土木工程材料土木工程用钢材及铝合金PPT教案

1、土木工程材料土木工程材料(cilio)土木工程用钢材及铝土木工程用钢材及铝合金合金第一页，共102页。按化学成分可分为: 黑色金属和有色金属 7.0 概 述第1页/共102页第二页，共102页。 第2页/共102页第三页，共102页。第3页/共102页第四页，共102页。第4页/共102页第五页，共102页。铁路(til)钢轨第5页/共102页第六页，共102页。钢结构厂房(chngfng)第6页/共102页第七页，共102页。总高度：324.8米左右总质量：约11500吨结构(jigu)形式：钢架镂空结构(jigu)（总用钢量7000吨，12000个金属部件，250万只铆钉）巴黎(b l)艾

2、菲尔铁塔第7页/共102页第八页，共102页。武汉长江大桥第8页/共102页第九页，共102页。2008年奥运会“鸟巢(nio cho)”工程钢结构总用钢量4.2万吨第9页/共102页第十页，共102页。第10页/共102页第十一页，共102页。铝合金门窗 铝合金型材(xn ci) 第11页/共102页第十二页，共102页。第12页/共102页第十三页，共102页。钢的生产分为两步：（1）炼铁(lin ti)；（2）炼钢。 钢：含碳量为0.062.0%； 生铁：含碳量2 （2.116.67%）； 铸铁：含碳量为24）； 工业纯铁：含碳量小于0.04%。 第13页/共102页第十四页，共102页

3、。高炉熔融精炼第14页/共102页第十五页，共102页。第15页/共102页第十六页，共102页。第16页/共102页第十七页，共102页。结构钢 各种工程构件及机械零件,属低碳钢或中碳钢工具钢 刀具、模具特殊钢 不锈钢、耐热钢、耐磨钢第17页/共102页第十八页，共102页。沸腾钢 镇静钢半镇静钢特殊(tsh)镇静钢第18页/共102页第十九页，共102页。方形管Z型钢花纹钢板压型钢板H型钢矩形管第19页/共102页第二十页，共102页。1. 碳。决定钢材性能的最重要(zhngyo)元素（硬化元素）b抗拉强度(kn l qin d)k冲击韧性A 伸长率Z 断面收缩率HB 硬度 有益(yuy)

4、元素：硅、锰、钛、钒； 有害元素：硫、磷、氮、氧、氢。 7.2 化学成分对钢材性能的影响bHBAZk第20页/共102页第二十一页，共102页。第21页/共102页第二十二页，共102页。7.3 建筑钢材(gngci)的技术性质第22页/共102页第二十三页，共102页。拉伸(l shn)性能是建筑钢材的主要性能钢材受拉后的技术性能指标可以用低碳钢的应力应变图来反映。 屈服强度抗拉强度伸长率一、力学性能 1. 抗拉性能(xngnng) 第23页/共102页第二十四页，共102页。低碳钢单轴拉伸(l shn)试验第24页/共102页第二十五页，共102页。 cdabp0bbss弹性阶段：oa屈服

5、(qf)阶段：ab强化阶段：bc颈缩阶段：cd低碳钢单轴拉伸(l shn)应力-应变示意图弹性极限 p、上屈服强度(qingd)s、下屈服强度(qingd)s、抗拉强度(qingd)b第25页/共102页第二十六页，共102页。 屈服强度（s）是确定容许应力(yngl)的主要依据；硬钢的屈服点 中碳钢和高碳钢没有明显的屈服(qf)现象，规范以0.2%残余变形所对应的应力值作为名义屈服(qf)强度，用p0.2表示。第26页/共102页第二十七页，共102页。s/b低低s/b高高有效利用率有效利用率小小大大安全性安全性大大小小合理屈强(q qin)比： 碳素钢 0.60-0.65 低合金结构钢 0

6、.65-0.75 合金结构钢 0.84-0.86 第27页/共102页第二十八页，共102页。（1）伸长率A%10000uLLLALu拉断后标距部分(b fen)长度mm；L0原标距长度mm。 通常取L0=5d0或L0=10d0，伸长率分别为A和A11.3。 相同(xin tn)钢材，AA11.3。2. 塑性(sxng) d0L0Lu 伸长率的测定第28页/共102页第二十九页，共102页。（2）断面(dun min)收缩率 Z%100010AAAZA0试件的原截面(jimin)面积，mm2；A1试件断裂后颈缩处的横截面(jimin)积，mm2； 第29页/共102页第三十页，共102页。3.

