建筑金属材料ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第2章 建筑金属材料,土木工程材料,第2章 建筑金属材料土木工程材料,1,基础知识,2.3 钢材的组成结构及对性能的影响,2.3.1,钢材的晶体结构,2.3.2,钢材的基本晶体组织,2.3.3,钢材的成分对性能的影响,第2章 建筑金属材料,基础知识2.3 钢材的组成结构及对性能的影响 2.3.1 钢,2,2.3.1,钢材的晶体结构,钢材和一切金属材料一样，也为晶体结构，它是铁,-,碳合金晶体，钢的晶格有两种构架，即,体心立方晶格,和,面心立方晶格,。,第2章 建筑金属材料,2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响,体心立方晶格,是原子排列在一个正六面体的中心和各个顶点而构成的空间格子；,面心立方体晶格,是原子排列在一个正六面体的各个顶点和六个面的中心而构成的空间格子。,2.3.1 钢材的晶体结构 钢材和一切金属材料一样，,3,第2章 建筑金属材料,2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响,其晶体结构中，各个原子以,金属键,相互结合在一起，这种结合方式就决定了钢材具有,很高的强度和良好的塑性,。,钢材的晶格并不都是完好无缺地规则排列，而是存在许多,缺陷,，它们将显著地影响钢材的性能，这是,钢材的实际强度远比理论强度小,的根本原因。,其主要的缺陷有三种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。,液态铁, Fe Fe Fe,体心立方 面心立方 体心立方,1390以上,910, ,1390,910以下,碳素钢从,液态,变成,固态,晶体结构时，随着温度的降低，其晶格要发生两次转变。,第2章 建筑金属材料 2.3 钢材的组成结构及其对性能的,4,2.3.2,钢材的基本晶体组织,钢是以铁（,Fe,）为主的,Fe-C,合金。,Fe-C合金于一定条件下能形成具有一定形态的聚合体,，称为,钢的组织,，在显微镜下能观察到它们的微观形貌图像,(,见下图,),，故也称显微组织。主要有,铁素体,、,渗碳体,、,珠光体,和,奥氏体,。,片状珠光体（,1000,倍）,针状和块状铁素体（100倍）,第2章 建筑金属材料,2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响,2.3.2 钢材的基本晶体组织 钢是以铁（Fe）为主的,5,铁素体的晶体组织,钢材的晶体组织,珠光体的晶体组织,铁素体和珠光体,珠光体与渗碳体,球状珠光体,铁素体的晶体组织钢材的晶体组织珠光体的晶体组织铁素体和珠光体,6,钢的基本晶体组织,第2章 建筑金属材料,2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响,名称,含碳量/%,结构特征,性能,铁素体,0.02,碳在,Fe 中的固溶体,塑性、韧性好；但强度、硬度低,奥氏体,0.8,碳在,Fe 中的固溶体,强度、硬度不高，但塑性好,渗碳体,6.67,铁和碳的化合物,Fe,3,C,抗拉强度低，塑性差，性硬脆，耐磨,珠光体,0.8,铁素体和渗碳体的机械混合物,塑性较好，强度和硬度较高,钢的基本晶体组织第2章 建筑金属材料 2.3 钢材的组成,7,2.3.3,钢材的成分对性能的影响,除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中引入一些其他元素。钢材的成分对性能有重要影响。这些成分可分为两类：,第2章 建筑金属材料,2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响,一类能,改善优化,钢材的性能称为,合金元素,，主要有,Si,、,Mn,、,Ti,、,V,、,Nb,等；,另一类能,劣化,钢材的性能，属钢材的,杂质,，主要有氧、硫、氮、磷等。,2.3.3 钢材的成分对性能的影响 除铁、碳外，钢材,8,观察与讨论,(1),碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响,(2),钢材的晶体结构与性能,第2章 建筑金属材料 ,2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响,观察与讨论(1) 碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响 (2),9,(1),碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响,下图是碳素钢基本组织相对含量与含碳量的关系,。