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掌握：建筑钢材的主要性能。熟悉：建筑钢材的常用钢种及应用。了解：钢筋混凝土用钢材的品种及应用。本章教学目标l第一节第一节 概述概述l第二节第二节 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能l第三节第三节 建筑钢材的常用钢种建筑钢材的常用钢种l第四节第四节 钢筋混凝土用钢材钢筋混凝土用钢材第一节钢的冶炼和分类l平炉炼钢l氧气转炉炼钢l电炉炼钢 一一 钢的冶炼钢的冶炼l(1)沸腾钢l(2)镇静钢l(3)半镇静钢根据脱氧程度分为：电炉钢平炉钢转炉钢）按冶炼方法分（1镇静钢半镇静钢沸腾钢）按脱氧程度分（2冷加工钢材热加工钢材）按压力加工方式分（3）量高合金钢（合金元素总）量中合金钢（合金元素总）量低合金钢（合金元素总合金钢）高碳钢（含碳量）中碳钢（含碳量）低碳钢（含碳量碳素钢）按化学成分分（10%10%5%5%0.600.60%0.25%0.254），含磷量高级优质钢（含硫量），含磷量优质碳素钢（含硫量），含磷量普通碳素钢（含硫量）按质量分（0.035%0.027%0.030%0.020%0.040%0.035%0.045%0.030%0.085%0.045%0.065%0.055%5磁钢等钢、耐热钢、耐磨钢、特殊钢：不锈钢、耐酸、量具、模具等工具钢：用于制作刀具机械制造用结构钢建筑工程用结构钢结构钢）按用途分（6第二节建筑钢材的主要技术性能 建筑钢材的技术性能建筑钢材的技术性能力学性能力学性能工艺性能工艺性能化学性能化学性能抗拉性能抗拉性能冲击韧性冲击韧性疲劳强度疲劳强度硬硬 度度冷弯性能冷弯性能1.1.应力应力 2.2.应变应变3.3.弹性与弹性变形弹性与弹性变形4.4.塑性与塑性变形塑性与塑性变形AFAN0001LLLLLFFALL0L1建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能钢材的拉伸演示过程以低碳钢为例钢材的拉伸演示过程以低碳钢为例L0F1F1F2F2F3F3d0L0=5d0或10d0L1L2低碳钢的受拉过程分为四个阶段低碳钢的受拉过程分为四个阶段建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能0LLOAF弹性阶段弹性阶段OAOA屈服阶段屈服阶段ABAB强化阶段强化阶段BCBC颈缩阶段CDABCD低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能一、弹性阶段OA 一条通过原点一条通过原点的直线，应力与应变成正比。的直线，应力与应变成正比。弹性弹性弹性模量弹性模量 E E值的大小反映了钢材抵抗值的大小反映了钢材抵抗弹性变形的能力。弹性变形的能力。A点对应点对应的应力。的应力。tgE:p0LLOAFA低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图p E1 E2l图形的特点：l 试件的特点：l计算的指标：ABCD弹性极限建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能二、屈服阶段AB 一条波动的曲线，应力增加很小，而应变增加很大。所能承受的拉力增加很小，而塑性变形迅速增加，似乎钢材不能承受外力 屈服强度（也叫屈服点）点对应的应力。0LLl图形的特点：l试件的特点：l计算的指标：OAFA低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图pACDBB上上B下下:s下BsAFss屈服。三、强化阶段BC 一段上升的曲线。抵抗塑性变形的能力又重新提高抗拉强度 l图形的特点：l试件的特点：l计算的指标：0LLOAFA低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图pACDBB上上B下下s:bAFbbbC点对应的应力。建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能强化。四、颈缩阶段CD 一段下降的曲线。变形迅速发展，在有杂质或缺陷处，断面急剧缩小 ，直到断裂。伸长率：l图形的特点：l试件的特点：l计算的指标：AF0LLOApACDBB上上B下下sb%100001LLLL1L0建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能l计算的指标：颈缩三个重要的指标1.屈服强度s 结构设计中钢材强度取值的依据2.抗拉强度b 钢材所能承受的最大应力 屈强比 屈强比，利用率，安全可靠程度3.伸长率 衡量钢材塑性的指标，越大说明钢材的塑性越好 bsbsAF0LLOApACDBB上上B下下sbsbbs%100001LLL4断面收缩率L10AAnd0L0L0=5d0或10d0A0、An前后的截面积5与10谁大2.0中碳钢、高碳钢的应力应变图l规定：产生残余变形为原始标距的0.2%时所对应的应力值，作为硬钢的屈服强度，称为条件屈服强度，用0.2表示。1 钢材抵抗冲击荷载的能力。定义试件FAKk讨论与分析计算式测试方法演示ak冲击韧性。返回返回钢的化学成分;例：S、P冲击韧性冶炼及轧制质量质量冲击韧性温度温度，冲击韧性 ak影响冲击韧性的因素 设计承受交变荷载且须进行疲劳验算的结构时，应当了解所用钢材的疲劳强度。