1、,第八章 金屬材料,掌握：建筑鋼材的主要性能。,熟悉：建筑鋼材的常用鋼種及應(yīng)用。,了解：鋼筋混凝土用鋼材的品種及應(yīng)用。,本章教學(xué)目標(biāo),81 土木工程鋼材的基本知識,上海寶鋼,一、鋼及其特性,鋼 理論上，凡是把含碳量小于2.06%，含雜質(zhì)比較少的鐵碳合金稱為鋼。 含碳量超過2.06%，稱為生鐵；含碳量小于0.08%，稱為工業(yè)純鐵。 鋼的特點 具有強(qiáng)度高，塑性好，具有良好的韌性；工藝性能良好，易于加工；但是，鋼材易銹蝕、耐火性差。,二、建筑鋼材的主要品種,1.型鋼 簡單截面型鋼：圓鋼、方鋼、六角鋼、八角鋼等； 復(fù)雜截面型鋼：工字鋼、角鋼、槽鋼、鋼軌等。,二、建筑鋼材的主要品種,2.線材 如鋼筋、鋼

2、絲等。,二、建筑鋼材的主要品種,3.管材 無縫鋼管、焊接鋼管等。,二、建筑鋼材的主要品種,4.板材 光面鋼板、花紋鋼板、彩色涂層鋼板等。,壓型彩鋼板,三、 鋼的冶煉方法簡介,按照煉鋼爐的種類，煉鋼方法可分為： 1. 空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法 一般煉制普通碳素鋼。 2 .氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法 煉制優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼。 3 .平爐煉鋼法 用來煉制優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼或有特殊要求的專用鋼。 4.電爐煉鋼法,白口鐵,液態(tài)生鐵,吹入空氣或氧氣,鋼,澆注成鋼錠,脫 氧,四、鋼的分類,1.按冶煉方法分 2.按質(zhì)量分 按S和P元素含量，分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和特殊質(zhì)量鋼。,鋼,轉(zhuǎn)爐鋼,沸騰鋼,電爐鋼,平爐鋼,按冶煉方法分,按脫

3、氧程度分,半鎮(zhèn)靜鋼,鎮(zhèn)靜鋼,特殊鎮(zhèn)靜鋼,按爐襯材料分為酸性鋼和堿性鋼,四、鋼的分類,3.按化學(xué)成分分 4.按用途分 分為建筑鋼、結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼（如不銹鋼、耐酸鋼、耐堿鋼、磁鋼等。,鋼,中碳鋼,低合金鋼,高碳鋼,低碳鋼,碳素鋼,合金鋼,中合金鋼,高合金鋼,C0.25%,C=0.25%0.60,C0.60,合金總含量5%,5%10,10,盧浦大橋是上海市區(qū)在黃浦江上的第4座大橋。全鋼結(jié)構(gòu)的盧浦大橋，僅高強(qiáng)鋼材用量就近5萬噸，差不多是6艘萬噸輪的耗材量。,在上?？萍拣^寬敞的中央大廳內(nèi)，有一座直徑23米的高錳鋼結(jié)構(gòu)球體，矗立在卵型大廳的中央，象征著生命的孕育。其實這個球體是一座4D電影院，

4、可容納56位觀眾。,圖為正在緊張施工的北京電視中心工程。它是2008年北京奧運(yùn)會配套項目。建成后它將成為長安街標(biāo)志性建筑和北京最高的純鋼結(jié)構(gòu)建筑。,HK-YX76-344-688型樓面鋼承板,浙江湖州南潯大橋鋼結(jié)構(gòu),YB252-79“不銹耐酸鋼絲”,不銹鋼裝飾管,彩色予涂鋼板是以冷軋板（CR）、電鍍鋅板（EGI）、熱鍍鋅板（GI）為基板，將鋼板表面進(jìn)行嚴(yán)格脫脂和化學(xué)處理，在鋼板表面輥涂專用涂料和印刷圖案后，干燥固化而成的一種復(fù)合材料。,彩色層壓鋼板VCM具有良好的鏡面效果、靚麗的外觀及優(yōu)異的加工性.,環(huán)保自清潔型PCM通過改變原材料的性能，提高表面涂層與水的親和性，使該產(chǎn)品借助自然雨水作用達(dá)到