请分析低碳钢、中碳钢和高碳钢随着含碳量的增加，其基本组织及性能如何变化。,铁碳合金的含碳量与晶体组织及性能之间的关系,第2章 建筑金属材料,2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响,(1) 碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响 下图,10,讨论,(1),碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响,建筑钢材的含碳量不大于,0.8,，,即基本组织为铁素体和珠光体。从图可见，随含碳量增加，珠光体含量增加，而铁素体则相应减少。故高碳钢的强度较高，而塑性、韧性相应较低。,第2章 建筑金属材料,2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响,讨论(1) 碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响 建筑,11,(2),钢材的晶体结构与性能,请观察下图，讨论钢材的实际强度与理论强度的关系。,第2章 建筑金属材料,2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响,(2) 钢材的晶体结构与性能 请观察下图，讨论钢材的实,12,讨论,(2),钢材的晶体结构与性能,钢材晶格中，有些平面上的原子较密集，结合力较强。而面与面之间，则由于原子间距离较大，结合力较弱。在外力作用下，晶格容易沿原子密集面产生相对滑移，故建筑钢材塑性变形较大。,从上面的动画可见，钢材的晶格存在许多缺陷，如点缺陷、线缺陷及面缺陷，由于这些缺陷的存在，使晶格受力滑移时，不是理论上的整个滑移面上全部原子一起移动，只是缺陷处局部移动，故实际强度低于理论强度。,第2章 建筑金属材料,2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响,讨论(2) 钢材的晶体结构与性能 钢材晶格中，有些平,13,工程实例分析,钢结构倒塌,现象,苏联某钢铁厂仓库运输廊道为钢结构，于某日倒塌。经检查可知：杆件发生断裂的位置在应力集中处节点附近的整块母材上，桁架腹板和弦杆的焊接接头均未破坏；全部断口和拉断处都很新鲜,未发黑、无锈迹。所用钢材为苏联国家标准,CT,3,号沸腾钢。,第2章 建筑金属材料,2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响,工程实例分析钢结构倒塌 现象 苏联某钢铁厂仓库运输廊道,14,原因分析,切取母材作化学成分分析可知：其碳、硫含量均超过苏联国家标准焊接结构所用,CT,3,号沸腾钢的碳硫含量规定。其中,55,的沸腾钢中碳平均含量超过,0.22,的标准规定，破坏发生部位附近含量达,0.38,；,32,的试样硫含量超过,0.055,的标准规定，在折断部位达,0.1,。,碳对钢的性能有重要的影响。碳含量增加，钢强度、硬度增高，而塑性和韧性降低，且增大钢的冷脆性，降低可焊性。而硫多数以,FeS,形成存在，是强度较低、较脆的夹杂物，受力易引起应力集中，降低钢的强度及疲劳强度，且对热加工和焊接不利，偏析亦严重。由于此钢材不宜焊接，且使用的环境温度较低，这是导致工程质量事故的主要原因。,第2章 建筑金属材料,2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响,原因分析 切取母材作化学成分分析可知：其碳、硫含量均超,15,基础知识,2.4 钢材的强化与加工,2.4.1,冷加工强化,2.4.2,时效处理,2.4.3,热处理,第2章 建筑金属材料,基础知识2.4 钢材的强化与加工 2.4.1 冷加工强化2.,16,2.4.1,冷加工强化,将钢材于常温下进行,冷拉,、,冷拔,或,冷轧,使其产生塑性变形，从而提高,屈服强度,，降低塑性韧性，这个过程称为冷加工强化处理。,第2章 建筑金属材料,2.4 钢材的强化与加工,将热轧钢筋用拉伸设备在常温下拉长，使之产生一定的塑性变形称之为冷拉。,钢材用拉伸设备拉伸后能提高强度,屈服点可提高20%-25%。,冷拉,2.4.1 冷加工强化 将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或,17,第2章 建筑金属材料,2.4 钢材的强化与加工,将钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔，使之不仅受拉、而且受挤压以提高强度。