7、 韧性(rn xn) 钢材抵抗(dkng)冲击荷载的能力。用冲击韧性k表示。 FAkkk冲击韧性（J/cm2）；Ak 试件冲断时吸收(xshu)的冲击能（J）； F试件槽口处最小横截面积（cm2）。 第30页/共102页第三十一页，共102页。温度(wnd)对钢材冲击韧性影响很大。钢的脆性(cuxng)转变温度 冲击韧性骤然下降(xijing)而成脆性（冷脆性）负温条件下使用的结构，设计时必须考虑钢材的低温冲击韧性。 第31页/共102页第三十二页，共102页。4. 耐疲劳(plo)性 疲劳破坏：是指钢材在交变(jio bin)荷载反复作用下，在远小于抗拉强度时发生的突然破坏。疲劳强度：是指钢

8、材在交变(jio bin)荷载作用下，于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大循环应力。第32页/共102页第三十三页，共102页。5. 硬度(yngd) 钢材(gngci)抵抗硬物压入表面的能力。 常用的硬度指标为布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）和维氏硬度（HV）。 第33页/共102页第三十四页，共102页。1. 冷弯性能(xngnng) 在更苛刻的条件下检验钢材的塑性； 以试验时的弯曲角度和弯心直径作为(zuwi)指标来表示； 弯曲角度愈大，弯心直径愈小，表示对冷弯性能要求愈高； 冷弯性能合格：弯曲处无裂纹、断裂及起层等现象。二、工艺性能 第34页/共102页第三十五页，共102页。

9、2. 焊接(hnji)性 获得良好的焊接接头，不易形成(xngchng)裂纹、气孔、夹渣。第35页/共102页第三十六页，共102页。第36页/共102页第三十七页，共102页。一、钢材(gngci)的冷加工与时效冷加工：钢材在再结晶温度以下（即常温）的机械加工。如冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。强度和硬度明显提高，塑性和韧性有所降低。时效：钢材经冷加工后，随着时间的延长，其屈服强度和抗拉强度(kn l qin d)逐渐提高，而塑性和韧性逐渐降低的现象。 自然时效：常温下存放1520天； 人工(rngng)时效：加热至100200并保持2h左右； 时效敏感性：因时效而使钢材性能改变的程度。思考

10、：对于受动荷载或经常处于中温条件工作的钢结构，如桥梁、钢轨、锅炉等，应选时效敏感性大还是小的钢材？第37页/共102页第三十八页，共102页。OO1BD1CDC1K1K在B点处冷拉：s塑性降低 工程(gngchng)中往往是冷加工和时效处理同时采用。钢筋的冷拉与时效处理第38页/共102页第三十九页，共102页。二、钢材(gngci)的热处理加热(ji r)保温(bown)退火退火。降低硬度，提高塑性，消除组织缺陷和内应力。正火。与退火相比，钢的硬度、强度较高，而塑性减小。淬火。获得高强度、高硬度的组织，但塑性和韧性显著降低。回火。消除淬火产生很大的内应力，减低脆性。正火淬火回火 温度时间第3

11、9页/共102页第四十页，共102页。第40页/共102页第四十一页，共102页。第41页/共102页第四十二页，共102页。第42页/共102页第四十三页，共102页。第43页/共102页第四十四页，共102页。螺螺栓栓连连接接普普通通螺螺栓栓粗制螺栓粗制螺栓（C级）级）优点：安装方便，适用承受拉力优点：安装方便，适用承受拉力缺点：不承受剪力缺点：不承受剪力精制螺栓精制螺栓（AB级）级）优点：加工精度高，杆件接触紧实优点：加工精度高，杆件接触紧实缺点：安装和制造费工，价格昂贵缺点：安装和制造费工，价格昂贵高高强强度度螺螺栓栓摩擦型高摩擦型高强度螺栓强度螺栓优点：整体性和刚度好，变形小，优点：

