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1、第八章第八章 金属材料金属材料 土木工程中常用钢材，包括钢结构用的各种型钢（圆土木工程中常用钢材，包括钢结构用的各种型钢（圆钢、角钢、槽钢、工字钢等）、钢板和钢筋混凝土中的各钢、角钢、槽钢、工字钢等）、钢板和钢筋混凝土中的各种钢筋、钢丝等。种钢筋、钢丝等。第八章第八章 金属材料金属材料 金金属属材材料料是是指指一一种种或或两两种种以以上上的的金金属属元元素素或或金金属属元元素素与与非非金金属属元元素素组组成成的的合合金金材材料料的的总总称称。金金属属材材料料分分为为黑黑色色金金属属和和有有色色金金属属两两大大类类。黑黑色色金金属属指指的的是是以以铁铁、铬铬、锰锰元元素素等等为为主主要要成成分分
2、的的金金属属及及其其合合金金，在在土土木木工工程程中中应应用用最最多多的的是是钢钢材材。有有色色金金属属指指的的是是除除铁铁、铬铬、锰锰以以外外的的其其他他金金属属，如铝、铜、铅、锌、锡等金属及其合金。如铝、铜、铅、锌、锡等金属及其合金。钢是由生铁冶炼而成。生铁是由铁矿石、熔剂（石灰石）、钢是由生铁冶炼而成。生铁是由铁矿石、熔剂（石灰石）、焦炭在高炉中经过还原反应和造渣反应而得到的一种碳铁合金，焦炭在高炉中经过还原反应和造渣反应而得到的一种碳铁合金，其中碳的含量为其中碳的含量为2.062.066.676.67，磷、硫等杂质的含量也较高。，磷、硫等杂质的含量也较高。生铁性能脆硬，无塑性和韧性，不
3、能进行焊接、锻造、轧制等生铁性能脆硬，无塑性和韧性，不能进行焊接、锻造、轧制等加工，在工程上难以使用。炼钢的原理就是把生铁在炼钢炉内加工，在工程上难以使用。炼钢的原理就是把生铁在炼钢炉内进行氧化，除去其中大部分碳和杂质，使碳的含量降低到进行氧化，除去其中大部分碳和杂质，使碳的含量降低到2.062.06以下的铁碳合金。以下的铁碳合金。目前，大规模炼钢的方法主要有平炉炼钢法、氧气转炉炼目前，大规模炼钢的方法主要有平炉炼钢法、氧气转炉炼钢法和电炉炼钢法三种。钢法和电炉炼钢法三种。一、钢材的冶炼一、钢材的冶炼第一节第一节 钢的基本知识钢的基本知识第八章第八章 金属材料金属材料1 1、按化学成分分类、按
4、化学成分分类 碳素钢、合金钢。碳素钢、合金钢。2 2、按冶炼时脱氧程度不同分类、按冶炼时脱氧程度不同分类 特殊镇静钢特殊镇静钢、镇静钢、沸腾钢、半镇静钢。、镇静钢、沸腾钢、半镇静钢。3 3、按品质（硫、磷杂质含量）不同分、按品质（硫、磷杂质含量）不同分 普通钢、优质钢、高级优质钢、特级优质钢。普通钢、优质钢、高级优质钢、特级优质钢。4 4、按用途分类、按用途分类 结构钢、工具钢、特殊钢。结构钢、工具钢、特殊钢。二、钢材的分类二、钢材的分类第八章第八章 金属材料金属材料 一、力学性能一、力学性能 （一）拉伸性能（一）拉伸性能 软软钢钢的的应应力力应应变变曲曲线线共共分分为为四四个个阶阶段段，即即
5、弹弹性性阶阶段段、屈屈服服阶阶段段、强强化化阶阶段段和和颈颈缩缩阶阶段段。自自开开始始加加载载到到A A点点之之前前，钢钢筋筋处处于于弹弹性性阶阶段段，应应力力应应变变呈呈线线性性关关系系；应应力力达达到到A A点点后后钢钢筋筋进进入入屈屈服服阶阶段段，应应力力不不再再增增加加而而应应变变急急剧剧增增长长形形成成屈屈服服台台阶阶ABAB；超超过过B B点点后后应应力力应应变变关关系系重重新新表表现现为为上上升升的的曲曲线线，BCBC段段称称为为强强化化阶阶段段；到到达达应应力力最最高高点点C C点点后后钢钢筋筋产产生生颈颈缩缩现现象象，应应力力开开始始下下降降，到到D D点钢筋被拉断，点钢筋被