每次冷拔断面缩小应为10%以下，可多次冷拔,在这个过程中，屈服强度可提高40-60%，效果好于冷拉。,冷拔,F,冷拉示意图,第2章 建筑金属材料 2.4 钢材的强化与加工将钢筋通过,18,第2章 建筑金属材料,2.4 钢材的强化与加工,将圆钢在冷轧机上轧成断面形状规则的钢筋，可提高其强度与混凝土的粘结力。,冷轧,冷加工强化,在土木工程中的应用:,土木工程中大量使用的钢筋采用冷加工强化具有,明显的经济效益。,减小钢筋混凝土结构设计截面,减小混凝土中配筋数量,节约建筑材料,第2章 建筑金属材料 2.4 钢材的强化与加工将圆钢在冷,19,2.4.2,时效处理,将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放,15,20 d,，或加热至,100,200,后保持一定时间（,2,3h,），其,屈服强度,进一步提高，且,抗拉强度,也提高，同时,塑性和韧性,也进一步降低，,弹性模量,则基本恢复。这个过程称为,时效处理,。,第2章 建筑金属材料,2.4 钢材的强化与加工,时效处理方法有两种：,1、,自然时效,：在常温下存放,15,20d,，适合用于低强度钢筋；2、,人工时效,：加热至,100,200,后保持一定时间（,2,3h,），适合于高强钢筋。,2.4.2 时效处理 将冷加工处理后的钢筋，在常温下存,20,观察与讨论,冷加工强化与时效处理的意义,请观察下图钢筋的应力- -,应变曲线，并讨论冷加工强化与时效处理的意义。,钢筋冷拉时效后应力,-,应变图的变化,第2章 建筑金属材料,2.4 钢材的强化与加工,观察与讨论冷加工强化与时效处理的意义 请观察下图,21,讨论,从上图可见,，将钢筋冷拉至强化阶段的,K,点，然后卸荷，则产生塑性变形，若立即受拉，钢筋的应力,-,应变曲线将沿,OKCD,发展至破坏。这时，钢筋在原来屈服阶段不再出现屈服现象，屈服点由,B,点提高到,K,点，但抗拉强度基本不变，塑性和韧性降低，弹性模量降低。冷加工强化的原因是冷拉至,K,点时，塑性变形造成滑移面内晶格歪扭，畸变加剧，阻碍了进一步滑移，提高了抵抗变形的能力。同时，由于塑性变形中产生的内应力，使钢材弹性模量降低。,第2章 建筑金属材料,2.4 钢材的强化与加工,讨论 从上图可见，将钢筋冷拉至强化阶段的K点，然后卸荷,22,2.4.3,热处理,热处理是将钢材按规定的温度，进行,加热,、,保温,和,冷却,处理，以改变其晶格组织，得到所需要的性能的一种工艺。,第2章 建筑金属材料,2.4 钢材的强化与加工,热处理包括,淬火,、,回火,、,退火,和,正火,。,2.4.3 热处理 热处理是将钢材按规定的温度，进行加,23,第2章 建筑金属材料,2.4 钢材的强化与加工,淬火,将钢材加热至基本组织改变温度以上，保温使其基本,组织转变为奥氏体，然后投入水或矿物油中急冷，使,晶粒细化，,强度和硬度增加，塑性和韧性明显下降,。,回火,将比较硬脆，存在内应力的钢，再加热至基本组织改,变温度以下（150650），保温后按一定制度冷却,至室温的热处理方法。回火后的钢材，,内应力消除,，,硬度降低，塑性和韧性得到改善,。,第2章 建筑金属材料 2.4 钢材的强化与加工淬火将钢,24,第2章 建筑金属材料,2.4 钢材的强化与加工,退火,将钢材加热至基本组织转变温度以下（低温退火）或,以上（完全退火），适当保温后缓慢冷却，以,消除内,应力,，,减少缺陷和晶格畸变,，使钢的,塑性和韧性得到,改善,。,正火,将钢件加热至基本组织改变温度以上，然后在空气中,冷却，使晶格细化，钢的,强度提高而塑性有所降低,。,第2章 建筑金属材料 2.4 钢材的强化与加工退火将钢,25,第2章 建筑金属材料,2.4 钢材的强化与加工,退火、正火、淬火和回火有何差别？,温度,727,C,保温处理,回火,淬火,正火,退火,时间,钢材的热处理工艺,保温处理,第2章 建筑金属材料 2.4 钢材的强化与加工退火、正火,26,工程实例分析,钢结构吊车梁发现裂纹,现象,某厂气轮车间吊车梁为钢结构，建成后质量检查发现有许多裂纹。分布于上、下翼缘最多，腹板处较少；裂纹深度经铲后，用深度计复测，大多数的深度为,1,2 mm,，少量纹深达,3 mm,。此批构件钢材杂质含量远低于国家标准规定；环境温度正常；工程尚未使用；构件运输安装过程未被撞击；裂纹部位远离焊接影响区。,第2章 建筑金属材料,2.4 钢材的强化与加工,工程实例分析钢结构吊车梁发现裂纹 现象 某厂气轮车间吊,27,原因分析,经研究获悉：在生产钢材时，由于片面追求速度，铸钢时刚浇好的钢锭仅冷却至,400,500,就拆模，未检查与清理即送至升温轧钢，轧制时钢板温度还在,300,以上，就送去结构加工厂下料制作，钢板冷却至,50,左右时，已有裂纹。