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1、第七章第七章 钢材的抗拉性钢材的抗拉性能能掌握：建筑钢材的主要性能。熟悉：建筑钢材的常用钢种及应用。了解：钢筋混凝土用钢材的品种及应用。本章教学目标本 章 内 容第一节 概述第二节 建筑钢材的主要技术性能第三节 建筑钢材的常用钢种第四节 钢筋混凝土用钢材第一节钢的冶炼和分类一、建筑钢材的类型一、建筑钢材的类型建筑钢材 前言型材板材线材管材1.结构用的角钢2.I字钢（基础支撑）3.槽钢4.方钢5.吊车轨6.钢板桩1.薄板2.厚板1.钢筋2.钢丝3.钢绞线供水、供气（汽）管线等。二、建筑钢材的应用二、建筑钢材的应用建筑钢材 前言1.重型工业厂的屋架、吊车梁；2.大跨度房屋结构；3.大跨度桥梁；4.
2、多层、高层房屋的梁架；5.移动式结构；6.轻型结构；7.在抗震要求比较高的地方。三、建筑钢材的特点三、建筑钢材的特点建筑钢材 前言优点缺点1.承载力高而重量较轻；2.材质均匀、致密，可靠性高；3.钢材的塑性和韧性好；4.加工性能好，便于安装；5.耐热性较好。1.易锈蚀；2.耐火性差；3.能耗大、成本高；特点特点建筑钢材 钢的生产与分类四、钢的生产钢的生产钢的铸锭钢的压力加工钢的生产过程钢的生产方法铸锭脱氧处理化学偏析热加工冷加工1.氧气转炉法2.空气转炉法3.平炉炼钢法4.电炉炼钢法n炼钢生铁+氧生铁矿生铁FeO、Fe2O3钢Fe2O3高炉中高温、加C（燃料）、石灰石等溶剂Fe，含C、S、P等
3、有害元素，硬而脆、塑性差、抗拉强度差。C+O2 CO2S+O2 SO2P+O2 P2O5加氧脱氧C、S、P等元素含量减少，技术性能及质量比生铁好的多。钢的生产过程示意图返回比重较大，生成矿渣加 Mn、Si建筑钢材 钢的生产与分类五、钢的分类按化学成分按脱氧程度按有害物质含量按冶炼方法按用途1.碳素钢2.合金钢1.低碳钢2.中碳钢3.高碳钢1.低合金钢2.中合金钢3.高合金钢1.沸腾钢F一般工程2.镇静钢Z预应力砼3.半镇静钢B4.特殊镇静钢TZ特别重要工程1.普通钢2.优质钢3.高级优质钢4.特级优质钢平炉、转炉、电炉结构钢、工具钢、特殊钢0.02%C2.06Fe C S Pf 塑性韧性塑性韧
4、性二 钢的分类(1)(1)沸腾钢沸腾钢(2)(2)镇静钢镇静钢(3)(3)半镇静钢半镇静钢根据脱氧程度分为：名称名称脱氧程度脱氧程度质质量量沸沸腾钢腾钢不完全不完全组织组织不不够够致密，气泡多，化学偏析大，致密，气泡多，化学偏析大，成分不均匀，成分不均匀，质质量量较较差，成本差，成本较较低低镇镇静静钢钢充分充分组织组织致密，成分均匀，机械性能好，致密，成分均匀，机械性能好，质质量量较较好，成本好，成本较较高高半半镇镇静静钢钢均介于上二者之均介于上二者之间间第二节建筑钢材的主要技术性能钢的主要技术性能力学性能加工工艺性能抗拉性能冲击韧性耐疲劳性硬度冷弯性能冷加工性能时效强化焊接性能 建建筑筑钢钢
5、材材的的技技术术性性能能力学性能力学性能工艺性能工艺性能化学性能化学性能抗拉性能抗拉性能冲击韧性冲击韧性疲劳强度疲劳强度硬硬 度度冷弯性能冷弯性能1.应力 2.应变3.弹性与弹性变形4.塑性与塑性变形FFALL0L1建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能一、钢材的拉伸性能一、钢材的拉伸性能钢材的拉伸演示过程以低碳钢为例钢材的拉伸演示过程以低碳钢为例L0F1F1F2F2F3F3d0L0=5d0或10d0L1L2低碳钢的受拉过程分为四个阶段低碳钢的受拉过程分为四个阶段建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能O弹性阶段弹性阶段OAOA屈服阶段屈服阶段ABAB强化阶段强化阶段BCBC颈缩阶段CDABCD低碳