6、拉断，CDCD段称为破坏阶段。段称为破坏阶段。第二节第二节 钢材的主要技术性能钢材的主要技术性能第八章第八章 金属材料金属材料 1、伸长率、伸长率第八章第八章 金属材料金属材料 2、断面收缩率、断面收缩率 伸长率伸长率和和断面收缩率断面收缩率表示钢材断裂前经受塑性变形表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。伸长率越大或断面收缩率越高，说明钢材塑的能力。伸长率越大或断面收缩率越高，说明钢材塑性越大。性越大。（二）冲击韧性（二）冲击韧性 指钢材抵抗冲击荷载作用的能力。指钢材抵抗冲击荷载作用的能力。影响因素：影响因素：化学成分化学成分 、温度、温度 、时间。、时间。对于重要的结构以及承受动荷载作用的结构，
7、特别是处于负温对于重要的结构以及承受动荷载作用的结构，特别是处于负温条件下的结构，应保证钢材具有一定的冲击韧性。条件下的结构，应保证钢材具有一定的冲击韧性。（三）耐疲劳性（三）耐疲劳性 钢材在交变（数值和方向都有变化的）荷载的反复作用下，往钢材在交变（数值和方向都有变化的）荷载的反复作用下，往往在应力远小于其抗拉强度时发生破坏，这种现象称为钢材的疲往在应力远小于其抗拉强度时发生破坏，这种现象称为钢材的疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示。劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示。钢材的疲劳破坏，一般认为是由拉应力引起的。钢材的疲劳极钢材的疲劳破坏，一般认为是由拉应力引起的。钢材的疲劳
8、极限与抗拉强度有关，钢材的抗拉强度高，其疲劳极限也高。限与抗拉强度有关，钢材的抗拉强度高，其疲劳极限也高。第八章第八章 金属材料金属材料 二、工艺性能二、工艺性能 （一）冷弯性能（一）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。衡量指标：弯曲角度，衡量指标：弯曲角度，弯心直径与钢材的直径（厚度）的比值（弯心直径与钢材的直径（厚度）的比值（D/a）。）。钢材的弯曲角度越大，弯心直径与钢材的直径或厚度的比值越钢材的弯曲角度越大，弯心直径与钢材的直径或厚度的比值越小，表示钢材的冷弯性能越好。小，表示钢材的冷弯性能越好。（二）焊接性能（二）焊接性能 指钢材在通常的焊接
9、方法和工艺条件下获得良好焊接接头的指钢材在通常的焊接方法和工艺条件下获得良好焊接接头的性能。可焊性好的钢材焊接后不易形成裂纹、气孔等缺陷，焊头性能。可焊性好的钢材焊接后不易形成裂纹、气孔等缺陷，焊头牢固可靠，焊缝及其附近受热影响区的性能不降低。牢固可靠，焊缝及其附近受热影响区的性能不降低。影响因素：化学成分。一般含碳量越高，可焊性越低。影响因素：化学成分。一般含碳量越高，可焊性越低。第八章第八章 金属材料金属材料 三、钢材的化学成分对钢材性能的影响三、钢材的化学成分对钢材性能的影响 （一）碳（一）碳 碳是钢材中的主要元素，是决定钢材性能的重要碳是钢材中的主要元素，是决定钢材性能的重要因素。在含
10、碳量小于因素。在含碳量小于0.80.8的范围内，随着含碳量的增的范围内，随着含碳量的增加，钢材的抗拉强度和硬度增加，塑性和冲击韧性降加，钢材的抗拉强度和硬度增加，塑性和冲击韧性降低。当含碳量超过低。当含碳量超过1 1时，随着含碳量的增加，除硬度时，随着含碳量的增加，除硬度继续增加外，钢材的强度、塑性、韧性都降低，耐腐继续增加外，钢材的强度、塑性、韧性都降低，耐腐蚀性和可焊性变差，冷脆性和时效敏感性增大。蚀性和可焊性变差，冷脆性和时效敏感性增大。第八章第八章 金属材料金属材料 （二）有益元素（二）有益元素 1.1.硅硅 硅是炼钢时为了脱氧而加入的元素。当钢材中含硅量在硅是炼钢时为了脱氧而加入的元