即钢锭温差过大，导致钢材表面存在大量微裂纹，经加热轧压，裂纹不能闭合消失；由于钢锭是多边形，故所轧制的钢板上下两面有裂纹。而加劲板为另外采购的钢板，故未发现裂纹。,第2章 建筑金属材料,2.4 钢材的强化与加工,原因分析 经研究获悉：在生产钢材时，由于片面追求速度，,28,基础知识,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,2.5.1,建筑常用钢种,2.5.2,钢结构用钢,2.5.3,混凝土结构用钢,2.5.4,铝合金,第2章 建筑金属材料,基础知识2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用 2.5.1,29,2.5.1,建筑常用钢种,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,1.,碳素结构钢,2.,优质碳素结构钢,3.,低合金高强度,结构钢,2.5.1 建筑常用钢种第2章 建筑金属材料 2.5 土,30,1.,碳素结构钢,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,碳素结构钢按照屈服强度分为Q195、Q215、Q235和Q275四个牌号；,每个牌号又根据硫、磷等杂质含量由多到少分为A、B、C、D四个质量等级。,（1）牌号及其表示方法：,例如：Q235-A,F，表示屈服强度为235MPa，A级沸腾（F）碳素结构钢。,牌号的顺序：,屈服强度字母Q,屈服强度数值,质量等级,（A、B、C、D）、,脱氧程度符号,（F、b、Z、TZ）。,1. 碳素结构钢第2章 建筑金属材料 2.5 土木工程常,31,碳素结构钢的化学成分、力学性能、冷弯性能见表2-32-5。,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,（2）碳素结构钢技术性能与应用,钢牌号与性能的关系：,钢牌号越大，钢的含碳量增加，强度与硬度增高，塑性和韧性降低，可焊性变差。,碳素结构钢的化学成分、力学性能、冷弯性能见表2-32-5。,32,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。,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,（3）选用原则,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。,Q235,A,使用于承受静载作用的钢结构；,Q235,B,可用于承受动载焊接的普通钢结构；,Q235,C,可用于承受动载焊接的重要钢结构；,Q235,D,可用于低温承受动荷载焊接的钢结构。,Q275强度较高，塑性和韧性较差，主要用于机械零件等,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,33,2.,优质碳素结构钢,优质碳素结构钢根据锰含量的不同可分为,普通锰含量钢,和,较高锰含量钢,两组。,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,(1)钢的牌号,表示方法：,以平均含碳量（代表平均含碳量的万分数）、脱氧,程度代号组合而成。如含锰量较高时，在牌号后加注（Mn）。,如：牌号为“10F”的优质碳素结构钢,表示平均含碳量为0.10%的沸腾钢。,“45Mn”号钢：,表示平均含碳量为0.45%，较高含锰量的镇静钢。,2. 优质碳素结构钢 优质碳素结构钢根据锰含量的不同可分为普,34,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,建筑工程中：,3045号钢,，用于重要结构的钢铸件和高强度螺栓；,6580号钢,，用于制作钢丝、刻痕钢丝和钢绞线等。,(2),优质碳素结构钢的,选用：,第2章 建筑金属材料 2.5 土木工程常用金属材料的性质,35,3.,低合金高强度结构钢,低合金高强度结构钢是一种在碳素钢的基础上添加总量,小于,5,的合金元素的钢材。,特点,：强度高,，塑性和低温冲击韧性好、耐锈蚀。,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,(1)牌号：,用Q+屈服强度值+质量等级表示。,屈服点等级：,Q295、Q345、Q390、Q420、Q460；,质量等级：,A、B、C、D、E,3. 