12、整体性和刚度好，变形小，受力可靠，耐疲劳受力可靠，耐疲劳缺点：技术要求高，价格昂贵缺点：技术要求高，价格昂贵承压型高承压型高强度螺栓强度螺栓优点：承载力高，节约钢材优点：承载力高，节约钢材缺点：相对整体性和刚度差，变形缺点：相对整体性和刚度差，变形大，动力性差大，动力性差螺栓(lushun)连接的种类第44页/共102页第四十五页，共102页。第45页/共102页第四十六页，共102页。第46页/共102页第四十七页，共102页。第47页/共102页第四十八页，共102页。第48页/共102页第四十九页，共102页。第49页/共102页第五十页，共102页。1、碳素结构钢（GB 700-200

13、6）（1）牌号(piho)牌号牌号Q195Q215Q235Q255Q275等级等级A、BA、B、C、DA、BQ235 AFQ215 B的含义(hny)？Q：屈服点；235:屈服强度（N/mm2）；A:质量等级。按不同温度下的冲击韧性划分。F：脱氧程度。镇静钢（Z）、沸腾钢（F）、半镇静钢（b）、特殊镇静钢（TZ）。Z与TZ可省略。 第50页/共102页第五十一页，共102页。化学成分：见表7-4机械性能：s、b 、A、冲击(chngj)吸收功（表7-5）；冷弯试验：弯曲角度180o，弯心直径有所不同（表7-6）。第51页/共102页第五十二页，共102页。第52页/共102页第五十三页，共10

14、2页。2. 低合金高强度结构钢GB/T 1591-2008等级牌号A、BQ295AEQ345AEQ390AEQ425CEQ460牌号(piho)的含义同碳素结构钢。（1）牌号(piho)Q345 A的含义(hny)？（2）技术要求化学成分：表7-7机械性能： s、b 、A等（表7-8）冷弯试验：弯曲角度180o，弯心直径有所不同。（表7-9） 第53页/共102页第五十四页，共102页。于各种重型结构、高层建筑、大于各种重型结构、高层建筑、大柱网及大跨度结构。柱网及大跨度结构。第54页/共102页第五十五页，共102页。3、优质(yuzh)碳素结构钢（GB/T 699-1999）08F、10F

15、、15F；08、10、15、80、85；15Mn70MnF：沸腾钢15：平均(pngjn)含碳量0.15Mn：较高含锰量（1）牌号(piho)共31个牌号。（2）技术要求化学成分：有害元素S0.035%，P0.035%机械性能。 s、b 、A、Z、HBW等；推荐热处理及温度。 第55页/共102页第五十六页，共102页。四、合金(hjn)结构钢（GB/T 3077-1999）如：30CrMnSiA； 20SiMn2MoV30：含碳量0.30Si：含硅量1.50Mn2：含锰量1.502.49（1）牌号：77个牌号表示：两位数字、合金元素符号、合金元素平均(pngjn)含量、冶金质量等级3：含量(

16、hnling)2.503.49；4：含量(hnling)3.504.49； 高级优质钢第56页/共102页第五十七页，共102页。第57页/共102页第五十八页，共102页。角钢。热轧等边角(bin jio)钢 尺寸、外形、重量及允许偏差GB9787-88、热轧不等边角(bin jio)钢 尺寸、外形、重量及允许偏差GB9788-88。L型钢。热轧L型钢尺寸、外形、重量及允许偏差GB9946-88；工字钢。热轧工字钢尺寸、外形、重量及允许偏差GB706-88 ；槽钢。热轧槽钢尺寸、外形、重量及允许偏差GB707-88 ；H型钢和T型钢。热轧H型钢和剖分T型钢 GBT11263-2005 ；热轧

17、扁钢。GB704-881、热轧(r zh)型钢主要(zhyo)采用碳素结构钢（如Q235）和低合金高强度结构钢（如Q345 ）。 二、钢结构用钢材第58页/共102页第五十九页，共102页。角钢 等边角(bin jio)钢：边宽边宽边厚（mm）如：30303不等边角钢(jiogng)：长边宽短边宽边厚（mm）如：100808俗称角铁，是两边互相垂直成角形的长条(chn tio)钢材。有等边与不等边之分。长度：一般为319m应用：可组成各种受力构件，也可作构件之间的连接件。第59页/共102页第六十页，共102页。外形(wi xn)类似于不等边角钢，主要区别是两边的厚度不等，又称不等边不等厚角钢