6、钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能一、弹性阶段OA 一条通过原点一条通过原点的直线，应力与应变成正比。的直线，应力与应变成正比。弹性弹性弹性模量弹性模量 E E值的大小反映了钢材抵抗值的大小反映了钢材抵抗弹性变形的能力。弹性变形的能力。A点对应点对应的应力。的应力。OA低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图 E1 E2l图形的特点：l 试件的特点：l计算的指标：ABCD弹性极限建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能二、屈服阶段AB 一条波动的曲线，应力增加很小，而应变增加很大。所能承受的拉力增加很小，而塑性变形迅速增加，似乎钢材不能承受外力 屈服强
7、度（也叫屈服点）点对应的应力。l图形的特点：l试件的特点：l计算的指标：OA低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图ACDBB上上B下下屈服。三、强化阶段BC 一段上升的曲线。抵抗塑性变形的能力又重新提高抗拉强度 l图形的特点：l试件的特点：l计算的指标：OA低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图ACDBB上上B下下C点对应的应力。建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能强化。四、颈缩阶段CD 一段下降的曲线。变形迅速发展，在有杂质或缺陷处，断面急剧缩小 ，直到断裂。伸长率：l图形的特点：l试件的特点：l计算的指标：OA ACDBB上上B下下L1L0建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能l
8、计算的指标：颈缩三个重要的指标1.屈服强度s 结构设计中钢材强度取值的依据2.抗拉强度b 钢材所能承受的最大应力 屈强比 屈强比，利用率，安全可靠程度3.伸长率 衡量钢材塑性的指标，越大说明钢材的塑性越好 OA ACDBB上上B下下4 4断面收缩率断面收缩率L1d0L0L0=5d0或10d0A0、An前后的截面积5与10谁大中碳钢、高碳钢的应力应变图l规定：产生残余变形为原始标距的0.2%时所对应的应力值，作为硬钢的屈服强度，称为条件屈服强度，用0.2表示。0.2%硬钢的屈服点硬钢的屈服点0.2二、冲击韧性二、冲击韧性 钢材抵抗冲击荷载的能力。钢材抵抗冲击荷载的能力。定义试件讨论与分析计算式测
9、试方法演示ak冲击韧性。钢的化学成分钢的化学成分;例：例：S S、P P冲击韧性冲击韧性冶炼及轧制质量冶炼及轧制质量质量质量冲击韧性冲击韧性温度温度温度温度，冲击韧性，冲击韧性 ak影响冲击韧性的因素 l三、疲劳强度三、疲劳强度受交受交变变荷荷载载反复作用，反复作用，钢钢材在材在应应力力低于其屈服低于其屈服强强度的情况下突然度的情况下突然发发生生脆性断裂破坏的脆性断裂破坏的现现象象,称称为为疲劳破坏。钢钢材的疲材的疲劳劳破坏一般是由拉破坏一般是由拉应应力引力引起的，首先在局部开始形成起的，首先在局部开始形成细细小断小断裂，随后由于微裂裂，随后由于微裂纹纹尖端的尖端的应应力集力集中而使其逐中而使
