第7章建筑钢材课件

建筑材料与检测技术第七章建筑钢材学习目标了解钢的分类；掌握建筑钢材的主要技术性能，钢材冷加工、热处理的原理和应用；熟悉建筑工程常用钢材的品种与应用，能按照设计要求选用相应规格的钢材；理解建筑钢材的防火防腐原理及方法。建筑钢材是指建筑工程中所用的各种钢材，包括各种型钢（如角钢、工字钢、槽钢等）、钢板和钢筋混凝土中所用的各种钢筋和钢丝等。建筑钢材的特点：强度高，塑性好韧性好，能够承受冲击、振动等荷载可加工性能好焊接和铆接性能好

C型钢

H型钢钢管钢板钢丝钢筋钢绞线应用案例

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伦敦千年穹顶悉尼奥林匹克体育场一、钢材的分类

按化学成分分类钢材碳素钢合金钢低碳钢中碳钢高碳钢低合金钢中合金钢高合金钢按冶炼时脱氧程度分类按用途分类镇静钢半镇静钢沸腾钢特殊镇静钢结构用钢；工具钢；特殊性能钢

二、钢材的主要性能建筑钢材的力学性能拉伸性能冲击韧性硬度建筑钢材的工艺性能冷弯性能可焊性能 （1）低碳钢的拉伸性能拉伸性能是建筑钢材最重要的性能，通过对钢材进行张拉试验测得屈服强度、抗拉强度和伸长率三个重要技术指标。低碳钢的应力-应变图（σ—ε图）低碳钢受拉经历弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段。1、拉伸性能低碳钢拉伸应力-应变图

弹性阶段（OA）钢材主要表现为弹性；应力和应变的比值称为弹性模量，即E=σ/ε；A点的应力称为比例极限，用σp表示屈服阶段（AB）钢材产生明显的塑性变形；下屈服点的应力为钢材的屈服强度，用σs表示屈服强度是结构设计中钢材强度取值的依据。

强化阶段（BC）

应变随应力的增加而增加。C点的应力称为强度极限或抗拉强度，用σb表示；屈强比σs/σb在工程中的意义此值越小，表明结构的可靠性越高，防止结构破坏的潜力越大；但此值太小时，钢材强度的有效利用率低，造成钢材的浪费。合理的屈强比一般在0.60～0.75之间。颈缩阶段（CD）

钢材变形速度明显加快，在试件的某一部位，截面急剧缩小，出现颈缩现象，钢材将在此处断裂拉断后标距部分的长度Ll，标距的伸长值与原始标距L0的百分率称为伸长率。即

式中：L1——试件断裂后标距的长度，mm；L0——试件的原标距（L0=5d0或L0=10d0），mm；δ——伸长率（L0=5d0时，为δ5；L0=10d0时，为δ10）伸长率是衡量钢材塑性的重要指标，δ越大，则钢材的塑性越好。对于同一种钢材，δ5＞δ10（2）高碳钢的拉伸性能

高碳钢的拉伸过程，无明显的屈服阶段，通常以条件屈服点σ0.2代替其屈服点。条件屈服点是使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。2、冲击韧性冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力标准规定是以刻槽的标准试件，在冲击试验的摆锤冲击下，以破坏后缺口处单位面积上所消耗的功来表示，符号αk，单位J，αk越大，冲断试件消耗的能量越多，说明钢材的韧性越好。钢材的冲击韧性与钢的化学成分；冶炼与加工有关；还受温度和时间的影响。冲击韧性试验图(a)试件尺寸；(b)试验装置；(c)试验机

（a）试件装置；(b)V型缺口试件常温下，随温度的降低，冲击韧性降低的很小，此时破坏的钢件断口呈韧性断裂状；当温度降至某一温度范围时，αk突然发生明显下降，钢材开始呈脆性断裂，这种性质称为冷脆性，发生冷脆性时的温度称为脆性临界温度。在北方严寒地区选用钢材时，必须对钢材的冷脆性进行评定，此时选用的钢材的脆性临界温度应比环境最低温度低些。3、硬度钢材的硬度是指其表面抵抗硬物压入产生塑性变形的能力，是衡量钢材软硬程度的一个指标。测定钢材硬度的方法很多,有布氏法、洛氏法和维氏法等,建筑钢材常用硬度指标为布氏硬度值,其代号为HB。布氏法是在布氏硬度试验机上测定。将直径为D的淬火硬钢球在一定荷载作用下压入被测钢件光滑的表面，持续一定时间后卸去荷载，测量被压钢件表面上压痕直径d，所加荷载P与压痕表面积A之比，即为布氏硬度。硬度值越大表示钢材越硬，抗拉强度越高。布氏硬度测定示意图4、冷弯性能