11、素。当钢材中含硅量在1 1以以内时，它能增加钢材的强度、硬度、耐腐蚀性，且对钢材的塑性、内时，它能增加钢材的强度、硬度、耐腐蚀性，且对钢材的塑性、韧性、可焊性无明显影响。当钢材中含硅量大于韧性、可焊性无明显影响。当钢材中含硅量大于1 1时，将会显著时，将会显著降低钢材的塑性、韧性、可焊性，并增大冷脆性和时效敏感性。降低钢材的塑性、韧性、可焊性，并增大冷脆性和时效敏感性。2.2.锰锰 锰是炼钢时为了脱氧而加入的元素，是我国低合金结构钢的主锰是炼钢时为了脱氧而加入的元素，是我国低合金结构钢的主要合金元素。锰的作用主要是能显著提高钢材的强度和硬度，改善要合金元素。锰的作用主要是能显著提高钢材的强度和
12、硬度，改善钢材的热加工性能和可焊性，几乎不降低钢材的塑性、韧性。钢材的热加工性能和可焊性，几乎不降低钢材的塑性、韧性。3.3.铝、钒、钛、铌铝、钒、钛、铌 它们都是炼钢时的强脱氧剂，也是最常用的合金元素。适量加它们都是炼钢时的强脱氧剂，也是最常用的合金元素。适量加入钢内能改善钢材的组织，细化晶粒，显著提高强度，改善韧性和入钢内能改善钢材的组织，细化晶粒，显著提高强度，改善韧性和可焊性。可焊性。第八章第八章 金属材料金属材料 （三）有害元素（三）有害元素 1.1.硫硫 硫是钢材中极有害的元素。硫的存在，还会导致钢材的硫是钢材中极有害的元素。硫的存在，还会导致钢材的冲击韧性、可焊性及耐腐蚀性降低，
13、故钢材中硫的含量应严格冲击韧性、可焊性及耐腐蚀性降低，故钢材中硫的含量应严格控制。为了消除硫的危害，可在钢中加入适量的锰。控制。为了消除硫的危害，可在钢中加入适量的锰。2.2.磷磷 磷是钢中的有害元素，它能使钢的强度和硬度增加，但磷是钢中的有害元素，它能使钢的强度和硬度增加，但会使钢材的塑性、韧性显著降低，可焊性变差，尤其在低温下，会使钢材的塑性、韧性显著降低，可焊性变差，尤其在低温下，冲击韧性下降更突出，是钢材冷脆性增大的主要原因。冲击韧性下降更突出，是钢材冷脆性增大的主要原因。3.3.氧、氮、氢氧、氮、氢 这三种有害气体都会显著降低钢材的塑性和韧性，应加这三种有害气体都会显著降低钢材的塑性
14、和韧性，应加以限制。氧使钢的强度、塑性和可焊性降低。氮随着含量增加，以限制。氧使钢的强度、塑性和可焊性降低。氮随着含量增加，能使钢的强度、硬度增加，但使钢的塑性、韧性、可焊性大大能使钢的强度、硬度增加，但使钢的塑性、韧性、可焊性大大降低，还会加剧钢的时效敏感性、冷脆性和热脆性。降低，还会加剧钢的时效敏感性、冷脆性和热脆性。第八章第八章 金属材料金属材料第三节第三节 钢材的冷加工及热处理钢材的冷加工及热处理 一、钢材的冷加工和时效处理一、钢材的冷加工和时效处理 （一）钢材的冷加工（一）钢材的冷加工 1冷拉冷拉 2冷拔冷拔 3冷轧冷轧第八章第八章 金属材料金属材料 （二）时效处理（二）时效处理 钢
15、钢材材冷冷加加工工后后，在在常常温温下下存存放放1520d1520d或或加加热热至至100100200200，保保持持一一定定时时间间，其其屈屈服服强强度度、抗抗拉拉强强度度及及硬硬度度明明显显提提高高，而而塑塑性性及及韧韧性性明明显显降降低低，这这种种现现象象称称为为时时效效。前前者者称称为为自自然时效然时效，后者称为，后者称为人工时效人工时效。工工程程中中常常对对钢钢材材进进行行冷冷加加工工和和时时效效处处理理来来提提高高屈屈服服强强度度，节节约约钢钢材材。冷冷拉拉和和时时效效处处理理后后的的钢钢筋筋，在在冷冷拉拉的的同同时时还还被被调调直直和和清清除除了了锈锈皮皮，简简化化了了施施工工工