10、其逐渐扩渐扩大，直至突然大，直至突然发发生生瞬瞬时时疲疲劳劳断裂。断裂。疲疲劳劳破坏是在低破坏是在低应应力状力状态态下突然下突然发发生的，所以危害极大，往往造成灾生的，所以危害极大，往往造成灾难难性的事故。性的事故。钢材疲劳曲线示意图四、钢材的硬度四、钢材的硬度硬度硬度是指钢材抵抗硬物体压入钢材的是指钢材抵抗硬物体压入钢材的表面的能力。表面的能力。方法：布氏法、洛氏法和维氏法，常用方方法：布氏法、洛氏法和维氏法，常用方法是布氏法和洛氏法。法是布氏法和洛氏法。定义测定方法演示讨论与分析l材料的硬度往往与材料的其它性能有一定的相关系，如：钢材的HB值与抗拉强度之间有较好的相关关系。五、钢材的冷弯性
11、能五、钢材的冷弯性能 指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，试件被试件被 弯曲角度弯曲角度、弯心直径与厚度的比值、弯心直径与厚度的比值d/a 定义指标试验演示弯曲角度弯曲角度 d/a ，表示对冷弯性能要求越高。，表示对冷弯性能要求越高。结论钢材的冷弯 钢材的冷加工方式有钢材的冷加工方式有冷拉冷拉、冷拔冷拔和和冷轧冷轧。六 钢材的冷加工(一一)钢材的冷加工及时效钢材的冷加工及时效冷加工强化处理冷加工强化处理是指常温下对钢材进行冷拉、冷拔或冷轧，使其产生塑性变形并提高屈服点。1、冷拉：、冷拉：常温下对钢材进行拉长，这时屈常温下对钢材进行拉长，这时屈服点提高了，长度增加
12、了，抗拉强度基服点提高了，长度增加了，抗拉强度基本不变，塑性和韧性有所下降。本不变，塑性和韧性有所下降。时效：时效：冷拉的钢筋，常温下存放一定时间。冷拉的钢筋，常温下存放一定时间。n时效处理时效处理：一般常温下存放：一般常温下存放1520天，用于天，用于级钢筋（自然时效）；加热级钢筋（自然时效）；加热100200并保持并保持一定时间（一定时间（2h），），用于用于、级级 钢筋钢筋（人工时效）（人工时效）冷拉：屈服强度提高、冷拉：屈服强度提高、抗拉强度不变、抗拉强度不变、延伸率降低。延伸率降低。时效：屈服强度进一步提高、时效：屈服强度进一步提高、抗拉强度提高、抗拉强度提高、延伸率进一步降低。延伸
13、率进一步降低。钢筋冷拉后屈服强度可提高钢筋冷拉后屈服强度可提高15%-20%15%-20%，冷拔后屈服强度，冷拔后屈服强度可提高可提高40%-60%40%-60%。钢筋经冷拉时效后应力钢筋经冷拉时效后应力-应变图的变化应变图的变化 2、冷拔：将钢筋通过比原来直径小的拔丝摸拔出，钢筋受挤压后更密实、均匀。效果：屈服强度和抗拉强度屈服强度和抗拉强度提高；塑性、韧性下降塑性、韧性下降，脆性升高，脆性升高。在常受冲击荷载作用、低温的环境中，不宜采用冷拔钢筋。(二二)焊焊接性能接性能 焊接：把两：把两块块金属局部加金属局部加热热，并使其接，并使其接缝缝部分迅速呈熔融或半部分迅速呈熔融或半熔融状熔融状态态
14、，而牢固的，而牢固的连连接起来。它是接起来。它是钢结钢结构的主要构的主要连连接形式。接形式。焊接性能：是指在一定的是指在一定的焊焊接工接工艺艺条件下，在条件下，在焊缝焊缝及其附近及其附近过过热热区不区不产产生裂生裂纹纹及硬脆及硬脆倾倾向，向，焊焊接后接后钢钢材的力学性能，特材的力学性能，特别别是是强强度不低于原有度不低于原有钢钢材的材的强强度。度。影响因素：钢钢材的化学成分材的化学成分对钢对钢材的可材的可焊焊性有很大的影响。性有很大的影响。选择：焊焊接接结结构用构用钢钢，选选含碳量含碳量较较低的氧气低的氧气转转炉或平炉炉或平炉镇镇静静钢钢。对对高碳高碳钢钢及合金及合金钢钢，需要采用，需要采用焊