低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢是一种在碳素钢的,36,(2)应用：,低合金高强度结构钢主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋；,广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中；,特别适用于各种重型结构、高层结构、大跨度结构及桥梁工程等。,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,(2)应用：第2章 建筑金属材料 2.5 土木工程常用金,37,2.5.2,钢结构用钢,钢结构用钢主要是热轧成形的,钢板,和,型钢,等；,薄壁轻型钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢和小角钢；,钢材所用的母材主要是,普通碳素结构钢,及,低合金高强度结构钢,。,钢结构用钢有,热轧型钢,、,冷弯薄壁型钢,、,棒材,、,钢管,和,板材,。,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,2.5.2 钢结构用钢 钢结构用钢主要是热轧成形的钢板和型钢,38,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,1.热轧型钢,钢结构常用的型钢有：工字钢、H型钢、槽钢、等边角钢、不等边型钢等。,型钢由于截面形式合理，材料在截面上分布对受力最为有利，所以它是钢结构中采用的主要钢材。,第2章 建筑金属材料 2.5 土木工程常用金属材料的性质,39,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,t,2,t,1,H,B,t,1,h,t,2,H,型钢的规格标记采用：,高度H宽度B腹板宽度,t,1,翼缘厚度,t,2,例如：,H340,250 9 14,T,型钢的规格标记采用：,高度H,宽度,B,腹板宽度,t,1,翼缘厚度,t,2,例如：,T,248,199 9 14,第2章 建筑金属材料 2.5 土木工程常用金属材料的性质,40,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,2.冷弯薄壁型钢,（1）结构用冷弯空心型钢,方形,空心型钢（代号F),矩形,空心型钢,（代号J),（2）通用冷弯开口型钢,按形状分为8种：,冷弯等边角钢、冷弯不等边角钢、冷弯等边槽钢、冷弯不等边槽钢、冷弯内卷边槽钢、冷弯外卷边槽钢、冷弯Z形钢、冷弯卷边Z形钢。,第2章 建筑金属材料 2.5 土木工程常用金属材料的性质,41,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,3.棒材、钢管和板材,（1）棒材,常用的棒材有六角钢、八角钢、扁钢、圆钢和方钢。,六角钢、八角钢：,规格以“对边距离”表示。,建筑钢结构的螺栓用此种钢作为坯材。,热轧扁钢：,规格以“厚度,宽度”表示。,建筑上，扁钢常用于房架构件、扶梯、桥梁、栅栏,第2章 建筑金属材料 2.5 土木工程常用金属材料的性质,42,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,3.棒材、钢管和板材,（2）钢管,钢结构中常用热轧无缝钢管和焊接钢管。,钢管在相同截面积下,刚度较大,，是中心受压杆件的理想截面；,流线型的表面使其承受风压小，因此用于高耸结构十分有利。,建筑结构上钢管多用作桁架、塔桅等构件，也可用作钢管混凝土。,第2章 建筑金属材料 2.5 土木工程常用金属材料的性质,43,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,3.棒材、钢管和板材,（3）板材,钢板材包括钢板、花纹钢板、建筑用压型钢板和彩色涂层钢板等。,压型钢板,第2章 建筑金属材料 2.5 土木工程常用金属材料的性质,44,2.5.3,混凝土结构用钢,混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。用钢筋增强混凝土，可大大扩展混凝土的应用范围，而混凝土又对钢筋起保护作用。,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,钢筋混凝土结构的钢筋，主要由,碳素结构钢,和,优质碳素钢制成,，包括热轧钢筋、冷轧扭钢筋和冷轧带肋钢筋、预应力混凝土用钢丝和钢绞线。,2.5.3 混凝土结构用钢 混凝土具有较高的抗压强度,45,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,1、热轧钢筋,热轧钢筋是建筑工程中用量最大的钢材品种之一，主要用于钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构的,配筋,。