16、工序序。但但对对于于受受动动荷荷载载或或经经常常处处于于负温条件下工作的钢结构，应采用时效敏感性小的钢材。负温条件下工作的钢结构，应采用时效敏感性小的钢材。第八章第八章 金属材料金属材料 二、钢材的热处理二、钢材的热处理 热热处处理理是是将将固固态态金金属属或或合合金金在在一一定定介介质质中中加加热热、保保温温和和冷冷却却，以以改改变变整整体体或或表表面面组组织织，从从而而获获得得所所需需性性能能的的工工艺艺。通通过过热热处处理理，可可以以改改善善钢钢件件在在冷冷热热加加工工过过程程中中的的工工艺艺性性能能，即即消消除除前前工工序序产产生生的的缺缺陷陷而而为为后后工工序序的的顺顺利利进进行行创
17、创造造条条件件；以以及及充充分分发发挥挥材材料料的的潜潜力力，赋赋予予工工件件所需的最终使用性能。所需的最终使用性能。土土木木工工程程中中钢钢材材应应用用最最多多的的普普通通热热处处理理是是退退火火、正正火、淬火和回火。火、淬火和回火。第八章第八章 金属材料金属材料第四节第四节 钢材的标准和选用钢材的标准和选用 一、钢材的主要钢种一、钢材的主要钢种 （一）普通碳素结构钢（简称碳素结构钢）（一）普通碳素结构钢（简称碳素结构钢）1 1、牌号、牌号 碳素结构钢的牌号表示方法由屈服点的字母碳素结构钢的牌号表示方法由屈服点的字母Q Q，屈服点数值，质量，屈服点数值，质量等级和脱氧程度四个部分组成。碳素结
18、构钢按屈服点的数值（等级和脱氧程度四个部分组成。碳素结构钢按屈服点的数值（MPaMPa）划）划分为分为Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255、Q275Q275五个牌号；质量等级分为五个牌号；质量等级分为A A、B B、C C、D D四个等级；脱氧程度分为沸腾钢（四个等级；脱氧程度分为沸腾钢（F F）、半镇静钢（）、半镇静钢（b b）、镇静钢（）、镇静钢（Z Z）和特殊镇静钢（和特殊镇静钢（TZTZ），牌号表示时，），牌号表示时，Z Z、TZTZ可省略。可省略。第八章第八章 金属材料金属材料 2 2、技术性能、技术性能 碳素结构钢的化学成分应符合表碳素结构钢的化学
19、成分应符合表8-2的规定，力学性的规定，力学性能应符合表能应符合表8-3的规定，冷弯试验指标应符合表的规定，冷弯试验指标应符合表8-4的规的规定。碳素结构钢随着钢号的增大，强度和硬度增大，塑定。碳素结构钢随着钢号的增大，强度和硬度增大，塑性、韧性和可加工性能逐步降低；同一钢号内质量等级性、韧性和可加工性能逐步降低；同一钢号内质量等级越高，钢的质量越好。越高，钢的质量越好。第八章第八章 金属材料金属材料 3 3、应用、应用 Q195Q195、Q215Q215号钢，强度低，塑性和韧性较好，易于冷号钢，强度低，塑性和韧性较好，易于冷加工，常用作钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等。加工，常用作钢钉、铆钉、螺栓及
