规定的周期基数内不发生断裂在规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力所能承受的最大应力n钢材疲劳破坏由拉应力引起，抗拉强度越高，疲劳强钢材疲劳破坏由拉应力引起，抗拉强度越高，疲劳强度也越高度也越高33三、钢材的冷加工强化和时效三、钢材的冷加工强化和时效1.1.冷加工强化冷加工强化n冷加工强化是钢材在常温下，以超
23、过其屈服点但不超过冷加工强化是钢材在常温下，以超过其屈服点但不超过抗拉强度的应力对其进行的加工。抗拉强度的应力对其进行的加工。 冷加工强化的原理：冷加工强化的原理： 钢材在塑性变形中，发生晶格变形、钢材在塑性变形中，发生晶格变形、破碎和歪扭，从而对晶格的进一步滑移将起到阻碍作用，故破碎和歪扭，从而对晶格的进一步滑移将起到阻碍作用，故钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低。由于塑性变形中产生钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低。由于塑性变形中产生内应力，故钢材的弹性模量降低。内应力，故钢材的弹性模量降低。 n建筑钢材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等建筑钢材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等 。n
24、对钢材进行冷加工的目的，主要是利用时效提高强度，对钢材进行冷加工的目的，主要是利用时效提高强度，利用塑性节约钢材，同时也达到调直和除锈的目的。利用塑性节约钢材，同时也达到调直和除锈的目的。 冷加工的特点冷加工的特点: :提高屈服强度，但塑性、韧性和弹模降低。提高屈服强度，但塑性、韧性和弹模降低。34(1)(1)冷拉：是将钢筋拉至应力冷拉：是将钢筋拉至应力-应变曲线的强化阶段内任一点应变曲线的强化阶段内任一点k处，处，然后缓慢卸去荷载，当再度加载时，其屈服点将有所提高，塑性然后缓慢卸去荷载，当再度加载时，其屈服点将有所提高，塑性变形能力将有所降低。钢筋经冷拉后，一般屈服点可提高变形能力将有所降低
25、。钢筋经冷拉后，一般屈服点可提高20%25%。常见的冷加工方式：常见的冷加工方式：n思考题思考题: 试在同一坐标图上，分别画出软钢在未经冷拉、冷拉试在同一坐标图上，分别画出软钢在未经冷拉、冷拉时效后时效后-曲线，并解释它们的不同点。曲线，并解释它们的不同点。35(2)(2)冷拔冷拔- -是将光圆钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔是将光圆钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔拉拔模孔拉拔模孔 冷拔比纯拉伸作用强烈，钢筋受拉、挤压作用。冷拔比纯拉伸作用强烈，钢筋受拉、挤压作用。如：经过一次或多次的冷拔后得到的冷拔低碳钢丝，如：经过一次或多次的冷拔后得到的冷拔低碳钢丝，屈服点可提高屈服点可提高40%60%，
26、但失去软钢的塑性和韧性，但失去软钢的塑性和韧性，而具有硬钢的特点。而具有硬钢的特点。常见的冷加工方式：常见的冷加工方式：36(3)(3)冷轧冷轧将圆钢在冷轧机上轧成断面形状规则的钢筋。将圆钢在冷轧机上轧成断面形状规则的钢筋。目的：目的：提高强度、与混凝土的粘结力。提高强度、与混凝土的粘结力。 钢筋在冷轧时，纵向与横向同时产生变形，钢筋在冷轧时，纵向与横向同时产生变形，因而能较好地保持其因而能较好地保持其塑性塑性和和内部结构均匀性内部结构均匀性。 常见的冷加工方式：常见的冷加工方式：37(4)(4)冷轧扭冷轧扭: :对热轧圆盘条对热轧圆盘条, ,经冷轧扁和冷扭转经冷轧扁和冷扭转, ,制成制成冷轧