以弯曲角度α、弯心直径d与钢材厚度（或直径）a的比值d/a来表示弯曲的程度。在常温下，以规定弯心直径和弯曲角度（90°或180°）对钢材进行弯曲，在弯曲处外表面即受拉区或侧面无裂纹、起层、鳞落或断裂等现象，则钢材冷弯合格。如有一种及以上的现象出现，则钢材的冷弯性能不合格。

（a）安装试件(b)弯曲180°(c)弯曲90°钢材冷弯试验示意图冷弯试验是对钢材塑性更严格的检验，有利于暴露钢材内部存在的缺陷；同时在焊接时，局部脆性及焊接接头质量的缺陷也可通过冷弯试验而发现。因此钢材的冷弯性能也是评定焊接质量的重要指标。钢材的冷弯性能必须合格。5、可焊性能可焊性是指钢材适应一定焊接工艺的能力可焊性好的钢材在一定的工艺条件下，焊缝及附近过热区不会产生裂缝及硬脆倾向，焊接后的力学性能如强度不会低于原材可焊性主要受化学成分及含量的影响。焊接结构应选择含碳量较低的镇静钢。当采用高碳钢及合金钢时，为了改善焊接后的硬脆性，焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。三、钢材的热处理与冷加工1、热处理热处理是将钢材按一定温度加热、保温和冷却，以获得所需性能的一种工艺。热处理的方法有退火、正火、淬火和回火。2、冷加工强化及时效处理 冷加工钢材在常温下，以超过其屈服点但不超过抗拉强度的应力对其进行的加工。常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等。对钢材进行冷加工的目的：利用时效提高强度，利用塑性节约钢材，同时达到调直和除锈目的。工地或预制厂钢筋混凝土施工中利用这一原理，对钢筋或低碳钢盘条按一定规程进行冷拉或冷拔加工。时效钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性降低的现象称为时效。分为自然时效和人工时效两种。经过时效处理后的钢材，其屈服强度、抗拉强度及硬度都将提高，而塑性和韧性降低。自然时效是将其冷加工后，在常温下放置15～20d；人工时效是将冷加工后的钢材加热至100～200℃保持2h以上。钢筋经冷拉时效后应力-应变图的变化

四、建筑钢材的技术标准与选用1、钢结构用钢（1）碳素结构钢在各类钢种中其产量最大，用途最广。主要轧制成型材、异型型钢和钢板。用于厂房、桥梁、船舶、建筑及工程结构。 现行国家标准《碳素结构钢》（GB/T800—2006）具体规定了它的牌号表示方法和符号、技术要求、试验方法、检验规则等。1）碳素结构钢牌号的表示方法由代表屈服强度的字母、屈服强度数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四部分按顺序组成。碳素结构钢分为Q195、Q215、Q235和Q275四个牌号。2）符号Q—屈服强度“屈”字汉语拼音首位字母A、B、C、D—分别为质量等级F—沸腾钢“沸”字汉语拼音首位字母Z—镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母TZ—特殊镇静钢“特镇”汉语拼音首位字母例如：Q235AF表示屈服强度为235N/mm2的A级沸腾钢Q235C表示屈服强度为235N/mm2的C级镇静钢3）碳素钢的技术要求包括化学成分、冶炼方法、交货状态、力学性能及表面质量五个方面。钢的牌号和化学成分应符合标准规定钢材的拉伸和冲击试验结果应符合规定弯曲试验结果应符合规定4）选用碳素结构钢随牌号的增大，含碳量增加，强度和硬度相应提高，但塑性与韧性降低，冷弯性能变差，同时可焊性能也降低。建筑工程中应用最广泛的是Q235号钢，具有较高强度，良好的塑性及可焊性，综合性能好，且成本较低。在钢结构中主要使用Q235钢轧制各种型钢、钢板。其中C、D级可用于重要的焊接结构。（2）低合金高强度结构钢

在碳素结构钢的基础上，加入少量的一种或几种合金元素（总含量小于5％）的一种结构钢。其目的是为了提高钢的屈服强度、抗拉强度、耐磨性、耐腐蚀性等。它是一种综合性能较为理想的建筑用钢，尤其在大跨度、承受振动荷载和冲击荷载的结构中更为适用。与碳素结构钢相比，可节约钢材20％～30％，而成本并不很高。1)牌号表示方法

《低合金高强度结构钢》（GB1591-1994）低合金高强度结构钢共有5个牌号，由代表屈服强度的字母Q、屈服强度的数值和质量等级符号三部分组成。按屈服强度的大小分为Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个不同强度等级。各强度等级中又可分为A、B、C、D、E五个不同的质量等级例如：Q295A表示屈服强度为295MPa质量为A级的钢2)技术要求及选用