20、铁丝等。Q235Q235号钢具有较高的强度，良好的塑性、韧性和可焊号钢具有较高的强度，良好的塑性、韧性和可焊性，综合性能好，能满足一般钢结构和钢筋混凝土用钢要性，综合性能好，能满足一般钢结构和钢筋混凝土用钢要求，且成本较低。因此，求，且成本较低。因此，Q235Q235号钢在土木工程中应用最广号钢在土木工程中应用最广泛。泛。Q275Q275号钢强度较高，但塑性、韧性较差，不宜焊接和号钢强度较高，但塑性、韧性较差，不宜焊接和冷弯加工，主要用于轧制带肋钢筋、机械零件和工具等。冷弯加工，主要用于轧制带肋钢筋、机械零件和工具等。第八章第八章 金属材料金属材料 （二）优质碳素结构钢（二）优质碳素结构钢 优
21、质碳素结构钢根据含锰量不同分为普通含锰量优质碳素结构钢根据含锰量不同分为普通含锰量（0.350.350.700.70）和较高含锰量（）和较高含锰量（0.700.701.201.20）两）两大组。优质碳素结构钢多为镇静钢，综合性能好，但成本大组。优质碳素结构钢多为镇静钢，综合性能好，但成本较高。较高。优质碳素结构钢共有优质碳素结构钢共有3131个钢号，钢号的表示方法由平个钢号，钢号的表示方法由平均含碳量（以均含碳量（以0.010.01为单位）、含锰量注标、脱氧程度代为单位）、含锰量注标、脱氧程度代号组合而成。含锰量较高时，在钢号后加注号组合而成。含锰量较高时，在钢号后加注“Mn”Mn”；在优；在
22、优质碳素钢中，只有三个钢号属于沸腾钢，应在钢号后加注质碳素钢中，只有三个钢号属于沸腾钢，应在钢号后加注“F”F”，其余均为镇静钢。例如：，其余均为镇静钢。例如：“45Mn”45Mn”表示平均含碳量表示平均含碳量为为0.450.45的较高含锰量的镇静钢；的较高含锰量的镇静钢；“30”30”则表示平均含碳则表示平均含碳量为量为0.300.30的普通含锰量的镇静钢。的普通含锰量的镇静钢。第八章第八章 金属材料金属材料 （三）低合金高强度结构钢（三）低合金高强度结构钢 1 1、牌号、牌号 低低合合金金高高强强度度结结构构钢钢的的牌牌号号表表示示方方法法为为：屈屈服服点点的的字字母母Q Q，屈屈服服点点
23、数数值值（MPaMPa），质质量量等等级级。低低合合金金高高强强度度结结构构钢钢按按屈屈服服点点的的数数值值（MPaMPa）划划分分为为Q295Q295、Q345Q345、Q390Q390、Q420Q420、Q460Q460五五个个牌牌号号；质质量量等等级级分分为为A A、B B、C C、D D、E E五五个个等等级级，质质量量按按顺顺序序逐逐级级提提高高。例例如如：Q295Q295A A表表示示屈屈服服点点不不低低于于295MPa295MPa的的A A级低合金高强度结构钢。级低合金高强度结构钢。第八章第八章 金属材料金属材料 2 2、技术标准、技术标准 低合金高强度结构钢的化学成分、力学性能
24、应符合表低合金高强度结构钢的化学成分、力学性能应符合表8-5、表表8-6的规定。的规定。3 3、性能及应用、性能及应用 低合金高强度结构钢强度高，综合性能好，使用寿命长，低合金高强度结构钢强度高，综合性能好，使用寿命长，塑性、韧性和可焊性好，有利于加工和施工。塑性、韧性和可焊性好，有利于加工和施工。低低合合金金高高强强度度结结构构钢钢主主要要用用于于轧轧制制型型钢钢、钢钢板板、钢钢筋筋及及钢钢管管，在在建建筑筑工工程程中中广广泛泛应应用用于于钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构和和钢钢结结构构，特特别别是是重型、大跨度、高层结构和桥梁等。重型、大跨度、高层结构和桥梁等。第八章第八章 金属材料金属材料
