第八章 建筑钢材分析.ppt

第八章 建 筑 钢 材 主要内容 第一节 建筑钢材的基本知识 第二节 建筑钢材的性质 第三节 钢材的冷加工、时效及焊接 第四节 建筑钢材的标准及选用 学习目标： 了解铝材的一般特性和应用； 掌握钢材的力学性质、工艺性质及其质量检定方法；掌握钢结构用钢和混凝土结构用钢，两类建筑钢材的技术性质和应用。 钢材的应用 第一节 建筑钢材的基本知识 钢材: 以铁(Fe)为主要元素，含碳量(C)一般在2％以下，并含有其它元素的材料。 建筑钢材在建筑工程中的应用: 钢结构 — 型钢、钢板、钢管 钢筋混凝土结构 — 钢筋、钢丝、钢绞线 优点: 材质均匀、性能可靠、强度高、具有一定的塑性和韧性及承受冲击和振动荷载的能力，可焊、铆、栓接便于装配 钢材的分类 （一）按化学成分 1、碳素钢:碳素钢的化学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁一碳合金。 其含碳量为0.02％～2.06％。此外尚含有极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。 碳素钢按含碳量又可分为： 低碳钢（含碳量小于0.25％）、 中碳钢（含碳量为0.25％～0.60％） 高碳钢（含碳量大于0.60％） 2、合金钢:为了改善钢材的某些性能，加入很多的合金元素。 常用合金元素有：硅、锰、钛、钒、铌、铬等。 按合金元素总含量的不同，合金钢可分为： 低合金钢（合金元素总含量小于５％） 中合金钢（合金元素总含量为５％～10％） 高合金钢（合金元素总含量大于10％） （二）按冶炼时脱氧程度分类 沸腾钢：炼钢时仅加入锰铁进行脱氧，则脱氧不完全，代号为“Ｆ“。 镇静钢：炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等作脱氧剂，脱氧完全，且同时能起去硫作用，代号为“Ｚ”。 半镇静钢：脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，为质量较好的钢，其代号为“ｂ”。 特殊镇静钢：比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，故其质量最好，适用于特别重要的结构工程，代号为“TZ”。 （三）按有害杂质含量分类 接钢中有害杂质磷（Ｐ）和硫（S）含量的多少，钢材可分为以下四类： 普通钢：磷含量不大于0.045％；硫含量不大于0.050%。 优质钢： 磷含量不大于0.035%；硫含量不大于0.035%。 高级优质钢：磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.015%。 特级优质钢：磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.015%。 钢材的化学成分 1、碳(C) — 决定钢材性能的主要元素 随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度相应提高，而塑性和韧性相应降低。 当含碳量超过1%时，钢材的极限强度开始下降。 含碳量过高还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。 钢材的化学成分 2、硅(Si) 、锰(Mn) — 有益元素 当含量较低时（小于1%），可提高钢材的强度，对塑性、韧性影响不大。 3、磷(P) 、硫(S) — 有害元素 磷显著增加钢的冷脆性 硫显著增加钢的热脆性 热脆性大大降低钢材的热加工性和可焊性 4、氧(O) 、氮(N) — 有害元素 显著降低钢材的塑性、韧性，使可焊性变坏 钢材腐蚀的危害 造成钢材受力截面减小，表面不平整导致应力集中，降低钢材的承载能力 尤其是显著降低钢材的冲击韧性，使钢材脆断 混凝土中的钢筋腐蚀后，产生体积膨胀，使混凝土顺筋开裂。 因此为了确保钢材不产生腐蚀，必须采取防腐措施。 防止钢材腐蚀的方法 1、保护膜法 例如在钢材的表面喷刷涂料、搪瓷、塑料等或以金属镀层作为保护膜，如锌、锡、铬等。 2、电化学保护法 3、合金化 在碳钢中加入能提高抗腐蚀能力的合金元素，如镍、铬、钛、铜等制成不同的合金钢。 防止混凝土中钢筋腐蚀最经济有效的法 — 提高混凝土的密实度和碱度 保证钢筋有足够的保护层厚度 建筑钢材的性质 1、强度 2、弹性 3、塑性 4、冲击韧性 5、硬度  建筑钢材的性质 1、强度 屈服强度（或称屈服点） σs ： 中、高碳钢没有明显的屈服点，通常以残余变形为0.2%的应力σ0.2作为屈服强度。 屈服强度对钢材的使用有着重要的意义，当构件的实际应力达到屈服点时，将产生不可恢复的永久性变形，这在结构中是不允许的，therefore 屈服强度是确定钢材容许应力的主要依据 拉伸实验 低碳钢拉伸应力应变曲线图 建筑钢材的性质 1、强度 极限抗拉强度σb （或称抗拉强度） 钢材在拉力的作用下能承受的最大拉应力 屈强比σs／σb 工程意义: 越小 — 结构可靠性越高，即防止结构破坏的潜力越大；太小 — 钢材有效利用率太低 疲劳强度（或称疲劳极限） 钢材承受交变荷载106~107次而不发生破坏的最大主应力 建筑钢材的性质 2、弹性 钢材在静荷载作用下，应力和应变成正比 具有这种变形特征的性质称为弹性。 在弹性阶段中应力和应变的比值称为弹性模量，即E =σ/ε，单位MPa