建筑金属材料课件

伦敦千年穹顶

用钢量：4000吨千年穹顶的造型很奇特--它由12根穿出屋面、高达100米的钢桅杆支撑，屋顶采用膜材料覆盖成圆球形，而膜面则支撑在72根辐射状的钢索上，远远望去像一个白色的大帐篷。

吉隆坡国家石油双塔大厦

用钢量：7500吨高452米的吉隆坡国家石油双塔大厦号称目前世界上最高的纯钢结构建筑(外层材料为不锈钢和玻璃)。双塔大厦在41层和42层之间还有一座用轻型钢建造的“空中天桥”连接两塔，“桥”长58米、高9米，总重750吨日本明石海峡大桥

用钢量：30万吨这座目前世界上主跨最长的悬桥(全长3911米，主跨长1991米)，将日本的本州、九州、北海道和四国岛连在了一起。该桥可承受里氏8.5级的强烈地震和80米/秒的暴风。第二章建筑金属材料C≤2.11％冶炼生铁钢水生铁中的碳氧化，降低含C量，除去杂质元素，降低其含量铸锭钢钢材热加工2.1钢的分类一.钢的化学成分及其对性能的影响

二.钢的微观结构及其对性能的影响（自学）

三钢的分类1.按化学成分分：2.1钢的分类三钢的分类2.按脱氧程度分：3.按质量等级分:普通钢、优质钢、高级优质钢、特级优质钢2.1钢的分类钢材的脱氧程度对钢材质量的影响(A)沸腾钢(B)镇静钢

2.2建筑用钢的技术性质一.钢材的力学性能（一）抗拉性能2.2建筑用钢的技术性质一.钢材的力学性能（一）抗拉性能2.2建筑用钢的技术性质1.弹性阶段一.钢材的力学性能（一）抗拉性能2.2建筑用钢的技术性质一.钢材的力学性能（一）抗拉性能2.屈服阶段2.2建筑用钢的技术性质一.钢材的力学性能（一）抗拉性能3.强化阶段2.2建筑用钢的技术性质一.钢材的力学性能（一）抗拉性能4.颈缩阶段2.2建筑用钢的技术性质一.钢材的力学性能（二）塑性1.伸长率2.断面收缩率

2.2建筑用钢的技术性质一.钢材的力学性能（三）冲击韧性

摆锤试件H0H12.2建筑用钢的技术性质一.钢材的力学性能（三）冲击韧性

2.2建筑用钢的技术性质一.钢材的力学性能（四）硬度

布氏硬度测定示意图2.2建筑用钢的技术性质一.钢材的力学性能（五）耐疲劳性疲劳破坏：

在交变应力（动荷载）作用下，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂的现象。疲劳强度：钢材在交变荷载反复作用下，在规定的周期基数内（一般取107次），不发生断裂所能承受的最大应力.

疲劳破坏过程：疲劳裂缝产生→扩展→突然断裂。主要影响因素有：1.内部缺陷（晶界、微孔、夹杂物等）；2.成分偏析；3.过大的内应力，截面沿纵向的突变；4.表面状态；5.受力的种类、应力循环特征值、循环次数等。2.2建筑用钢的技术性质1980年3月27日，北海爱科菲斯科油田的A.L.基儿兰德号平台突然从水下深部传来一次震动，紧接着一声巨响，平台立即倾斜，短时间内翻于海中，致使23人丧生，造成巨大的经济损失。

某钢厂原料跨吊车任务繁重，而冷轧跨吊车不太繁忙。两者互按同一标准设计，后者吊车梁使用40多年未发现裂缝，而前者因产生较多裂缝已更换。请分析裂缝的成因。

工程案例二.建筑用钢的工艺性能（一）冷弯性能指标弯曲角度α弯心直径与试件厚度的比值d/a结论α增大d/a增大，表示对钢材冷弯性能要求越高2.2建筑用钢的技术性质二.建筑用钢的工艺性能（二）焊接性能影响因素：