25、二、钢筋混凝土用钢材二、钢筋混凝土用钢材 （一）热轧钢筋（一）热轧钢筋 热轧钢筋外形可分为热轧钢筋外形可分为光圆钢筋光圆钢筋和和带肋钢筋带肋钢筋两种。两种。热轧光圆钢筋的牌号用热轧光圆钢筋的牌号用HPB235及及HPB300表示。表示。普通热轧带肋钢筋有普通热轧带肋钢筋有HRB335、HRB400、HRB500三三个牌号。个牌号。HRB335和和HRB400强度较高，塑性和可焊性均强度较高，塑性和可焊性均较好，广泛应用于大、中型钢筋混凝土结构的主筋，经冷较好，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。拉处理后也可作为预应力筋。HRB500用中碳低合金镇静用中碳低合金
26、镇静钢轧而成，在提高强度的同时保证塑性和韧性，主要用于钢轧而成，在提高强度的同时保证塑性和韧性，主要用于工程中的预应力钢筋。工程中的预应力钢筋。第八章第八章 金属材料金属材料 （二）冷加工钢筋（二）冷加工钢筋 1 1、冷拉钢筋、冷拉钢筋 2 2、冷拔低碳钢丝、冷拔低碳钢丝 冷拔低碳钢丝是将直径为冷拔低碳钢丝是将直径为6.5mm6.5mm或或8mm8mm的碳素结构钢热轧的碳素结构钢热轧盘条，在常温下通过拔丝机进行多次强力拉拔而成。盘条，在常温下通过拔丝机进行多次强力拉拔而成。3 3、冷轧带肋钢筋、冷轧带肋钢筋 将热轧圆盘条经冷轧和冷拔减径后在其表面冷轧形成有将热轧圆盘条经冷轧和冷拔减径后在其表面
27、冷轧形成有月牙肋的钢筋即为冷轧带肋钢筋。冷轧带肋钢筋分为月牙肋的钢筋即为冷轧带肋钢筋。冷轧带肋钢筋分为CRB550 CRB550、CRB650CRB650、CRB800CRB800、CRB970CRB970、CRB1170CRB1170五个牌号。五个牌号。CRB550CRB550为普为普通钢筋混凝土用钢筋，其他牌号为预应力混凝土钢筋。通钢筋混凝土用钢筋，其他牌号为预应力混凝土钢筋。第八章第八章 金属材料金属材料 （三）预应力混凝土用热处理钢筋（三）预应力混凝土用热处理钢筋 热处理钢筋是由热轧带肋钢筋经淬火和回火进行热处理钢筋是由热轧带肋钢筋经淬火和回火进行调质处理后而成的钢筋。热处理钢筋规格，
28、有公称直调质处理后而成的钢筋。热处理钢筋规格，有公称直径径6、8.2、10 mm三种。三种。热处理钢筋具有较高的综合力学性能，除具有很热处理钢筋具有较高的综合力学性能，除具有很高的强度外，还具有高韧性和高黏结力及塑性降低小高的强度外，还具有高韧性和高黏结力及塑性降低小等优点，特别适用于预应力混凝土构件的配筋。但其等优点，特别适用于预应力混凝土构件的配筋。但其对应力腐蚀及缺陷敏感性强，使用时应防止锈蚀及刻对应力腐蚀及缺陷敏感性强，使用时应防止锈蚀及刻痕等现象。痕等现象。第八章第八章 金属材料金属材料 （四）预应力混凝土用钢丝和钢绞线（四）预应力混凝土用钢丝和钢绞线 预应力混凝土用钢丝是用优质碳素
29、结构钢制成，预应力混凝土用钢丝是用优质碳素结构钢制成，抗拉强度高达抗拉强度高达14701770MPa，分为消除应力光圆，分为消除应力光圆钢丝、消除应力刻痕钢丝、消除应力螺旋肋钢丝和冷钢丝、消除应力刻痕钢丝、消除应力螺旋肋钢丝和冷拉钢丝四种。钢绞线是以数根优质碳素钢钢丝经绞捻拉钢丝四种。钢绞线是以数根优质碳素钢钢丝经绞捻后消除内应力制成的。后消除内应力制成的。预应力钢丝和钢绞线具有强度高、柔韧性好、预应力钢丝和钢绞线具有强度高、柔韧性好、无接头、质量稳定、施工简便等优点，使用时按要求无接头、质量稳定、施工简便等优点，使用时按要求的长度切割，主要用于大跨度、大荷载、曲线配筋的的长度切割，主要用于大