27、扭钢筋。冷轧扭钢筋。冷轧厚度：冷轧厚度：越薄，塑性变形越大，抗拉强度提高得越多，越薄，塑性变形越大，抗拉强度提高得越多， 伸长率降低得也越多。伸长率降低得也越多。螺距：螺距：螺距大小将直接影响钢筋与砼的握裹力。螺距大小将直接影响钢筋与砼的握裹力。 螺距小，握裹力大，冷轧扭难度加大。螺距小，握裹力大，冷轧扭难度加大。要求：要求：特点：特点：冷轧扭钢筋无明显的屈服台阶。冷轧扭钢筋无明显的屈服台阶。常见的冷加工方式：常见的冷加工方式：38 将经过冷拉的钢筋于常温下存放将经过冷拉的钢筋于常温下存放151520d20d，或加热到或加热到100100200200并保持并保持2-3h2-3h后后，钢筋强度提
28、高。这个过程称为钢筋强度提高。这个过程称为时效处理时效处理。前前者称为者称为自然自然时效，后者称为时效，后者称为人工人工时效。时效。 1.1.时效处理时效处理: :2.2.时效处理的作用时效处理的作用: : 冷加工以后再经过时效处理的钢筋，其屈服点进一冷加工以后再经过时效处理的钢筋，其屈服点进一步提高，抗拉强度稍见增长，塑性继续有所降低。步提高，抗拉强度稍见增长，塑性继续有所降低。 由于时效过程中应力的消减，故弹性模量可基本恢由于时效过程中应力的消减，故弹性模量可基本恢复。复。 (二二)钢材的时效强化钢材的时效强化39 钢材在冷加工时钢材在冷加工时晶格缺陷增多，晶格畸变，对晶格缺陷增多，晶格畸
29、变，对位错运动的阻力增大，因而屈服强度提高位错运动的阻力增大，因而屈服强度提高，塑性和，塑性和韧性降低。由于冷加工时产生的内应力，故冷加工韧性降低。由于冷加工时产生的内应力，故冷加工钢材的弹性模量有所下降。钢材的弹性模量有所下降。 冷加工以后再经时效处理的钢筋，屈服点进一冷加工以后再经时效处理的钢筋，屈服点进一步提高，抗拉强度稍见增长，塑性和韧性继续有所步提高，抗拉强度稍见增长，塑性和韧性继续有所降低。由于时效过程中内应力的消减，故弹性模量降低。由于时效过程中内应力的消减，故弹性模量可基本恢复。可基本恢复。3.3.冷加工及时效处理对钢筋性能的影响：冷加工及时效处理对钢筋性能的影响：(二二)钢材
30、的时效强化钢材的时效强化40第三节第三节 建筑钢材的品种与选择建筑钢材的品种与选择土木工程常用钢材土木工程常用钢材钢结构用钢钢结构用钢混凝土结构用混凝土结构用钢筋钢筋碳素结构钢碳素结构钢优质碳素钢优质碳素钢低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢预应力混凝土用钢丝和钢绞线预应力混凝土用钢丝和钢绞线热轧钢筋热轧钢筋冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋41一、钢结构用钢一、钢结构用钢(一一)碳素结构钢：碳素结构钢：1.1.碳素结构钢的牌号：屈服点符号、屈服点数值、质量等级碳素结构钢的牌号：屈服点符号、屈服点数值、质量等级符号和脱氧程度符号组成。表达式符号和脱氧程度符号组成。表达式x1 x2-x
31、3 x4x1-屈服点符号屈服点符号(q)、x2-屈服点数值屈服点数值(单位单位mpa)、x3-质量等级质量等级(钢中有害杂质硫钢中有害杂质硫、磷由多到少有、磷由多到少有a、b、c、d 4级，逐级提高级，逐级提高)和和x4-脱氧方法脱氧方法(f：沸腾钢，：沸腾钢，b：半镇钢，半镇钢，z：镇静钢，：镇静钢，tz：特殊镇钢。其中：特殊镇钢。其中z、tz可省略可省略)。q235-bz2.2.牌号与钢材性能间的关系：牌号与钢材性能间的关系： 碳素结构钢随牌号越大，含碳量增高，屈服强度和抗碳素结构钢随牌号越大，含碳量增高，屈服强度和抗拉强度提高，但塑性、韧性和冷弯性能下降。拉强度提高，但塑性、韧性和冷弯性
32、能下降。423 3、各牌号碳素结构钢的特点及应用：、各牌号碳素结构钢的特点及应用：(1)q195(1)q195、q215q215号钢材号钢材 特点：特点：强度较低，但塑性、韧性较好，易于冷加工，多用强度较低，但塑性、韧性较好，易于冷加工，多用于受荷较小以及焊接结构中，可制作铆钉、钢筋等。于受荷较小以及焊接结构中，可制作铆钉、钢筋等。(2)q235(2)q235( (建筑工程中主要应用的钢号建筑工程中主要应用的钢号) ) 特点：特点：具有较高的强度，良好的塑性、韧性，可焊性及可具有较高的强度，良好的塑性、韧性，可焊性及可加工等综合性能好加工等综合性能好, ,且冶炼方便且冶炼方便, ,成本较低，因