,热轧钢筋,光圆钢筋,带肋钢筋,月牙肋钢筋,等高肋钢筋,第2章 建筑金属材料 2.5 土木工程常用金属材料的性质,46,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,热轧光圆钢筋,牌号用HPB235及HPB300表示，是用Q235及Q300碳素结构钢轧制而成的光圆钢筋。,特点,：强度较低，塑性好，伸长率高，便于弯折成型，容易焊接。,普通热轧带肋钢筋,牌号用HRB牌号的屈服强度特征值构成，有HRB335、HRB400、HRB500三个牌号。,特点,：带肋钢筋加强了钢筋与混凝土之间的粘结力，可有效防止混凝土与配筋之间发生相对位移。,第2章 建筑金属材料 2.5 土木工程常用金属材料的性质,47,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,HRB335、HRB400,钢筋强度较高，塑性和可焊性较好。,广泛应用于大中型钢筋混凝土结构的主筋，经冷拉处理后也可作为预应力筋。,HRB500,钢筋由于加入了钒、钛等合金元素，在保证塑性韧性的同时，强度大大提高。,主要用做工程中的预应力钢筋。,第2章 建筑金属材料 2.5 土木工程常用金属材料的性质,48,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,2、冷轧扭钢筋,螺旋状外型大大提高了与混凝土的握裹力，无需加工（预应力或弯钩）可直接用于混凝土工程。,改善了构件受力性能，使混凝土构件具有承载力高、刚度好、破坏前有明显预兆等特点。,冷轧扭钢筋,第2章 建筑金属材料 2.5 土木工程常用金属材料的性质,49,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,3、冷轧带肋钢筋,冷轧带肋钢筋分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170五个牌号。,牌号,由,CRB,和,钢筋的抗拉强度最小值,构成。,应用：,CRB550为普通钢筋混凝土用钢筋，其他牌号为预应力钢筋混凝土钢筋。,直径：,CRB550的公称直径范围为412mm。CRB650及以上牌号钢筋的公称直径为4mm、5mm、6mm。,冷轧带肋钢筋,第2章 建筑金属材料 2.5 土木工程常用金属材料的性质,50,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,4、预应力混凝土用钢丝,钢丝的抗拉强度比钢筋混凝土用热轧光圆钢筋、热轧带肋钢筋高许多，在构件中采用预应力钢丝可收到节省钢材、减少构件截面和节省混凝土的效果。,应用：,主要用作桥梁、吊车梁、大跨度屋架等预应力钢筋混凝土构件中。,钢丝按照,外形,分为：,光圆钢丝（P）、螺旋肋钢丝（H）、刻痕钢丝（I）,第2章 建筑金属材料 2.5 土木工程常用金属材料的性质,51,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,5、钢绞线,根据钢丝的股数可分为12、13、17三种类型。其中1表示以一根钢丝为芯，2、3、7分别表示其周围围绕的钢丝数量为2、3、7根。,应用：,预应力钢绞线主要用于预应力混凝土配筋。,第2章 建筑金属材料 2.5 土木工程常用金属材料的性质,52,2.5.4,铝合金,纯铝在建筑上的应用较少，可加工成铝粉，用于加气混凝土的发气。也可作为防腐涂料用于铸铁、钢材等的防腐。,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,为提高铝的强度，在铝中可加入锰、镁、铜、硅、锌等制成各种铝合金，铝合金可被加工成各种铝合金门窗、龙骨、压型板、花纹板、管材、型材、棒材等。,2.5.4 铝合金 纯铝在建筑上的应用较少，可加工成,53,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,铝合金板,第2章 建筑金属材料 2.5 土木工程常用金属材料的性质,54,建筑金属材料ppt课件,55,观察与讨论,钢支架的钢材选用,华北某厂需焊接一座露天且需承受动荷载的钢支架,，该厂已有三种碳素结构钢，厚度均为,80 mm,，,Q235,抗拉强度已可满足设计要求。三种钢材的价格是,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用, Q235A,F,观察与讨论钢支架的钢材选用 华北某厂需焊接一座露天且需,56,钢支架的钢材选用,选,不当。