30、跨度、大荷载、曲线配筋的预应力钢筋混凝土结构。预应力钢筋混凝土结构。第八章第八章 金属材料金属材料 三、钢结构用钢材三、钢结构用钢材 （一）型钢（一）型钢 1 1、热轧型钢、热轧型钢 钢结构常用的热轧型钢有：工字钢、槽钢、等边角钢、不钢结构常用的热轧型钢有：工字钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢、等边角钢、H H型钢、型钢、T T型钢等。型钢等。第八章第八章 金属材料金属材料 2 2、冷弯薄壁型钢、冷弯薄壁型钢 冷弯薄壁型钢用冷弯薄壁型钢用2 26mm6mm的钢板经冷弯或模压而制成，有的钢板经冷弯或模压而制成，有角钢、槽钢等开口薄壁型钢和方形、矩形等空心薄壁型钢。角钢、槽钢等开口薄壁型钢和方形、矩
31、形等空心薄壁型钢。第八章第八章 金属材料金属材料 （二）钢板和压型钢板（二）钢板和压型钢板 钢板是用碳素结构钢和低合金钢轧制而成的扁平钢材，钢板是用碳素结构钢和低合金钢轧制而成的扁平钢材，可热轧或冷轧生产。以平板状态供货的称钢板，以卷状可热轧或冷轧生产。以平板状态供货的称钢板，以卷状供货称钢带。厚度大于供货称钢带。厚度大于4mm以上为厚板，厚度小于或等于以上为厚板，厚度小于或等于4mm的为薄板。热轧碳素结构钢厚板是钢结构的主要用材，的为薄板。热轧碳素结构钢厚板是钢结构的主要用材，低合金钢厚板用于重型结构、大跨度桥梁和高压容器等。低合金钢厚板用于重型结构、大跨度桥梁和高压容器等。薄板主要用于屋面
32、、墙面或压型板的原料等。薄板主要用于屋面、墙面或压型板的原料等。压型钢板用薄板经冷压或冷轧成波形、双曲形、压型钢板用薄板经冷压或冷轧成波形、双曲形、V形形等，制成彩色、镀锌、防腐等薄板。其质量轻、强度高、等，制成彩色、镀锌、防腐等薄板。其质量轻、强度高、抗震性能好、施工快、外形美观等特点。主要用于围护结抗震性能好、施工快、外形美观等特点。主要用于围护结构、楼板、屋面等。构、楼板、屋面等。第八章第八章 金属材料金属材料 （三）钢管（三）钢管 钢管多用于制作桁架、桅杆等构件，也可用于制作钢管钢管多用于制作桁架、桅杆等构件，也可用于制作钢管混凝土。钢管混凝土可用于高层建筑、塔柱、构架柱、厂房混凝土。
33、钢管混凝土可用于高层建筑、塔柱、构架柱、厂房柱等。柱等。钢管按生产工艺不同有无缝钢管和焊接钢管两大类。焊钢管按生产工艺不同有无缝钢管和焊接钢管两大类。焊接钢管由优质或普通碳素钢钢板卷焊而成；无缝钢管是以优接钢管由优质或普通碳素钢钢板卷焊而成；无缝钢管是以优质碳素钢和低合金高强度结构钢为原材料，采用热轧质碳素钢和低合金高强度结构钢为原材料，采用热轧冷拔冷拔联合工艺生产而成的。无缝钢管主要用于压力管道，焊缝形联合工艺生产而成的。无缝钢管主要用于压力管道，焊缝形式有直纹焊缝和螺纹焊缝；焊接钢管成本低，易加工，但抗式有直纹焊缝和螺纹焊缝；焊接钢管成本低，易加工，但抗压性能较差，适用于各种结构、输送管道
34、等。压性能较差，适用于各种结构、输送管道等。第八章第八章 金属材料金属材料第五节第五节 钢材的防腐与防火钢材的防腐与防火 一、钢材的锈蚀（腐蚀）一、钢材的锈蚀（腐蚀）1 1、化学锈蚀、化学锈蚀 是指钢材表面直接与周围介质发生化学反应而产生是指钢材表面直接与周围介质发生化学反应而产生的锈蚀。的锈蚀。2 2、电化学锈蚀、电化学锈蚀 电化学锈蚀是由于金属表面形成了原电池而产生的电化学锈蚀是由于金属表面形成了原电池而产生的锈蚀。锈蚀。钢材在大气中的锈蚀，是化学锈蚀和电化学锈蚀共钢材在大气中的锈蚀，是化学锈蚀和电化学锈蚀共同作用所致，但以电化学锈蚀为主。同作用所致，但以电化学锈蚀为主。第八章第八章 金属