15、焊前前预热预热及及焊焊后后热处热处理等措施。理等措施。某某烧结矿仓库烧结矿仓库运运输输廊道于廊道于1965年年1月月发发生倒塌。事故生倒塌。事故发发生生时时室外气温室外气温为为36左右。左右。经现场调查经现场调查及取及取样试验样试验可知所用的沸可知所用的沸腾钢腾钢含碳含碳0.230.25，含硫，含硫0.06，焊焊接接质质量差。量差。请请分析事故原因。分析事故原因。案例分析分析答案1.1.碳是决定钢材性能的主要元素。碳是决定钢材性能的主要元素。随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。但当含碳量大于性下降。但当含碳量大于1.0%1.0%时
16、，由于钢材变脆，强度反时，由于钢材变脆，强度反而下降。而下降。七钢的化学成分对钢材性能的影响 碳 碳是钢材中最重要的合金元素，故钢材也被称为铁-碳合金。钢材中碳原子与铁原子的结合有三种基本方式：固溶体、化合物和机械混合物。与此相对应，碳素钢在常温下形成的基本组织也有三种：铁素体、渗碳体和珠光体。结结合方式合方式基本基本组织组织固溶体固溶体铁铁素体素体化合物化合物渗碳体渗碳体机械混合物机械混合物珠光体珠光体铁素体:钢材中的铁素体系碳在-Fe中的固溶体，由于-Fe体心立方晶格的原子间的空隙小，溶碳能力较差，故铁素体含碳量很少，由缺陷对钢材性能的影响可知其塑性、韧性好；但强度、硬度低。渗碳体:渗碳体
17、为铁和碳的化合物Fe3C，其含碳量高达6.67，晶体结构复杂，塑性差，性硬脆，抗拉强度低。珠光体:珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物，含碳量较低(0.8)，层状结构，性能介于铁素体与渗碳体之间。碳素钢基本组织含量与含碳量的关系碳素钢基本组织含量与含碳量的关系基基本本组组织织的的相相对对含含量量（%）0 0.8 2.0含碳量（%）含碳量对热轧碳素钢性质的影响 b抗拉强度；k冲击韧性；HB硬度；伸长率；面积缩减率 土木工程材料 第2章 建筑钢材 随碳含量增大，随碳含量增大，b抗拉强度先增大后减小，抗拉强度先增大后减小，HB硬度增大，硬度增大，k冲击韧性减小，冲击韧性减小，伸长率减小，伸长率减小，面
18、面积缩减率减小，即塑性降低。积缩减率减小，即塑性降低。除此之外，碳含量增大还会降低钢材的可焊性除此之外，碳含量增大还会降低钢材的可焊性和抗大气锈蚀性，增加冷脆性和时效敏感性。和抗大气锈蚀性，增加冷脆性和时效敏感性。2.2.硅、锰硅、锰 硅和硅和锰锰是两种重要的合金元素，通常在是两种重要的合金元素，通常在炼钢炼钢后后期作期作为为脱氧脱氧剂剂加入。可提高加入。可提高钢钢材的材的强强度，而且度，而且对对塑性和塑性和韧韧性的影响不明性的影响不明显显。加入硅和锰可以与钢中有害成分加入硅和锰可以与钢中有害成分FeOFeO和和FeSFeS分别分别形成形成SiOSiO2 2、MnOMnO和和MnSMnS而进入
19、钢渣排出，起到脱氧、而进入钢渣排出，起到脱氧、降硫的作用。降硫的作用。3.3.硫、磷硫、磷硫使钢材的硫使钢材的热脆性增加热脆性增加，磷能使钢的强度、硬度提，磷能使钢的强度、硬度提高，但显著降低钢材的塑性和韧性，使钢材的高，但显著降低钢材的塑性和韧性，使钢材的冷脆性冷脆性增增加。加。l“热脆热脆”：硫能生成易于熔化的硫化铁，当：硫能生成易于熔化的硫化铁，当热加工及焊接使温度达热加工及焊接使温度达8001000时，使时，使钢材出现裂纹、变脆的现象。钢材出现裂纹、变脆的现象。l“冷脆冷脆”：在低温时，磷使钢材的冲击韧性：在低温时，磷使钢材的冲击韧性大幅度下降的现象。大幅度下降的现象。4.4.氧、氮氧
20、、氮降低了钢材的强度、冷弯性能和焊接性能。氧还使降低了钢材的强度、冷弯性能和焊接性能。氧还使钢的热脆性增加，氮使冷脆性及时效敏感性增加。钢的热脆性增加，氮使冷脆性及时效敏感性增加。5.铝、钛、钒、铌l是钢的强脱氧剂和合金元素。能改善钢的组织、细化晶粒、改善韧性，并显著提高强度。第三节建筑钢材的常用钢种普通碳素结构钢普通碳素结构钢简称简称碳素结构钢碳素结构钢，化学成分主要是铁，化学成分主要是铁，其次是碳，故也称其次是碳，故也称铁铁-碳合金碳合金。其含碳量为。其含碳量为0.02%-2.06%0.02%-2.06%，此外尚含有少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。此外尚含有少量的硅、锰和微量的硫、磷等元