,Q235AF,为沸腾钢，其内部杂质和夹杂物较多，化学成分和力学性能不均匀，抗冲击韧性特别是低温抗冲击韧性差，可焊性差，不宜用于承受动荷载的焊接钢结构。请再选。,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,钢支架的钢材选用 选不当。Q235AF为沸腾钢，其,57,钢支架的钢材选用,Q235Ab,为半沸腾钢，性能虽优于,Q235AF,，但焊接结构应保证碳的极限含量，而,Q235A,钢的含碳量是不作为交货条件的，一般不用于焊接结构。另外厚度较大的钢材，塑性、冲击韧性及焊接性能一般较差，选用厚度较大的焊接钢结构应选用材质较好的钢。,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,钢支架的钢材选用 Q235Ab为半沸腾钢，性能虽优于,58,钢支架的钢材选用,选择正确,。结构钢材的选用至少应具有屈服点、抗拉强度、伸长率三项机械性能和硫磷含量两项化学成分的合格保证，对焊接结构还应有含碳量的合格保证。对于较大型构件、直接承受动力荷载的结构，钢材应具有冷弯试验的合格保证。对于大、重型结构和直接承受动力荷载的结构，还需根据冬季工作湿度情况，选用的钢材需具有常温，低温冲击韧性的合格保证。,还需说明的是，低含量高强度结构钢由于合金元素的强化作用，不但有较多的强度，而且具有较好的塑性、韧性和可焊性。,Q345,钢及,Q390,钢的综合性能较好，是钢结构常用的钢。其价格虽稍高，但有更好的承受动荷载和耐疲劳性能，可节省钢材、减轻结构自重。大跨度、大型结构及承受动力荷载和冲击荷载的结构广泛采用低合金高强度结构钢。,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,钢支架的钢材选用 选择正确。结构钢材的选用至少应具有屈,59,工程实例分析,韩国汉城大桥倒塌,现象,1994,年,10,月,21日，韩国汉城汉江圣水大桥中段50m,长的桥体像刀切一样坠入江中，造成多人死亡。该桥由韩国最大的建筑公司之一的东亚建设产业公司于,1979,建成。,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,工程实例分析韩国汉城大桥倒塌 现象 1994年10月2,60,原因分析,韩国汉城大桥倒塌,事故原因调查团经五个多月的各种试验和研究，于次年,4,月,2,日提交了事故报告。事故原因主要有以下两方面：,a.,东亚建筑公司没有按图纸施工，在施工中偷工减料，利用疲劳性能很差的劣质钢材，这是事故的直接原因。,b.当时韩国缩短工期及汉城市政当局在交通管理上的疏漏也是大桥倒塌的主要原因,。设计负载限制为,32 t,，建成后交通流量逐年增加，超常负荷，倒塌时负载为,43.2 t,。,第2章 建筑金属材料,2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用,原因分析韩国汉城大桥倒塌 事故原因调查团经五个多月的,61,基础知识,2.6 钢材的腐蚀与防护,2.6.1,钢材的腐蚀,2.6.2,钢材的防护,第2章 建筑金属材料,基础知识2.6 钢材的腐蚀与防护 2.6.1 钢材的腐蚀 2,62,2.6.1,钢材的腐蚀,钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐蚀（锈蚀）。钢材腐蚀的现象普遍存在，如在大气中生锈，特别是当环境中有各种侵蚀性介质或湿度较大时，情况就更为严重。腐蚀不仅使钢材有效截面积均匀减小，还会产生局部锈坑，引起应力集中；腐蚀会显著降低钢的强度、塑性韧性等力学性能。根据钢材与环境介质的作用原理，腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。,第2章 建筑金属材料,2.6 钢材的腐蚀与防护,2.6.1 钢材的腐蚀 钢材表面与周围介质发生作用而,63,2.6.2,钢材的防护,1.,钢材的防腐,具体措施有采用耐候钢、金属覆盖、非金属覆盖和混凝土用钢筋的防锈。,2.,钢材的防火,钢结构防火保护的基本原理是采用绝热或吸热材料，阻隔火焰和热量，推迟钢结构的升温速率。防火方法以包覆法为主，即以防火涂料、不燃性板材或混凝土、砂浆将钢构件包裹起来。,第2章 建筑金属材料,2.6 钢材的腐蚀与防护,2.6.2 钢材的防护 1.钢材的防腐 具体措施有采,64,观察与讨论,板梁底出现裂缝,华南地区某海港油气码头引桥使用仅,8,年，,形,板梁底出现明显裂缝及钢筋锈蚀。而,型板却基本完好，请讨论其原因,。