33、此，广泛用于一成本较低，因此，广泛用于一般钢结构。般钢结构。 其中，其中，c c、d d级可用在重要的焊接结构。级可用在重要的焊接结构。(3)q275(3)q275号钢材号钢材 特点：特点：强度高，但塑性、韧性、可焊性差，可用于钢筋混强度高，但塑性、韧性、可焊性差，可用于钢筋混凝土配筋及钢结构中的构件及螺栓等。凝土配筋及钢结构中的构件及螺栓等。(4)(4)受动荷载作用结构、焊接结构及低温下工作的结构，受动荷载作用结构、焊接结构及低温下工作的结构， 不能不能选用选用a a、b b质量等级钢及沸腾钢。质量等级钢及沸腾钢。思考题思考题:碳素结构钢牌号的含义是：碳素结构钢牌号的含义是：q表示表示 ，q
34、后面的数字表后面的数字表示示 ，数字后，数字后a、b、c、d表示表示 ，牌号末尾的，牌号末尾的“f”表示表示43(二二)优质碳素结构钢优质碳素结构钢1 1、牌号：、牌号： 三部分表示：含碳量、含锰量标著、脱氧程度代号。三部分表示：含碳量、含锰量标著、脱氧程度代号。 前两位数字表示平均含碳量的万分数；有前两位数字表示平均含碳量的万分数；有“含锰量含锰量标著标著”指较高含锰量，无指较高含锰量，无“含锰量标著含锰量标著”指普通含锰量；指普通含锰量；大大部分为镇静钢。部分为镇静钢。 如：如：45mn45mn表示平均含碳量为表示平均含碳量为0.45%0.45%，较高含锰量的镇静，较高含锰量的镇静钢。钢。
35、 3030表示平均含碳量为表示平均含碳量为0.30%0.30%，普通含锰量的镇静钢。，普通含锰量的镇静钢。2 2、优质碳素结构钢的选用：、优质碳素结构钢的选用：30304545号钢：号钢：用于重要结构的钢铸件、高强度螺栓。用于重要结构的钢铸件、高强度螺栓。4545号钢：号钢：用作预应力混凝土锚具。用作预应力混凝土锚具。65658080号钢号钢：用于生产预应力混凝土用钢丝和钢绞线。：用于生产预应力混凝土用钢丝和钢绞线。44(三三)低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢1.1.牌号：由屈服强度字母、屈服强度数值和质量等级三个部分牌号：由屈服强度字母、屈服强度数值和质量等级三个部分组成组成:x:x1
36、1x x2 2x x3 3。 x1-屈服点的汉语拼音字母屈服点的汉语拼音字母q、x2-屈服点数值屈服点数值mpa和质量等级、和质量等级、e五个质量等级。分为八个牌号：五个质量等级。分为八个牌号： q345、 q390、 q420、q460、q500、q550、q620和和q690。 2.2.特点与选用：特点与选用： 特点：特点：轻质高强，耐蚀性、耐低温性好，抗冲击性强，使轻质高强，耐蚀性、耐低温性好，抗冲击性强，使用寿命长等良好的综合性能；具有良好的可焊性及冷加工性，用寿命长等良好的综合性能；具有良好的可焊性及冷加工性，易于加工与施工。易于加工与施工。 可以用作高层及大跨度建筑可以用作高层及大
37、跨度建筑( (如大跨度桥梁、大型厅馆、电如大跨度桥梁、大型厅馆、电视塔等视塔等) )的主体结构材料。的主体结构材料。 与普通碳素钢相比可节约钢材，经济效益显著。与普通碳素钢相比可节约钢材，经济效益显著。45二、混凝土结构用钢筋二、混凝土结构用钢筋(一一)热轧钢筋热轧钢筋2 2、牌号、牌号 热轧成型，自然冷却而成。热轧成型，自然冷却而成。 外形有光圆、带肋两种。外形有光圆、带肋两种。 1 1、外形、外形 四个牌号：四个牌号： 级，级， hpb235；级，级， hrb335； 级，级， hrb400；级，级， hrb500 hrb335hrb335hot rolledhot rolled 屈服强度