21、素。一一 碳素结构钢碳素结构钢 碳素结构钢的牌号由碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧程度符号质量等级符号、脱氧程度符号四部分按顺序组成。四部分按顺序组成。(一一)碳素结构钢的牌号表示方法碳素结构钢的牌号表示方法随着牌号的增大钢的碳含量、抗拉强度增大，塑性、韧性、冷弯性能降低。质量等级代号：质量等级代号：A、B、C、D屈服点数值（屈服点数值（N/mm2）：）：195、215、235、255、275钢材屈服点代号：钢材屈服点代号：Q脱氧程度代号：脱氧程度代号：F、b、Z、TZ，其中，其中Z、TZ可以省略可以省略(二二)碳素结构钢的技术要
22、求碳素结构钢的技术要求(三三)碳素结构钢的性能和应用碳素结构钢的性能和应用低合金高强度结构钢综合性能较为理想，低合金高强度结构钢综合性能较为理想，尤其在大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构尤其在大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构中更适用，而且与使用碳素钢相比，可节约钢中更适用，而且与使用碳素钢相比，可节约钢材材20%-30%20%-30%，但成本并不很高。，但成本并不很高。二二 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢的牌号由的牌号由代表屈服点的字母、屈代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号服点数值、质量等级符号三部分按顺序组成三部分按顺序组成,共有5个牌号。(一一)低合金高强
23、度结构钢低合金高强度结构钢的牌号表示方法的牌号表示方法 质量等级代号：质量等级代号：A、B、C、D、E 屈服点数值（屈服点数值（N/mm2）：）：295、345、390、420、460 钢材屈服点代号：钢材屈服点代号：Q(二二)低合金高低合金高强强度度结结构构钢钢的技术要求的技术要求(三三)低合金高低合金高强强度度结结构构钢钢的性能和应用的性能和应用注：低合金高强度结构钢的注：低合金高强度结构钢的A、B级属于镇静级属于镇静钢，钢，C、D、E级属于特殊镇静钢。级属于特殊镇静钢。第四节钢筋混凝土用钢材热轧钢筋：热轧钢筋：由冶金工厂直接热轧成型；由冶金工厂直接热轧成型；冷加工钢筋：冷加工钢筋：主要是
24、为了节约钢材而采用的，有冷拉钢主要是为了节约钢材而采用的，有冷拉钢筋、冷拔低碳钢丝；筋、冷拔低碳钢丝；预应力砼用钢丝、钢绞线：预应力砼用钢丝、钢绞线：用优质碳素钢条加工而成，用优质碳素钢条加工而成，分矫直回火钢丝、颗痕钢丝、冷拉钢丝；分矫直回火钢丝、颗痕钢丝、冷拉钢丝；预应力砼热处理钢筋：预应力砼热处理钢筋：一般经过淬火、回火处理，具有一般经过淬火、回火处理，具有较好的塑性和强度。较好的塑性和强度。混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。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