18、。规格表示：腹板高面板(min bn)宽腹板厚面板(min bn)厚（mm）如L25090913长度：通常为612m应用：海洋工程结构(jigu)和要求较高的建筑工程结构(jigu)。L型钢第60页/共102页第六十一页，共102页。槽钢(co n)角钢(jiogng) 第61页/共102页第六十二页，共102页。工字钢也称钢梁，是截面(jimin)为工字形的长条钢材。规格表示：腰高度(god)（cm）腰高度(god)腿宽度腰宽度（mm）规格(gug)范围：10号63号长度：通常为519m应用：一般宜用于单向受弯构件，如各种建筑结构、桥梁、支架、机械等。第62页/共102页第六十三页，共102

19、页。是截面为凹槽形的长条(chn tio)钢材。规格(gug)表示：腰高度（cm）腰高度腿宽度腰厚度（mm）规格范围：5号40号长度(chngd)：通常为519m应用：作为承受横向弯曲的梁和承受轴向力的杆件，主要用于建筑架构、车辆制造和其他工业结构，常与工字钢配合使用。槽钢第63页/共102页第六十四页，共102页。H型钢也称宽腿工字钢，分为(fn wi)宽翼缘H型钢（HK）、窄翼缘H型钢（HZ）和H型钢柱。规格(gug)表示：公称高度（mm）腹板高翼缘宽腹板厚翼缘厚（mm）规格(gug)范围：HK100号HK900号； HZ80号HZ600号；HU200号HU500号长度：通常为635m第6

20、4页/共102页第六十五页，共102页。是截面为矩形(jxng)并稍带钝边的长条钢材。规格(gug)表示：厚度宽度（mm）规格(gug)范围：3mm10mm60mm150mm应用：建筑上用作房架结构件、扶梯、桥梁、栅栏等；也可用作焊管和叠轧薄板的坯料。热轧扁钢第65页/共102页第六十六页，共102页。2. 冷弯薄壁型钢(xnggng)采用1.56mm薄钢板冷弯或模压而成；空心型钢(xnggng)。方形、矩形；开口薄壁型钢(xnggng)。角钢、槽钢、Z型钢(xnggng)等。矩形管方形管Z型钢(xnggng) 第66页/共102页第六十七页，共102页。冷弯型钢(xnggng)截面示意图第6

21、7页/共102页第六十八页，共102页。3. 棒材六角(li jio)钢、八角钢；扁钢；圆钢、方钢；圆钢(yun n) 第68页/共102页第六十九页，共102页。4. 钢管(gnggun)无缝钢管；焊接(hnji)钢管；钢管(gnggun) 第69页/共102页第七十页，共102页。5. 板材(bn ci)钢板。一般采用碳素结构钢（重型结构和大跨度(kud)结构也有采用低合金高强度结构钢）冷轧或热轧而成 ；花纹钢板；压型钢板。经辊压或冷弯制成截面呈V型、U型、梯形或类似形状波纹的钢板；彩色涂层钢板。压型(y xn)钢板花纹钢板 第70页/共102页第七十一页，共102页。 热轧钢筋冷轧带肋钢

22、筋混凝土用钢纤维预应力筋第71页/共102页第七十二页，共102页。1. 热轧(r zh)钢筋 热轧光圆(un yun)钢筋：GB1499.1-2008，采用Q235轧制热轧带肋钢筋：GB1499.2-2007，采用低合金钢轧制余热处理钢筋：GB13014-1991相关(xinggun)性能见表7-9第72页/共102页第七十三页，共102页。光圆(un yun)钢筋带肋钢筋(gngjn) 第73页/共102页第七十四页，共102页。2. 冷轧带肋钢筋(gngjn)热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在其表面冷轧成二面或三面有横肋的钢筋。牌号：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、

23、CRB1170；力学性能指标：b、A或A11.3 、弯曲试验(shyn)或反复弯曲试验(shyn)次数、松弛率；应用： CRB550为普通混凝土用钢筋，其它牌号为预应力混凝土用钢筋。冷轧带肋钢筋(gngjn)（GB/T 13788-2000） 第74页/共102页第七十五页，共102页。3.预应力筋 冷轧带肋钢筋(gngjn)：CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170 钢丝 钢绞线 钢棒 螺纹钢筋(gngjn) 第75页/共102页第七十六页，共102页。光圆：P螺旋肋：H刻痕：I按外形冷拉钢丝：WCD消除应力钢丝低松弛级钢丝：WLR普通松弛级钢丝：WNR按加工状态标准(bio

