工程材料基本知识建筑钢材

《市政工程质量员》课件

壹第一节无机胶凝材料贰第二节混凝土叁第三节工程质量的政府监督管理叁第三节砂浆肆第四节石材、砌墙砖、砌块和墙用板材第二章工程材料的基本知识伍第五节建筑钢材钢材是以铁为主要元素，含碳量小于2.11%，并含有其他元素的铁碳合金材料。

伍第五节建筑钢材1、钢材分类按化学成分低碳钢（含碳量小于0.25％）（1）碳素钢中碳钢(含碳量0.25%一0.6％)高碳钢(含碳量大于0.6％)低合金钢(合金元素总含量小于5％)（2）合金钢合金钢(合金元素总含量5%—10％)高合金钢〔合金元素总含量大于10％)钢材按质量分为普通钢(含硫量≤0.050%，含磷量≤0.0459

6)、优质钢(含硫量≤0.035%，含磷量≤0.035%)、高级优质钢(含硫量≤

0.025%，含磷量≤0.025%)

和特级优质钢(含硫量≤0.015%，含磷量≤0.0259

6)。高级优质钢在钢的牌号后加“A”表示，特级优质钢在牌号后加“E”表示。

建筑钢材指用于工程建设的各种钢材，包括钢结构中使用的各种型钢、钢板以及钢筋混凝土中使用的各种钢筋、钢丝利钢绞线等。建筑钢材的钢种主要是碳素结构钢和低合金钢。

1.5.1建筑钢材主要力学性能及指标1.强度在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。测定钢材强度的方法是拉伸试验。通过拉伸试验得到钢材的强度指标有屈服强度和抗拉强度(极限强度)。(1)屈服强度。钢材试件被拉伸a-e关系曲线分为四个阶段，分别为弹性阶段(第I阶段)、屈服阶段(第I阶段)、强化阶段(第川阶段)和破坏阶段(第N阶段)。当进人屈服阶段时(图2-2)，屈服段的应力上限对应的点为B上,下限值对应的点为B下，对于低碳钢以B下对应的应力作为屈服强度，记作ay。钢材受力达到屈服应力后，由于变形迅速发展，尽管尚未破坏，但已不能满足使用要求，故设计中以屈服强度作为强度取值的依据。但对于屈服现象不明显的钢材，如中碳钢或高碳钢，其应力应变曲线则与低碳钢的明显不同。其抗拉强度高，塑性变形小，屈服现象不明显。对于这类钢材难于测得屈服强度，故规范规定以产生0.2%残余变形时应力值作为屈服强度。(2)

抗拉强度。在应力一应变图中，曲线最高点C

对应的应力称为抗拉强度。抗拉强度虽然不能直接作为计算依据，但屈服强度与抗拉强度的比值即“屈强比”对工程应用有较大意义。屈强比越小，反映钢材在应力超过屈服强度工作时的可靠性越大，即延缓结构破坏过程的潜力越大，因而结构越安全。但屈强比过小时，钢材强度的有效利用率低，造成浪费。2.塑性塑性表示钢材在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。钢材的塑性通常用拉伸试验时的伸长率或断面收缩率表示。(1)伸长率。伸长率是以钢材试件被拉断后标距长度的增量与原标距长度之比的百分率来表示。(2)断面收缩率。断面收缩率是以钢材试件被拉断后颈缩处的截面面积的减小值与原截面面积之比的百分率表示。伸长率和断面收缩率表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。伸长率或断面收缩率越大，说明钢材的塑性越大，钢材的塑性大，不仅便于进行冷加工，而且能保证钢材的使用安全。

3.冷弯性能冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是建筑钢材的一项重要工艺性能指标。用于焊接承重结构的钢材和重要的非焊接承重结构的钢材都要保证冷弯试验合格。根据试样厚度，按规定的弯心直径将试样弯曲180°，其表面及侧面无裂纹、裂缝或裂断则为“冷弯试验合格”。4.冲击韧性冲击韧性指钢材抵抗冲击荷载的能力，钢材的冲击韧性用试件冲断时单位面积上所吸收的能量来表示。对重要的结构、直接承受动荷载作用的结构以及可能在负温下工作的结构，为了防止钢材的脆性破坏，应保证钢材具有一定的冲击韧性。5.硬度硬度是指钢材抵抗硬物压人表面的能力，即表示钢材表面局部体积内抵抗变形的能力。它是衡量钢材软硬程度的指标。我国现行标准测定金属硬度的方法有布氏硬度法、洛氏硬度法和维氏硬度法。6.耐疲劳性材料在交变应力作用下，在远低于抗拉强度时突然发生断裂，称为疲劳破坏。疲劳破环的危险应力用疲劳极限来表示，其含义是:试件在交变应力作用下工作，在规定的周围基数内不发生断裂的最大应力。1.5.2建筑钢材的标准与选用1.钢结构用钢（1）普通碳素结构钢。普通碳素结构钢包括热轧钢板、钢板、钢带、型钢和棒钢等制品。《碳素结构钢》(GB/T700——2006)规定，碳素结构钢共有四个牌号，即Q195，Q215，Q235和Q275。牌号表示方法由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级(A、B、C、D)与脱氧程度(F、b、Z、TZ)四个部分组成。例如Q235A∙F,表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。选用钢材时，应考虑结构与构件的重要性、荷载类型、连接方式及环境温度等条件。下列几种情况限制使用沸腾钢：1)直接承受动荷载作用的焊接结构;2)非焊接结构而计算温度等于或低于-20℃