38、屈服强度( mpa)( mpa) ribbedribbed bars bars 463 3、 技术性能与应用：技术性能与应用： 级钢筋级钢筋 强度较低，但塑性和焊接性能很好，强度较低，但塑性和焊接性能很好，便于各种冷加工，广泛用于小型混凝土结构的主受力筋便于各种冷加工，广泛用于小型混凝土结构的主受力筋及各种混凝土结构的构造筋和箍筋。及各种混凝土结构的构造筋和箍筋。 级钢筋级钢筋 强度较高，塑性和焊接性好，是钢筋强度较高，塑性和焊接性好，是钢筋混凝土常用钢筋，广泛用于大、中型构件的主受力筋。混凝土常用钢筋，广泛用于大、中型构件的主受力筋。 级钢筋级钢筋 性能及应用与性能及应用与级钢筋相近，但塑性
39、级钢筋相近，但塑性和焊接性略差于和焊接性略差于级钢筋。级钢筋。 级钢筋级钢筋 强度高，但塑性和焊接性较差，适宜强度高，但塑性和焊接性较差，适宜作预应力钢筋。作预应力钢筋。47(二二)冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋 1.外形：外形：热轧盘圆条经冷轧或冷拔减径后而成。两面或热轧盘圆条经冷轧或冷拔减径后而成。两面或三面有肋。三面有肋。 2 2、强度等级、强度等级 按抗拉强度分五级：按抗拉强度分五级：crb550crb550级；级； crb650crb650级；级； crb800crb800级；级；crb970crb970级；级；crb1170crb1170级。级。crb550crb550 cold rol
40、led 屈服强度屈服强度( mpa )( mpa ) ribbed bars 483 3、 技术性能及应用技术性能及应用 冷轧带肋钢筋强度高，塑性好，质量稳定，冷轧带肋钢筋强度高，塑性好，质量稳定，与混凝土粘结牢固，节约钢材。与混凝土粘结牢固，节约钢材。 主要应用：主要应用： crb550crb550主要用于普通钢筋混凝土结构中的主主要用于普通钢筋混凝土结构中的主受力筋、架立筋、箍筋和构造钢筋；受力筋、架立筋、箍筋和构造钢筋； crb650crb650中、小型预应力钢筋混凝土构件的主受中、小型预应力钢筋混凝土构件的主受力筋；力筋；crb800crb800同同crb650crb650 49(三三
41、)冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋1 1、外形、外形 级圆钢级圆钢冷拉、调直冷拉、调直冷轧、冷扭冷轧、冷扭螺旋状直条钢筋螺旋状直条钢筋502 2、技术特点及应用、技术特点及应用 材质：材质：碳素结构钢碳素结构钢特点：特点：冷扭后力学性能好，节省钢材；冷扭后力学性能好，节省钢材； 螺旋状直条铺设绑扎方便，与钢螺旋状直条铺设绑扎方便，与钢筋的握裹力强，不易松动；筋的握裹力强，不易松动； 应用：应用：大型现浇平板和空心板，条基，中、大型现浇平板和空心板，条基，中、小型筏基，小型筏基， 桥面，路面等构件。桥面，路面等构件。可按构件尺寸定货，现场不可按构件尺寸定货，现场不 再切割。再切割。 注意：注意： 冷轧扭钢筋
42、在拉伸时无明显屈服台阶，冷轧扭钢筋在拉伸时无明显屈服台阶，为安全起见，其抗拉设计强度采用为安全起见，其抗拉设计强度采用0.80.8b b。51( (四四) )预应力钢筋混凝土用钢丝和钢绞线预应力钢筋混凝土用钢丝和钢绞线 预应力钢丝由优质碳素结构钢制成。预应力钢绞预应力钢丝由优质碳素结构钢制成。预应力钢绞线由数根钢丝绞捻在一起，线由数根钢丝绞捻在一起， 经热处理而成。经热处理而成。 1 1、预应力钢丝：、预应力钢丝： 分类：分类：按交货状态分为冷拉钢丝、消除应力钢丝；按交货状态分为冷拉钢丝、消除应力钢丝；按外形分为光面钢丝、刻痕钢丝、螺旋钢丝；按外形分为光面钢丝、刻痕钢丝、螺旋钢丝；按松驰能力分
43、为按松驰能力分为i i级松驰和级松驰和级松驰两级。级松驰两级。代号：代号：rcd(rcd(冷拉钢丝冷拉钢丝) )、s(s(消除应力钢丝消除应力钢丝) )、si(si(消除应力刻痕钢丝消除应力刻痕钢丝) )、sh(sh(消除应力螺旋肋钢丝消除应力螺旋肋钢丝) )。作用：作用：节约钢材、减小构件截面、节省混凝土。节约钢材、减小构件截面、节省混凝土。应用：应用： 桥梁、吊车梁、大跨度屋架、管桩等预应力桥梁、吊车梁、大跨度屋架、管桩等预应力钢筋混凝土构件中。钢筋混凝土构件中。522 2、预应力钢绞线：、预应力钢绞线： 分类分类按捻制结构分类按捻制结构分类用两根钢丝捻制的钢绞线用两根钢丝捻制的钢绞线(