低合金结构钢的化学成分符合标准规定低合金结构钢的力学性质符合标准规定在钢结构中常采用低合金结构钢轧制型钢、钢板，用来建造大跨度桥梁、高层建筑及大柱网结构。在预应力钢筋混凝土结构中，常用于轧制型钢、钢板、钢管、钢筋等。2、钢筋混凝土结构用钢材钢筋混凝土结构用的钢筋和钢丝，主要由碳素结构钢或低合金结构钢轧制而成。主要品种有热轧钢筋、冷加工钢筋、预应力混凝土用钢丝和钢绞线。按直条或盘条（也称盘圆）供货。（1）热轧钢筋用加热钢坯轧成的条形成品钢筋，称为热轧钢筋，主要用于钢筋混凝土和预应力混凝土结构的配筋。热轧钢筋按外形可分为光圆钢筋和带肋钢筋两大类。1)热轧光圆钢筋是经热轧成型，横截面为圆形，表面光滑的成品钢筋。《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》（GB14991.1—2008）钢筋按屈服强度特征值分为235、300级。钢筋的公称直径范围为6mm-22mm，推荐的钢筋公称直径为6mm、8mm、10mm、12mm、16mm、20mm各牌号钢筋的化学成分符合标准规定力学与工艺性能应符合标准规定钢筋的分级和牌号产品名称牌号牌号构成英文字母含义热轧光圆钢筋HPB235由HPB+屈服强度特征值构成HPB-热轧光圆钢筋的英文(hotrolledplainbars)缩写HPB300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，使用范围很广，用作中、小型钢筋混凝土结构的主要受力筋及构造筋。热轧光圆钢筋的力学性能和工艺性能牌号屈服强度(Mpa)抗拉强度(Mpa)断后伸长率（%）最大力总伸长率（%）冷弯试验180ºd-弯心直径a-钢筋公称直径不小于d=aHPB23523537025.010.0HPB3003004202)热轧带肋钢筋横截面为圆形，表面带肋的混凝土结构用钢材月牙肋钢筋生产简便、强度高，应力集中敏感性小、疲劳性能好，与混凝土的粘结力大，共同工作性更好。钢筋的公称直径范围为6mm-50mm，推荐的钢筋公称直径为6mm、8mm、10mm、12mm、16mm、20mm、25mm、32mm、40mm、50mm。热轧带肋钢筋表面形状示意图d-钢筋内径α-横肋斜角h-横肋高度β-横肋与轴线夹角h1-纵肋高度a-纵肋顶宽l-横肋间距b-横肋顶宽国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB14991.2—2007）钢筋按屈服强度特征值分为335、400、500级钢筋的化学成分和碳当量应符合标准规定力学与工艺性能应符合标准规定钢筋的分级和牌号类别牌号牌号构成英文字母含义普通热轧钢筋HRB335由HRB+屈服强度特征值构成HRB-热轧带肋钢筋的英文(hotrolledRibbedbars)缩写HRB400HRB500细晶粒热轧钢筋HRBF335由HRBF+屈服强度特征值构成HRBF-热轧带肋钢筋的英文缩后加“细”的英文（Fine）首位字母HRBF400HRBF500热轧带肋钢筋的力学性能牌号屈服强度(Mpa)抗拉强度(Mpa)断后伸长率(%)最大力总伸长率(%)不小于HRB335HRBF335335455177.5HRB400HRBF33540054016HRB500HRBF50050063015335级和400级钢筋强度较高，塑性和焊接性能也较好，用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋，也可用于预应力混凝土;500级钢筋强度高，但塑性和焊接性能较差，在建筑工程中主要用于大型预应力混凝土结构。(2)预应力混凝土用热处理钢筋用热轧螺纹钢筋经淬火和回火处理而成的钢筋热处理钢筋按外形分有纵肋和无纵肋两种，但都有横肋，代号为RB150。有40Si2Mn、48Si2Mn及45Si2Cr三个牌号公称直径mm牌号屈服强度N/mm2抗拉强度N/mm2伸长率δ10%不小于640Si2Mn1325147068.248Si2Mn1045Si2Cr

热处理钢筋的力学性能（GB4463-1984）热处理钢筋按成盘供应，使用时开盘钢筋自行伸直，不允许焊接和电弧切断，以免强度下降或脆断。热处理钢筋具有强度高、韧性好、配筋根数少、与混凝土粘结性能好、施工方便等优点，主要用于预应力钢筋混凝土轨枕、板、梁等标记示例：公称直径8.2mm的热处理钢筋标记为：RB150-8.2-GB4463-84(3)预应力混凝土用钢丝、钢绞线