,型板梁底出现明显裂缝图,基本完好的,型板,第2章 建筑金属材料,2.6 钢材的腐蚀与防护,观察与讨论板梁底出现裂缝 华南地区某海港油气码头引桥,65,讨论,从上表中可见，,随混凝土深度增加，,Cl,-,含量依次递减。目前，国外一般把混凝土内,Cl,-,含量达到其致锈临界含量值时的时间，确定为混凝土的安全使用寿命。具体临界含量值各国各地区有差别。我国华南地区海港码头调查该值为,0.105,0.145,。该混凝土保护层设计厚度为,5.5cm,，且由于施工偏差，部分构件实际保护层厚度低于设计值。当海水中,Cl,-,渗透进混凝土，使钢筋表面,Cl,-,含量达致锈值时，锈蚀开始；腐蚀产物体积膨胀，使混凝土产生与钢筋平行的顺筋裂缝，乃至混凝土开裂，钢筋的电化学腐蚀迅速进行。,第2章 建筑金属材料,2.6 钢材的腐蚀与防护,讨论 从上表中可见， 随混凝土深度增加，Cl-含量,66,工程实例分析,广东某斜拉桥拉索腐蚀失效分析,现象,广东某斜拉桥,(见右图),竣工于,1989,年。,1995,年,5,月其中一条拉索突然坠落，经检验确认其他拉索的钢丝已受不同程度的腐蚀，该桥最后全部更换新拉索。作者与其他教师一道对此拉索失效的原因作检测分析，研究其腐蚀失效的原因。,第2章 建筑金属材料,2.6 钢材的腐蚀与防护,工程实例分析广东某斜拉桥拉索腐蚀失效分析 现象广东某斜拉桥(,67,原因分析,对坠落的拉索进行研究，钢丝的腐蚀程度由下而上逐渐增加，且与所灌注的水泥浆体的情况有明显的对应关系。由下到上划分为五个区段。,基本正常段,略有锈蚀段,较少锈蚀段,锈蚀一般段,锈蚀严重,拉索钢丝所受的腐蚀原因是所灌注的水泥浆体不凝结，产生电化学腐蚀；而水泥浆体所含的一定量的氯离子及钢丝在拉应力的作用下更加速了此锈蚀过程。,第2章 建筑金属材料,2.6 钢材的腐蚀与防护,原因分析 对坠落的拉索进行研究，钢丝的腐蚀程度由下而上,68,创新能力培养,钢结构建筑的防火防袭击,钢结构建筑有许多优点，与钢筋混凝土相比，有更好的抗震、防腐、耐久、环保和节能效果；可实现构架的轻量化和构件的大型化，施工亦较为简便。但同时也存在不少缺点，其中较突出的一点是防火问题。美国纽约的世贸大厦为钢结构，,2001,年,9,月,11,日被恐怖分子袭击而倒塌（见右图），这给人们提出了钢结构防火、防袭击破坏的新课题。请谈谈你的意见。,第2章 建筑金属材料,创新能力培养钢结构建筑的防火防袭击 钢结构建筑,69,创造性思维所要解决的问题一般是前所未有的，故用常规的办法一般难以解决。常需经过艰难的分析思索，在此阶段人们常会交替进行多种形式的创造性思维，如发散与集中、逻辑与非逻辑、正思维与逆思维等等。,一些钢结构建筑原已考虑到防火问题，为此在钢材表面涂防火涂料层。但涂覆防火涂料并不保险，例如美国世贸大厦遇袭后短时间即坍塌。解决此问题不应仅仅着眼于防火涂料的改进，从发散思维的角度还可考虑钢材本身的性能改进，如通过与无机非金属材料的复合，提高钢结构材料本身的防火等方面的能力。还可设想研究材料或结构本身的自灭火性能，或者考虑如何综合多因素选用土木工程材料，以增强重要建筑的防火、防袭的能力等 。,第2章 建筑金属材料,2.6 钢材的腐蚀与防护,创造性思维所要解决的问题一般是前所未有的，故用常,70,2-1 为什么用材料的屈服点而不是其抗拉强度作为结构设计时取值的依据？,常见问题及解答,第2章 建筑金属材料,解答：,屈服强度和极限抗拉强度是衡量钢材强度的两个重要指标。极限抗拉强度是试件能承受最大应力。在结构设计中，要求构件在弹性变形范围内工作，即使少量的塑性变形也应力求避免，所以规定以钢材的屈服强度作为设计应力的依据。抗拉强度在结构设计中不能完全利用，但屈服强度与抗拉强度之比（屈强比）却有一定的意义。屈强比越小，结构的安全性越高。,2-1 为什么用材料的屈服点而不是其抗拉强度作为结构设计时取,71,2-2 为什么将钢材的伸长率作为建筑用钢材的一个重要技术性能指标？,常见问题及解答,解答：,钢材在使用中，为避免正常受力时在缺陷处产生应力集中发生脆断，要求其塑性良好，即具有一定的伸长率，可以使缺陷处超过材料的屈服点时，随着发生塑性变形使应力重新分布，而避免钢材提早破坏。同时，常温下将钢材加工成一定形状，也要求钢材要具有一定塑性。但伸长率不能过大，否则会使钢材在使用中超过允许的变形值。,第2章 建筑金属材料,2-2 为什么将钢材的伸长率作为建筑用钢材的一个重要技术性能,72,常见问题及解答,2-3 为何冷加工强化的钢材会有塑性降低、脆性增大的副作用？,第2章 建筑金属材料,解答,：钢材加工至塑性变形后，由于塑性变形区域内的晶粒产生相对滑移，使滑移面下的晶粒破碎，晶格变形，构成滑移面的凹凸不平，从而给以后的变形造成较大的困难。所以其塑性降低、脆性增大。,常见问题及解答2-3 为何冷加工强化的钢材会有塑性降低、脆性,73,