44、(表示为表示为1 12)2)用三根钢丝捻制的钢绞线用三根钢丝捻制的钢绞线( (表示为表示为1 13)3)用七根钢丝捻制的钢绞线用七根钢丝捻制的钢绞线( (表示为表示为1 17)7)按应力松驰能力按应力松驰能力i i级松驰级松驰级松驰级松驰应用应用 主要用于大跨度、大负荷的桥梁、电杆、枕轨、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。屋架、大跨度吊车梁等。特点特点 安全可靠，节约钢材，且不需冷拉，焊接接头等安全可靠，节约钢材，且不需冷拉，焊接接头等加工，在土木工程中得到广泛应用。加工，在土木工程中得到广泛应用。53(五五)预应力钢筋混凝土热处理钢筋预应力钢筋混凝土热处理钢筋热
45、轧带肋钢筋热轧带肋钢筋 淬火淬火 回火回火 热处理带肋钢筋热处理带肋钢筋 ( (出厂呈盘条状出厂呈盘条状) ) 规格规格6 6、 8.28.2、 10mm10mm屈服强度屈服强度1325mpa 1325mpa 、1470mpa1470mpa应用应用主要用于预应力混凝土梁、主要用于预应力混凝土梁、板，铁道轨枕等板，铁道轨枕等54总结：钢筋的选用总结：钢筋的选用普通受力的钢筋混凝土构件，常用：普通受力的钢筋混凝土构件，常用：热轧钢筋热轧钢筋 hpb235 hpb235 、hrb335 hrb335 、hrb400 hrb400 ；冷轧钢筋冷轧钢筋 crb550 crb550 。预应力混凝土构件，常
46、用：预应力混凝土构件，常用： 预应力混凝土钢丝、钢绞线；预应力混凝土钢丝、钢绞线； 热处理钢筋；热处理钢筋； 将热轧钢筋将热轧钢筋 hrb335 hrb335 、hrb400 hrb400 、 hrb500 hrb500 冷拉冷拉 中、小型预应力混凝土构件，常用：中、小型预应力混凝土构件，常用： 冷轧钢筋冷轧钢筋 crb650 crb650 ，crb800crb800； 冷拔低合金钢丝。冷拔低合金钢丝。 55 钢材直接与周围介质发生化学反应产生钢材直接与周围介质发生化学反应产生锈蚀锈蚀, ,多数是由氧化作用在钢材表面形成疏多数是由氧化作用在钢材表面形成疏松氧化物。干燥环境缓慢，温湿度高，发展松
47、氧化物。干燥环境缓慢，温湿度高，发展迅速。迅速。第四节第四节 钢材的锈蚀与防护钢材的锈蚀与防护一、钢材的锈蚀一、钢材的锈蚀 钢材表面与其周围介质发生化学反应而遭到的破坏，钢材表面与其周围介质发生化学反应而遭到的破坏，称为称为钢材的锈蚀钢材的锈蚀。(一一)钢材的锈蚀类型钢材的锈蚀类型化学锈蚀化学锈蚀电化学锈蚀电化学锈蚀 钢材本身组成和杂质的存在钢材本身组成和杂质的存在, ,在表面在表面介质的作用下介质的作用下, ,各成分电极电位不同各成分电极电位不同, ,形形成微电池，铁元素失去了电子成为成微电池，铁元素失去了电子成为fe2+fe2+进入介质溶液，与溶液中的进入介质溶液，与溶液中的ohoh- -
48、离子结合离子结合生成生成fe(oh)fe(oh)2 2。56(二二)锈蚀的结果锈蚀的结果 1 1、在钢材表面形成疏松的氧化物，使钢结构断面减小，、在钢材表面形成疏松的氧化物，使钢结构断面减小，降低钢材的性能，因而承载力降低。降低钢材的性能，因而承载力降低。 2 2、钢锈产生体积膨胀，造成钢筋混凝土构件表面混凝、钢锈产生体积膨胀，造成钢筋混凝土构件表面混凝土膨胀开裂土膨胀开裂二、钢材的防护二、钢材的防护三个方面：三个方面：从改变钢材本身的易腐蚀从改变钢材本身的易腐蚀性、隔离环境中的侵蚀性介质或改变性、隔离环境中的侵蚀性介质或改变钢材表面的电化学过程。钢材表面的电化学过程。具体防护措施：具体防护措施：(一一)钢结构用钢结构用 钢的防护：钢的防护：采用耐候钢采用耐候钢(耐大气腐蚀钢耐大气腐蚀钢)金属覆盖金属覆盖电镀或喷镀电镀或喷镀非金属覆盖非金属覆盖在钢材表面用非
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