1)预应力混凝土用钢丝

由优质碳素结构钢制成按加工状态分冷拉钢丝（代号WCD）消除应力钢丝普通松弛级钢丝（代号WNR）低松弛级钢丝（代号WLR）光圆钢丝（代号P）螺旋肋钢丝（代号H）刻痕钢丝（代号I）钢丝按外形分两面刻痕钢丝外形示意图三面刻痕钢丝外形示意图螺旋肋钢丝外形示意图产品标记：预应力钢丝;公称直径；抗拉强度等级；加工状态代号；外形代号；标准号标记示例：直径为4.00mm，抗拉强度为1670Mpa冷拉光圆钢丝.其标记为：预应力钢丝4.00-1670-WCD-P-GB/T5223-2002钢丝的力学性能应符合标准《预应力混凝土用钢丝》（GB/T5223-2002）的规定预应力混凝土钢丝主要用于大跨度的屋架及薄腹梁、吊车梁、桥梁等大型预应力混凝土构件中。2)钢绞线

钢绞线是由多根圆形断面钢丝机械捻合而成，然后经消除应力回火或稳定化处理，卷成盘。钢绞线按结构可分为5类：两根钢丝捻制的钢绞线，代号1×2三根钢丝捻制的钢绞线，代号1×3；三根刻痕钢丝捻制的钢绞线，代号1×3I；7根钢丝捻制的标准型钢绞线，代号1×7；7根刻痕钢丝捻制的模拔型钢绞线，代号（1×7）C钢绞线的力学性能应符合标准《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003）的规定钢绞线无接头、柔性好、强度高，主要用于大跨度、大负荷的桥梁、屋架、吊车梁等的曲线配筋及预应力钢筋（4）冷加工钢筋

1)冷轧带肋钢筋是由热轧圆盘条经冷轧后，在其表面冷轧成三面或二面有横肋的钢筋冷轧带肋钢筋的牌号：由CRB和钢筋的抗拉强度最小值构成，分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970四个牌号CRB550钢筋的公称直径范围为4mm～12mmCRB650及以上牌号钢筋的公称直径为4、5、6mm冷轧带肋钢筋的力学性能及工艺性能应符合国准《冷轧带肋钢筋》（GB13788—2008）规定。冷轧带肋钢筋具有强度高、塑性好、与混凝土粘结牢固，节约钢材、质量稳定等优点。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。CRB550为普通钢筋混凝土用钢筋，其他牌号为预应力混凝土用钢筋。2)冷轧扭钢筋是采用低碳钢热轧圆盘条经专用钢筋冷轧扭机调直、冷轧并冷扭一次成型，具有规定截面形状和节距的连续螺旋状钢筋冷轧扭钢筋按截面形状分为两种类型：Ⅰ型（矩形截面）Ⅱ型（菱形截面）代号LZN冷轧扭钢筋的型号标记由产品名称的代号、特性代号、主参数代号和改型代号四部分组成。冷轧扭钢筋适用于钢筋混凝土构件。力学性能和工艺性能应符合《冷轧扭钢筋》（JG3046-1998）规定冷轧扭钢筋与混凝土的握裹力与其螺距大小有关。冷轧扭钢筋在拉伸时无明显屈服台阶，为安全起见，其抗拉设计强度采用0.8σb.1、钢材的锈蚀是指钢材表面与周围介质发生化学作用或电化学作用而遭到的破坏。锈蚀会使钢材截面减少，降低承载力，造成应力集中，导致结构易破坏。若受到冲击荷载、交变荷载作用，将使疲劳强度降低，甚至出现脆性断裂。钢材的锈蚀可分为化学锈蚀和电化学锈蚀两种（1）化学锈蚀 （2）电化学锈蚀

五、钢材的锈蚀与防止2、防止钢材锈蚀的措施钢材的锈蚀既有内因(材质)、又有外因（环境介质），因此防止或减少钢材的锈蚀可以从改变钢材本身材质、隔离环境中侵蚀性介质或改变钢材表面状况三方面入手。钢材不会燃烧，但是钢材是不耐火的，它的力学性能，如屈服强度、抗拉强度及弹性模量等会因温度的升高而急剧下降。钢结构通常在450℃～650℃温度中就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结果因过大的形变而不能继续使用防火保护措施：采用绝热、耐火材料阻隔火焰直接灼烧钢结构，降低热量传递的速度推迟钢结构升温、强度变弱的时间等。1、隔热法2、喷涂法六、钢材的防火保护建筑钢材的保管和储存1.选择适宜的存放场所2.保持库房干燥通风3.合理码垛4.保持料场清洁5.加强防护措施6.加强计划管理七、建筑钢材的保管（1）钢的种类。了解钢有哪些分类方法。（2）建筑钢材的技术性能包括拉伸性能、冲击韧性、硬度、冷弯性能和焊接性能等，前三项为力学性能，后两项为工艺性能。建筑钢材的屈服点是结构设计中强度取值的依据，屈强比是衡量钢材利用率和安全可靠程度的指标，钢材伸长率则反映了其塑性变形的能力。（3）钢材的冷加工和时效可直接提高钢材的屈服强度和抗拉强度，但塑性和韧性有所降低，对节约钢材