25、筋起保护作用。又对钢筋起保护作用。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。钢筋按外形分类钢筋按外形分类光面钢筋光面钢筋变形钢筋变形钢筋一、热轧钢筋一、热轧钢筋混凝土结构用热轧钢筋应有混凝土结构用热轧钢筋应有较高的强度，具有一定的塑性、较高的强度，具有一定的塑性、韧性、冷弯和可焊性。韧性、冷弯和可焊性。热轧钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋，主要有用钢筋，主要有用Q235Q235轧制的光圆轧制的光圆钢筋和用合金钢轧制的带肋钢筋钢筋和用合金钢轧制的带肋钢筋两类。两类。带肋钢筋带肋钢筋(a)(a)月牙肋钢筋月牙肋钢筋(b)(b)等高肋钢筋等高肋钢筋(a)
26、等高肋钢筋；(b)月牙肋钢筋 热轧钢筋的力学性能和工艺性能热轧钢筋的力学性能和工艺性能 热轧光圆钢筋热轧光圆钢筋HPB235HPB235级：级：强度较低，但塑性及焊接性能很好，便强度较低，但塑性及焊接性能很好，便于各种冷加工，用作普通钢筋混凝土构件的受力筋及构造筋；于各种冷加工，用作普通钢筋混凝土构件的受力筋及构造筋；HRB335HRB335和和HRB400HRB400钢筋：钢筋：强度较高，塑性和焊接性能也较好，广泛强度较高，塑性和焊接性能也较好，广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋；用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋；HRB500HRB500钢筋：钢筋：强度高，但塑性和焊接性能较差，可
27、用作预应力钢强度高，但塑性和焊接性能较差，可用作预应力钢筋。筋。低碳钢热轧圆盘条低碳钢热轧圆盘条 强度较低，但塑性好，便于弯折成形，容易焊强度较低，但塑性好，便于弯折成形，容易焊接。主要用做箍筋，以及作为冷加工的原料，也可接。主要用做箍筋，以及作为冷加工的原料，也可作为中、小型钢筋混凝土结构的受力钢筋。作为中、小型钢筋混凝土结构的受力钢筋。低碳钢热轧圆盘条二、冷拔二、冷拔钢丝钢丝和冷和冷轧带轧带肋肋钢钢筋筋冷拔冷拔钢丝钢丝是将是将Q235(Q235(或或Q215)Q215)圆盘圆盘条通条通过过截面小于截面小于钢钢筋截面的筋截面的钨钨合金拔合金拔丝丝模而制成。模而制成。冷冷轧带轧带肋肋钢钢筋筋是
28、用低碳是用低碳热轧圆盘热轧圆盘条条经经冷冷轧轧或冷拔减径后，在其或冷拔减径后，在其表面冷表面冷轧轧成三面有肋的成三面有肋的钢钢筋。它克服冷拉、冷拔筋。它克服冷拉、冷拔钢钢筋握裹力低筋握裹力低的缺点，同的缺点，同时时具有和冷拉、冷拔相近的具有和冷拉、冷拔相近的强强度，广泛度，广泛应应用于在中、用于在中、小型小型预应预应力混凝土力混凝土结结构构件和普通混凝土构构件和普通混凝土结结构构件中。构构件中。冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋三三 预应力混凝土用热处理钢筋预应力混凝土用热处理钢筋l热处理钢筋热处理钢筋是将热轧的带肋钢筋经淬火和高温回火调质处理而成的。其特点是塑性降低不大，但强度提高很多，综合性能比较理
29、想，主要用于预应力混凝土轨枕，代替碳素钢丝。热处理钢筋的力学性质热处理钢筋的力学性质(GB 44631984)(GB 44631984)公称直径公称直径(mm)(mm)牌号牌号屈服强度屈服强度(MPa)(MPa)抗拉强度抗拉强度(MPa)(MPa)伸长率伸长率(%)(%)不小于不小于 6 640Si40Si2 2Mn Mn 13251325147014706 68.28.248Si48Si2 2Mn Mn 101045Si45Si2 2Cr Cr 2）热轧型钢（图2.1.2）四四 预应力混凝土用钢丝预应力混凝土用钢丝预应力混凝土用钢丝质量稳定、安全可靠、强度高、预应力混凝土用钢丝质量稳定、安全