，3)受静荷载及间接动荷载作用，而计算温度等于或低于-30℃

时的焊接结构。建筑工程中应用最多的碳素钢是Q235号钢。(2)低合金高强度结构钢。在碳素结构钢的基础上加人总量小于5%的合金元素(如硅、锰、钒等)，即得低合金高强度结构钢。根据《低合金高强度钢》(GB/T1591--2008)的规定，共分8个牌号，每个牌号各分有若干个质量等级，低合金钢强度较高，塑性、韧性及可焊性等均较好，且成本不高，尤其适用于大跨度、承受动荷载和冲击荷载作用的结构。(3)型钢。钢结构所用钢材主要是型钢和钢板。型钢有热轧及冷成型两种，钢板也有热轧(厚度为0.35~200mm)和冷轧(厚度为0.2~5mm)两种。常用的热轧型钢有角钢、工字钢、槽钢、T型钢、H型钢、Z型钢等。低合金高强度结构钢型钢2.混凝土结构用钢(1)热轧钢筋。混凝土结构用热轧钢筋根据其表面状态特征、工艺与供应方式可分为热轧光圆钢筋和热轧带肋钢筋。《钢筋混凝土用钢》(GB1499.1——2008)规定，热轧光圆钢筋的牌号分为HPB235和HPB300两级。钢筋牌号是由产品名称+屈服强度特征值构成，即H表示热轧，P表示光圆，B表示钢筋，后面的数字235和300表示钢筋屈服强度为235MPa和300MPa。《钢筋混凝土用钢》(GB1499.2--2007)规定，热轧带肋钢筋分为普通热轧钢筋和细晶粒热轧钢筋，它们的牌号分为HRB335、HRB400、HRB500和HRBF335、HRBF400、HRBF500各三个等级。钢筋牌号也是由产品名称十屈服强度特征值构成，即H表示热轧，R表示带肋，B表示钢筋，F表示细晶粒，后面的数字335、400和500表示钢筋屈服强度为335MPa、400MPa和500MPa。热轧光圆钢筋HPB235和HPB300强度较低，塑性好，容易焊接，主要用作非预应力钢筋。热轧带肋钢筋HRB335、HRB400和HRBF335、HRBF400强度较高，塑性及可焊性好，可作预应力或非预应力受力钢筋。HRB500和HRBF500强度高，但塑性及可焊性较差，适宜用作预应力钢筋。热轧钢筋(2)冷拉热轧钢筋与冷拔低碳钢丝。将热轧钢筋，在常温下拉伸至超过屈服点(小于抗拉强度)的某一应力，然后卸荷即得冷拉钢筋。冷拉可使屈服点提高17%~27%，但伸长率降低。将直径为6.6~8mm的Q235的热轧盘条，在常温下通过截面小于钢筋截面的拔丝模，经一次或多次拔制即得冷拔低碳钢丝。冷拔可提高屈服强度40%~60%，材质硬脆，属硬钢类钢丝。(3)冷轧带肋钢筋。冷轧带肋钢筋是用热轧圆盘条经多道冷轧加工后，在其表面冷轧成三面或两面有横肋的钢筋。冷轧带肋强度较热轧钢筋明显提高，塑性较好，与混凝土的握裹力较好。4)热处理钢筋。热处理钢筋是钢厂将热轧钢筋经淬火和回火调质热处理而成。热处理创筋强度显著提高，韧性好，而塑性降低不多，综合性能较好。热处理钢筋通常有直径为6mm、8.2mm、10mm三种规格。表面常轧有通长的纵肋与均布的横肋，使用时不能用电焊切割，也不能焊接，可用于预应力混凝土工程中。(5)冷轧扭钢筋是采用直径6.5~10mm的低碳热轧盘条Q235钢，经专用生产线，先冷轧扁，再冷扭转而成的具有一定螺旋状的直条钢筋。冷轧扭钢筋屈服强度高，与混凝土的握裹力大，因此无需预应力和弯钩即可用于普通混凝土工程，可节约钢材30%。(6)预应力混凝士用钢丝及钢绞线。预应力混凝土用钢丝及钢绞线为钢厂用优质碳素结构钢经冷加工、再回火、冷轧或绞捻等加工而成，又称优质碳素钢丝及钢绞线。若将预应力钢丝经辊压出规律的刻痕，即成刻痕钢丝。钢绞线以一根钢丝为芯，6根钢丝围绕其周围绞合而成。1.5.3建筑钢材的腐蚀与防止1.钢材的腐蚀根据腐蚀作用的机理，钢材的腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀两种。

(1)化学廣蚀。化学腐蚀是指钢材直接与周围介质发生化学反应产生的腐蚀。一般为氧化作用，使钢材表面形成疏松的氧化物而被腐蚀。(2)电化学腐蚀。电化学腐蚀是指钢材与电解质溶液而产生电流，形成微电池而引起的腐蚀，这种腐蚀是建筑钢材在存放和使用中发生腐蚀的主要形式。影响钢材腐蚀的主要因素有:使用环境中的水、氧，介质中所含的酸、碱、盐，钢