化学成分（含碳量、S、P和气体杂质）；冶炼质量（镇静钢）冷加工等。

焊接点断裂点断裂点2.2建筑用钢的技术性质某烧结矿仓库运输廊道于1965年1月发生倒塌。事故发生时室外气温为36℃左右。经现场调查及取样试验可知所用的沸腾钢含碳0.23％～0.25％，含硫0.06％，焊接质量差。请分析事故原因。

原因之一是所使用的钢材不符合标准要求，发生脆性断裂。所用钢材含碳量及含硫量均超过用于焊接结构钢材要求，即含碳不超过0.22％，含硫量不超过0.055％。硫的析出集中点正是弦杆钢发生脆性破坏部位。

原因之二是断裂处焊缝低劣，以及焊接结构处有应力集中现象，助长了此衍架的断裂破坏。经检查，多处焊缝明显未焊透，有焊瘤，夹杂缺陷，焊接质量差。2.3钢材的组成结构及其对性能的影响

加工硬化的效果：屈服强度提高塑性和韧性降低可焊形变坏硬脆倾向增加等。

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0’2.4.1.钢材的冷加工强化

冷拉冷拔冷轧

第四节钢材的冷加工强化和热处理2.4.1.钢材的冷加工强化问题：

直接承受动荷载作用的焊接钢结构是否能使用经冷加工的钢材吗？为什么？

答：不能。因为冷加工后钢材的塑性和韧性大大降低，可焊性变差，增加了焊接后的硬脆倾向，为了防止钢结构发生突然的脆性断裂，所以不能采用。2.4.2.钢材的热处理温度727

C等温处理回火淬火正火退火时间2.5建筑钢材的性质及应用2.5.1建筑常用钢种2.5.2钢结构用钢2.5.3钢筋混凝土用钢碳素结构钢低合金高强度合金钢优质碳素结构钢2.5.1建筑常用钢种2.5.1.1碳素结构钢2.5.1.1碳素结构钢表2-2碳素结构钢的牌号、等级和化学成分牌号等级化学成分/%脱氧方法CMnSiSP不大于Q195—0.06～0.0120.25～0.500.300.0500.045F、b、ZQ215A0.09～0.150.05～0.550.300.0500.045F、b、ZB0.045Q235A0.14～0.220.30～0.650.0350.0500.045F、b、ZB0.12～0.200.30～0.700.045C≤0.180.35～0.800.0400.040ZD≤0.170.035TZQ255A0.18～0.280.40～0.700.300.0500.045F、b、ZB0.045Q275—0.28～0.380.50～0.800.350.0500.045b、Z牌号等级拉伸试验屈服点/(N/mm2)抗拉强度(N/mm2)伸长率/%钢材厚度(直径)/mm钢材厚度(直径)/mm≤16>16～40>40～60>60～100>100～150>150≤1616～4040～6060～100100～150>150不小于不小于Q195-195185————315～4303332————Q215A

B215205195185175165335～450313029282726Q235A

B

C

D235225215205195185375～500262524232221Q255A

B255245235225215205410～550242322212019Q275—275265255245235225490～630201918171615选用原则：

应根据钢结构的工作条件、荷载类型、连接方式、环境温度与介质的腐蚀情况等综合因素选用。

Q195和Q215号钢强度较低，塑性和韧性较大，易弯加工，可用于钢钉、螺栓等。Q235A使用于承受静载作用的钢结构；Q235B可用于承受动载焊接的普通钢结构；Q235C可用于承受动载焊接的重要钢结构；Q235D可用于低温承受动荷载焊接的钢结构。Q255和Q275强度较高，塑性和韧性较差，主要用于机械零件等2.5.1.1碳素结构钢2.5.1.1碳素结构钢2.5.1.2低合金高强度结构钢2.5.1.2低合金高强度结构钢牌号：Q295Q345Q390Q420Q4602.5.1.2低合金高强度结构钢特性：强度和硬度高有害杂质少质量高且稳定良好的塑性和韧性适当的可焊性应用：特别适合于大跨度结构高层建筑桥梁2.5.1.3优质碳素结构钢30~45号钢，用于重要结构的钢铸件和高强度螺栓；65~80号钢，常用于制作碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线等。2.5.1.3优质碳素结构钢2.5.2钢筋混凝土结构用钢2.5.2钢筋混凝土结构用钢2.5.2钢筋混凝土结构用钢（一）.热轧钢筋