l硬度是指钢材抵抗硬物体压入钢材的表面的能力。l方法：布氏法、洛氏法和维氏法，常用方法是布氏法和洛氏法。定义测定方法演示返回返回讨论与分析l材料的硬度往往与材料的其它性能有一定的相关系，如：钢材的HB值与抗拉强度 之间有较好的相关关系。HBb6.3175HB，当HBb5.3175HB，当 指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，试件被 弯曲角度、弯心直径与厚度的比值d/a 定义指标试验演示l弯曲角度 d/a，表示对冷弯性能要求越高。结论试验演示l钢材的冷加工方式有冷拉、冷拔和冷轧。(一一)钢材的冷加工及时效钢材的冷加工及时效钢筋经冷拉时效后应力钢筋经冷拉时效后应力-应变图的变化应变图的变化 l钢筋冷拉后屈服强度可提高15%-20%，冷拔后屈服强度可提高40%-60%。(二)冷加工在工程中的应用1.碳是决定钢材性能的主要元素。l随着含碳量的增加，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。含碳量对热轧碳素钢性质的影响 b抗拉强度；k冲击韧性；HB硬度；伸长率；面积缩减率 2.硅、锰 l加入硅和锰可以与钢中有害成分FeO和FeS分别形成SiO2、MnO和MnS而进入钢渣排出，起到脱氧、降硫的作用。3.硫、磷 l硫使钢材的热脆性增加，磷能使钢的强度、硬度提高，但显著降低钢材的塑性和韧性，使钢材的冷脆性增加。4.氧、氮l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。5.铝、钛、钒、铌l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。第三节建筑钢材的常用钢种l普通碳素结构钢简称碳素结构钢，化学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁-碳合金。其含碳量为0.02%-2.06%，此外尚含有少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。一一 碳素结构钢碳素结构钢 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。(一一)碳素结构钢的牌号表示方法碳素结构钢的牌号表示方法(二二)碳素结构钢的技术要求碳素结构钢的技术要求(三三)碳素结构钢的性能和应用碳素结构钢的性能和应用l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。二二 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢l(一一)低合金高强度结构钢的牌号表示方法低合金高强度结构钢的牌号表示方法 低合金高强度结构钢的牌号由低合金高强度结构钢的牌号由屈服点字母屈服点字母Q Q、屈服点数值、质量等级屈服点数值、质量等级三个部分组成，共有三个部分组成，共有5 5个牌个牌号。号。l(二二)碳素结构钢的技术要求碳素结构钢的技术要求l(三三)碳素结构钢的性能和应用碳素结构钢的性能和应用第四节钢材混凝土用钢材l热轧光圆钢筋的强度较低，但塑性及焊接性能很好，便于各种冷加工，因而广泛用作普通钢筋混凝土构件的受力筋及各种钢筋混凝土结构的构造筋；HRB335和HRB400钢筋强度较高，塑性和焊接性能也较好，故广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋；HRB500钢筋强度高，但塑性和焊接性能较差，可用作预应力钢筋。一一 钢筋混凝土用热轧钢筋钢筋混凝土用热轧钢筋(a)等高肋钢筋；(b)月牙肋钢筋 热轧钢筋的力学性能和工艺性能热轧钢筋的力学性能和工艺性能 二二 冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋l冷轧带肋钢筋既具有冷拉钢筋强度高的特点，同时又具有很强的握裹力，混凝土对冷轧带肋钢筋的握裹力是同直径冷拔低碳钢丝的36倍，大大提高了构件的整体强度和抗震能力。这种钢筋适用于中、小型预应力混凝土结构构件和普通钢筋混凝土结构构件。冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋l热处理钢筋经过调质热处理而成，具有强度高、韧性高、粘结力高和塑性降低小等优点，特别适用于预应力混凝土构件。三三 预应力混凝土用热处理钢筋预应力混凝土用热处理钢筋热处理钢筋的力学性质热处理钢筋的力学性质(GB 4463(GB 44631984)1984)公称直径(mm)牌号屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)伸长率(%)不小于 640Si2Mn 1325147068.248Si2Mn 1045Si2Cr 四四 预应力混凝土用钢丝预应力混凝土用钢丝l预应力混凝土用钢丝质量稳定、安全可靠、强度高、无接头、施工方便，主要用于大跨度的屋架、薄腹架、吊车梁或桥梁等大型预应力混凝土构件，还可用于轨枕、压力管道等预应力混凝土构件。螺旋肋钢丝外形示意图 三面刻痕钢丝外形示意图 五五 预应力混凝土用钢绞线预应力混凝土用钢绞线l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。预应力钢绞线截面图