35、材料金属材料 二、钢材的防腐二、钢材的防腐 1 1、在钢材表面施加保护层、在钢材表面施加保护层 在钢材表面施加保护层，使钢材与周围介质隔离，在钢材表面施加保护层，使钢材与周围介质隔离，从而防止钢材锈蚀。保护层可分为金属保护层和非金属从而防止钢材锈蚀。保护层可分为金属保护层和非金属保护层。保护层。2 2、制成耐侯钢、制成耐侯钢 耐侯钢是在碳素钢和低合金钢中加入铬、铜、钛、耐侯钢是在碳素钢和低合金钢中加入铬、铜、钛、镍等合金元素而制成的，如在低合金钢中加入铬可制成镍等合金元素而制成的，如在低合金钢中加入铬可制成不锈钢。不锈钢。第八章第八章 金属材料金属材料 三、钢材的防火三、钢材的防火 1 1、在
36、钢材表面涂覆防火涂料、在钢材表面涂覆防火涂料 防火涂料按受热时的变化分为膨胀型（薄型）和非膨胀防火涂料按受热时的变化分为膨胀型（薄型）和非膨胀型（厚型）两种。膨胀型防火涂料的涂层厚度一般为型（厚型）两种。膨胀型防火涂料的涂层厚度一般为2 27mm7mm，覆着力较强，可同时起装饰作用。非膨胀型防火涂料的涂，覆着力较强，可同时起装饰作用。非膨胀型防火涂料的涂层厚度一般为层厚度一般为8 850mm50mm，呈粒状面，强度较低，喷涂后需再用，呈粒状面，强度较低，喷涂后需再用装饰面层保护，耐火极限可达装饰面层保护，耐火极限可达0.50.53.0h3.0h。2 2、用不燃性板材、混凝土等包裹钢构件、用不燃
37、性板材、混凝土等包裹钢构件 常用的不燃性板材有石膏板、岩棉板、珍珠岩板、矿棉板等，常用的不燃性板材有石膏板、岩棉板、珍珠岩板、矿棉板等，可通过粘结剂或钢钉、钢箍等固定在钢构件上。可通过粘结剂或钢钉、钢箍等固定在钢构件上。第八章第八章 金属材料金属材料第六节第六节 铝合金材料及其制品铝合金材料及其制品 一、铝合金的特性和分类一、铝合金的特性和分类 铝具有良好的抗大气腐蚀能力，对光和热的反射能力强，铝具有良好的抗大气腐蚀能力，对光和热的反射能力强，但铝不耐酸、碱、盐的腐蚀，强度较低。为提高铝强度，常但铝不耐酸、碱、盐的腐蚀，强度较低。为提高铝强度，常加入合金元素（如硅、铜、镁及稀土元素等）形成铝合
38、金。加入合金元素（如硅、铜、镁及稀土元素等）形成铝合金。铝中加入合金元素后，既保持了铝质量轻的特性，同时力学铝中加入合金元素后，既保持了铝质量轻的特性，同时力学性能大大提高（屈服强度可达性能大大提高（屈服强度可达210500MPa，抗拉强度可达，抗拉强度可达380550 MPa），因而大大提高了使用价值。），因而大大提高了使用价值。铝合金根据成分及制造工艺，铝合金分变形铝合金和铸铝合金根据成分及制造工艺，铝合金分变形铝合金和铸造铝合金两类。造铝合金两类。第八章第八章 金属材料金属材料 二、常用铝合金制品二、常用铝合金制品 （一）铝合金门窗（一）铝合金门窗 铝合金门窗是将按特定要求成型并经表面处
39、理的铝合金铝合金门窗是将按特定要求成型并经表面处理的铝合金型材，经下料、打孔、铣槽、攻丝等加工，制得门窗框料构型材，经下料、打孔、铣槽、攻丝等加工，制得门窗框料构件，再加连接件、密封件、开闭五金件等一起组合装配而成。件，再加连接件、密封件、开闭五金件等一起组合装配而成。铝合金门窗尽管其造价较高，但由于长期维修费用低，强度铝合金门窗尽管其造价较高，但由于长期维修费用低，强度及抗风压力较高、质量轻、密封性好且造型、色彩、玻璃镶及抗风压力较高、质量轻、密封性好且造型、色彩、玻璃镶嵌、密封材料和耐久性等均比钢、木门窗有着明显的优势，嵌、密封材料和耐久性等均比钢、木门窗有着明显的优势，所以应用广泛。所以应用广泛。第八章第八章 金属材料金属材料 （二）铝合金板材（二）铝合金板材 1 1铝塑复合板铝塑复合板 2 2单层铝板单层铝板 3 3蜂巢复合铝板蜂巢复合铝板第八章第八章 金属材料金属材料本讲结束本讲结束