1、牌号：HPB235HRB335HRB400HRB5002、性能与用途：Ⅰ级钢筋用作普通钢筋混凝土的受力筋或构造筋；冷加工钢筋原材料。Ⅱ、Ⅲ级用于大中型钢筋混凝土结构的受力筋。Ⅳ级可用作预应力钢筋。

2.5.2钢筋混凝土结构用钢（二）.冷轧带肋钢筋

1、牌号：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、和CRB1170公称直径４—１２mm2、特性：具有较高的强度和较大的伸长率，且锚固性好。3、用途：可用于没有振动荷载和重复荷载的工业与民用建筑物的钢筋混凝土结构。

CRB550宜作受力主筋、架立筋、箍筋和构造钢筋；

CRB650、CRB800宜作预应力混凝土结构构件的受力主筋。这些钢筋不宜在－30°C以下的环境使用。

2.5.2钢筋混凝土结构用钢（三）.预应力混凝土用钢丝

1.冷拉钢丝（L）矫直回火钢丝（J）刻痕钢丝（JK）2.公称直径３、４㎜、５㎜3.σb达1500MPa以上σ0.2可达1100MPa以上。2.5.2钢筋混凝土结构用钢（四）钢绞线

1.由７根直径为2.5～5.0㎜的高强度钢丝，铰捻后经一定热处理清除内应力而制成。直径有9.0㎜、12.0㎜和15.0㎜，整根破坏负荷可达220kN，屈服负荷可达187kN。2、特性：强度高、柔性好、无接头，质量稳定，不需焊接。3、用途：大跨度桥梁、屋架、吊车梁、电杆、轨枕等预应力钢筋。

2.5.2钢筋混凝土结构用钢

1×7钢绞线截面图

1×3钢绞线截面图2.5.3钢结构用钢2.5.3钢结构用钢2.5.3钢结构用钢1.热轧型钢２.冷弯薄壁型钢３.棒材、钢管和板材2.5.3钢结构用钢2.5.3钢结构用钢2.5.3钢结构用钢2.5.3钢结构用钢2.5.3钢结构用钢2.5.3钢结构用钢2.5.3钢结构用钢2.5.3钢结构用钢2.5.3钢结构用钢2.5.3钢结构用钢2.5.3钢结构用钢2.6钢的腐蚀与防锈

1、化学腐蚀

由非电解质溶液或各种干燥气体（O2、CO2、SO3、Cl2、H2S）等所引起的纯化学腐蚀，多数是氧化作用，在钢材表面产生疏松的氧化物膜层。2、电化学腐蚀

钢材与电解质溶液接触后，由于发生电化学作用而引起的腐蚀。2.6.1钢的腐蚀电化学腐蚀过程阳极反应:Fe→Fe2＋+2e(1)阴极反应:O2+2H2O+4e-→4OH－(吸氧)(2)2H＋+2e→H2(放氢)(3)在介质水中：Fe2＋+2OH-→Fe(OH)2(4)进一步氧化：4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3(5)氢氧化铁部分脱水成为铁锈:2Fe(OH)3－H2O→Fe2O3·H2O(6)或Fe(OH)3－H2O→FeOOH(7)结论：混凝土有利于钢筋的防锈碱性环境对钢材锈蚀有何影响？华南地区某海港油气码头引桥使用仅8年，л型板梁底出现明显裂缝及钢筋锈蚀。而л型板却基本完好请讨论其原因。

案例分析码头л型板梁混凝土不同深度Cl-分布情况构件名称Cl-含量取样标高/m0～2cm2～4cm4～6cm6～8cm人