30、可靠、强度高、无接头、施工方便，主要用于大跨度的屋架、薄腹架、无接头、施工方便，主要用于大跨度的屋架、薄腹架、吊车梁或桥梁等大型预应力混凝土构件，还可用于轨枕、吊车梁或桥梁等大型预应力混凝土构件，还可用于轨枕、压力管道等预应力混凝土构件。压力管道等预应力混凝土构件。螺旋肋钢丝外形示意图螺旋肋钢丝外形示意图 预应力混凝土用钢丝预应力混凝土用钢丝是用优质碳素结构钢制成，抗增强度高，分为消除应力光圆钢丝（S）、消除应力刻痕钢丝（SI）、消除应力螺旋力钢丝（SH）和冷拉钢丝（RCD）四种。SI和SH与混凝土的粘结力好。三面刻痕钢丝外形示意图 五五 预应力混凝土用钢绞线预应力混凝土用钢绞线钢绞线具有强度
31、高，与混凝土粘结好，断面面积大，使用钢绞线具有强度高，与混凝土粘结好，断面面积大，使用根数少，在结构中排列布置方便，易于锚固等优点，主要用于根数少，在结构中排列布置方便，易于锚固等优点，主要用于大跨度、大荷载的预应力屋架、薄腹梁等构件。大跨度、大荷载的预应力屋架、薄腹梁等构件。预应力钢绞线截面图 预应力混凝钢绞线预应力混凝钢绞线是以数根优质碳素结构钢丝以绞捻和消除内应力的热处理而制成。分为三种结构类型：12、13和17。钢绞线与混凝土的粘结力较好。某厂的某厂的钢结钢结构屋架用中构屋架用中碳碳钢焊钢焊接而成，使用一接而成，使用一段段时间时间后，屋架坍塌，后，屋架坍塌，请请分析事故原因。分析事故原
32、因。案例分析分析答案钢结构屋架坍塌钢结构屋架坍塌 钢结构屋架8.4.1 8.4.1 钢钢材的材的锈蚀锈蚀定义：钢钢材表面与周材表面与周围围介介质发质发生作用而引起破坏的生作用而引起破坏的现现象称作象称作锈蚀。发生：钢钢材材锈蚀锈蚀的的现现象普遍存在，如在大气中生象普遍存在，如在大气中生锈锈，特，特别别是是当当环环境中有各种侵境中有各种侵蚀蚀性介性介质质或湿度或湿度较较大大时时，情况就更，情况就更为严为严重。重。后果：不：不仅仅使使钢钢材有效截面材有效截面积积均匀减小，均匀减小，还还会会产产生局部生局部锈锈坑，坑，引起引起应应力集中；腐力集中；腐蚀蚀会会显显著降低著降低钢钢的的强强度、塑性度、塑
33、性韧韧性等力学性等力学性能。性能。分类：根据：根据钢钢材与材与环环境介境介质质的作用原理，腐的作用原理，腐蚀蚀可分可分为为化学化学锈锈蚀蚀和和电电化学化学锈蚀锈蚀。8.4 8.4 钢材的锈蚀及防止钢材的锈蚀及防止化学锈蚀化学化学锈蚀锈蚀指指钢钢材与周材与周围围的介的介质质（如氧气、二氧化碳、二氧（如氧气、二氧化碳、二氧化硫和水等）直接化硫和水等）直接发发生化学作用，生成疏松的氧化物而引起的生化学作用，生成疏松的氧化物而引起的腐腐蚀蚀。在干燥在干燥环环境中化学境中化学锈蚀锈蚀的速度的速度缓缓慢，但在温度高和湿度慢，但在温度高和湿度较较大大时锈蚀时锈蚀速度大大加快。速度大大加快。电化学锈蚀 金属在
34、潮湿气体以及金属在潮湿气体以及导电导电液体（液体（电电解解质质）中，由于）中，由于电电子流子流动动而引起的腐而引起的腐蚀蚀，称，称为电为电化学腐化学腐蚀蚀。钢钢材由不同的晶体材由不同的晶体组织组织构成，并含有构成，并含有杂质杂质，由于，由于这这些成些成分的分的电电极极电电位不同，当有位不同，当有电电解解质质溶液溶液(如水如水)存在存在时时，就会在，就会在钢钢材表面形成材表面形成许许多微小的局部原多微小的局部原电电池，造成池，造成锈蚀锈蚀。水是弱水是弱电电解解质质溶液，而溶有溶液，而溶有COCO2 2的水的水则则成成为为有效的有效的电电解解质质溶溶液，从而加速液，从而加速电电化学化学锈蚀锈蚀的的