24、zhn)：预应力混凝土用钢丝GB/T5223-2002第76页/共102页第七十七页，共102页。一般由2根、3根或7根直径为2.5mm6.0mm的高强度钢丝(n s)经绞埝和消除内应力的热处理而制成；产品性能指标：抗拉强度b 、最大力Fm 、Fp0.2、gt 、松弛性能。应用：强度高、塑性好、易于锚固，多用于大跨度、重荷载的预应力混凝土结构。预应力混凝土用钢绞线（GB/T 5224-2003） v（2）预应力混凝土用钢绞线第77页/共102页第七十八页，共102页。低合金钢热轧盘条经冷加工后（或不经冷加工）淬火(cu hu)和回火所得，按外形分为光圆、螺旋槽、螺旋肋和带肋四种钢棒。产品性能指

25、标：预应力混凝土用钢棒（GB/T 5223.3-2005） v（3）预应力混凝土用钢棒第78页/共102页第七十九页，共102页。是一种热轧(r zh)成带有不连续外螺纹的直条钢筋，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。规格：公称直径分别为18mm、25mm、32mm、40mm、50mm强度等级：PSB785、PSB830、PSB930、PSB1080力学性能： s 、 b 、A、Agt、应力松弛性能（GB/T 20065-2006） v（4）预应力混凝土用螺纹钢筋第79页/共102页第八十页，共102页。在混凝土中掺钢纤维的作用：提高抗冲击强度和韧性，显著改善

26、其抗裂、抗剪、抗弯、抗拉、抗疲劳等性能。钢纤维的原材料：碳素结构钢、合金(hjn)结构钢、不锈钢生产方式：钢丝切断、薄板剪切、熔融抽丝、铣削规格：直径0.450.7mm，长径比5080强度等级：按抗拉强度分为1000、600、380三个等级 YB/T151-19994. 混凝土用钢纤维第80页/共102页第八十一页，共102页。1、桥梁结构用钢（GB/T 7144-2000）牌号牌号Q235qQ345qQ370qQ420q等级等级C、DC、D、EC、D、EC、D、E第81页/共102页第八十二页，共102页。第82页/共102页第八十三页，共102页。2、钢轨钢（GB2585-2007、GB1

27、1264-89、 YB/T5055-1993）第83页/共102页第八十四页，共102页。12kg/m：力学性能不做特别要求，仅要求满足钢牌号（50Q、55Q、45SiMnP、50SiMnP）性能即可1530kg/m：55Q、50SiMnP要求b 685MPa，布氏硬度 197HBW，落锤试验后钢材不断不裂；36CuCrP要求Rm 785MPa，布氏硬度 220HBW，落锤试验后钢材不断不裂。长度以间隔0.5m分档(fn dn)，最短5m，最长10m；规格有9、12、15、22、30kg/m。第84页/共102页第八十五页，共102页。第85页/共102页第八十六页，共102页。一、钢材(gn

28、gci)的防腐化学腐蚀：是指钢材与周围介质直接发生化学作用，生成(shn chn)疏松的氧化物。1. 腐蚀(fsh)由O2产生： Fe+O2FeO，Fe2O3，Fe3O4由CO2产生：Fe+CO2FeO，Fe3O4+CO由H2O产生：Fe+H2OFeO，Fe3O4+H2第86页/共102页第八十七页，共102页。电化学腐蚀(fsh)：与电解质溶液接触，形成微电池。电化学锈蚀是钢材(gngci)锈蚀的最主要形式。阳极(yngj)区：eFeFe22铁溶解，即铁被腐蚀，并放出电子 阴极区：OHOHOeOH22222122消耗电子，氧被还原 溶液区：22)(2OHFeOHFe生成铁锈，体积膨胀 3222)(42)(4OHFeOHOOHFe进一步氧化，体积再膨胀 第87页/共102页第八十八页，共102页。截面积减小，性能降低，甚至报废；产生锈坑，造成应力集中，产生锈蚀疲劳。体积(tj)增大（最大可达6倍），使混凝土胀裂。2. 腐蚀(fsh)的危害 第88页/共102页第八十九页，共102页。环境中的湿度、氧；介质中的酸、碱、盐；钢材的化学成分及表面(biomin)状况。卤素离子，特别是氯离子使锈蚀迅速发展。3.钢材(gngci)锈蚀的影响因