35、过过程。程。钢钢材在大气中的腐材在大气中的腐蚀蚀，实际实际上是化学腐上是化学腐蚀蚀和和电电化学腐化学腐蚀蚀共同共同作用所致，但以作用所致，但以电电化学腐化学腐蚀为蚀为主。主。保保护层护层法法 在在钢钢材表面施加保材表面施加保护层护层，使，使钢钢与周与周围围截至隔离，从而截至隔离，从而防止防止锈蚀锈蚀。保。保护层护层可分可分为为金属（耐金属（耐蚀蚀性性强强）保）保护层护层和非金属和非金属（有机或无机物（有机或无机物质质）保）保护层护层两两类类。制成合金制成合金钢钢 在在钢钢中加入合金元素中加入合金元素铬铬、镍镍、钛钛、铜铜等，制成不等，制成不锈钢锈钢，提高耐提高耐锈蚀锈蚀能力。能力。8.4.2
36、8.4.2 锈蚀锈蚀的防止的防止钢结钢结构建筑有构建筑有许许多多优优点，与点，与钢钢筋混凝土相比，有更好的抗震、筋混凝土相比，有更好的抗震、防腐、耐久、防腐、耐久、环环保和保和节节能效果；能效果；可可实现实现构架的构架的轻轻量化和构件的量化和构件的大型化，施工亦大型化，施工亦较为简较为简便。但便。但同同时时也存在不少缺点，其中也存在不少缺点，其中较较突出的一点是防火突出的一点是防火问题问题。美国美国纽约纽约的世的世贸贸大厦大厦为钢结为钢结构，构，20012001年年9 9月月1111日被恐怖主日被恐怖主义义者者袭袭击击、倒塌，、倒塌，给给人人们们提出了提出了钢结钢结构防火、防构防火、防袭击袭击
37、破坏的新破坏的新课题课题。实事链接911911事件事件世贸大厦倒塌 美国世贸中心大楼是典型的钢结构高层建筑，位于美国纽约市曼哈顿闹市区南部、纽约海港旁，由5幢建筑物组成，其主楼呈双塔形，使用钢材7.8万吨，楼的外围有密置的钢柱，墙面由铝板和玻璃窗组成，素有“世界之窗”之称。“9.11”恐怖袭击中，在大火的作用下主楼仅仅经过30分钟便轰然倒塌，造成了死亡2797人、损失360亿美元的举世震惊惨案。2003年4月5日，青岛市即墨正大食品有限公司厂房发生火灾，在高温作用下，钢结构屋架约经过30分钟便轰然倒塌，导致20多名员工因未能及时疏散而被埋压在厂房内活活烧死，教训十分深刻。为保障人民群众的生命财
38、产安全，做好新形势下钢结构建筑的火灾预防工作，对于杜绝群死群伤恶性火灾事故具有十分重要的现实意义。众所周知，钢材具有较好的耐热性，其本身并不燃烧。基于这一事实，许多人认为钢材根本不会着火，所以对于钢结构就根本没有必要采取什么防火措施。其实不然，因为钢材具有耐热而不耐高温的特性，随着温度的升高，钢材的强度会逐渐降低，在火灾的作用下，钢结构构件温度达到350、500、600时，强度分别下降1/3、1/2、2/3。一旦达到500钢结构构件就会发生软化而导致瞬时崩溃倒塌。钢结构防火措施有：用金属网抹50#砂浆做保护层、用混凝土作保护层、用普通粘土砖作保护层、用防火隔热涂料做保护层等几种方法。归纳起来常
39、用的防火措施主要有构造防火和喷涂防火涂料两种类型。其中防火构造可分为外包混凝土材料、外包钢丝网水泥砂浆、外喷防火涂料等几种构造形式。1.1.钢钢材冷弯材冷弯试验时试验时采用的弯曲角越大，弯心直径采用的弯曲角越大，弯心直径对试对试件厚度（或直径）的比件厚度（或直径）的比值值越小，表示越小，表示对对冷弯性能要求越高。冷弯性能要求越高。课堂练习2.钢材伸长率是衡量其塑性的指标，其数值越小表示钢材塑性越好。3.中碳钢的焊接性能优于低碳钢。4.碳素结构钢性能Q235-AF优于Q235-C。是否是否是否是否6.Q235-Ab钢材的抗冲击性能（）Q235-D钢材。优于差于相同于7.甲乙两钢筋直径相同，所作冷弯试验的弯曲角相同，甲的弯心直径较小，则两钢筋的冷弯性能（）相同甲较好乙较好8.严冬地区受动荷载作用的焊接结构钢选用（）牌。Q235-BQ235-AFQ2759.（）含量增加，将会显著降低钢材的低温冲击韧性。硅锰磷ABCBACABCCBA