5、表面除灰塵、污跡的自潔功能，適合高檔建筑室外裝飾使用。,海南瓊州大橋國內(nèi)矢跨比最大的橋梁鋼管拱,為大亞灣核電站建造的鋼結(jié)構(gòu)廠房和倉庫,（一）鋼的組織及其對鋼材性能的影響 純鐵在不同的溫度下有不同的晶體結(jié)構(gòu)。,五、鋼的組織和化學(xué)成分對鋼材性能的影響,但是要得到了含F(xiàn)e100%純度的鋼是不可能的，實際上，鋼是以鐵為主的Fe-C合金，其基本元素是Fe和C，雖然C含量很少，但對鋼材性能的影響非常大。碳素鋼冶煉時在鋼水冷卻過程中，其Fe和C有以下三種結(jié)合形式。,(1) 固溶體鐵(Fe)中固溶著微量的碳(C)。 (2) 化合物鐵和碳結(jié)合成化合物Fe3C。 (3) 機(jī)械混合物固溶體和化合物的混合物。 以上三

6、種形式的Fe-C合金，于一定條件下能形成具有一定形態(tài)的聚合體，稱為鋼的組織。鋼的基本組織及其性能如表8-2所示。 建筑工程中所用的鋼材含碳量均在0.8%以下，所以建筑鋼材的基本組織是由鐵素體和珠光體組成，由此決定了建筑鋼材既有較高的強(qiáng)度，同時塑性、韌性也較好，從而能很好地滿足工程所需的技術(shù)性能。,鋼的基本組織及其性能,（二）鋼的化學(xué)成分對鋼材性能的影響,六、鋼材的力學(xué)性能,1.應(yīng)力 2.應(yīng)變 3.彈性與彈性變形 4.塑性與塑性變形,A,標(biāo)準(zhǔn)試件,按照一定的要求，對表面進(jìn)行車削加工后的試件。,非標(biāo)準(zhǔn)試件,不經(jīng)過加工，直接在線材上切取的試件。,（一）、拉伸性能,1.低碳鋼的拉伸性能,0,鋼材拉伸過

7、程的-圖,OB彈性階段,BC屈服階段,CD強(qiáng)化階段,DE頸縮階段,以下屈服點的應(yīng)力作為鋼材的屈服強(qiáng)度。,（1）拉伸試驗過程,0,鋼材拉伸彈性階段示意圖,p比例極限，MPa。,B彈性極限，MPa。,注：由于A、B兩點相距較近，一般認(rèn)為p=B 。,0,鋼材拉伸屈服階段示意圖,放大后,0,鋼材拉伸強(qiáng)化階段示意圖,b 抗拉強(qiáng)度或強(qiáng)度極限。,0,鋼材拉伸頸縮階段示意圖,DE頸縮階段,（2）拉伸過程的參數(shù),強(qiáng)度指標(biāo) 屈服強(qiáng)度： 抗拉強(qiáng)度： 塑性指標(biāo) 伸長率：,斷面收縮率,A0、 An前后的截面積,5與10誰大,2.硬鋼（高碳鋼）的拉伸性能,硬鋼強(qiáng)度高，塑性差，拉伸過程無明顯屈服階段，無法直接測定屈服強(qiáng)度。

8、用條件屈服強(qiáng)度0.2來代替屈服強(qiáng)度。 條件屈服點0.2 ：使硬鋼產(chǎn)生0.2%塑性變形時的應(yīng)力。見左圖。,0,oa總變形。 ba彈性變形99.8%。 ob塑性變形0.2%。,（二）、沖擊韌性,定義及指標(biāo) 指鋼材抵抗沖擊荷載而不被破壞的能力。其大小用沖擊韌性值k表示。k 越大，則沖擊韌性越好。 k是以試件沖擊破壞時缺口處單位面積上所消耗的功（J/cm2）。,影響因素 硫、磷含量高，存在化學(xué)偏析，含非金屬夾雜物，焊接形成裂紋，溫度降低等，均會降低沖擊韌性。 對于承受沖擊荷載和振動荷載部位的鋼材，必須考慮沖擊韌性。,Back,（三)、冷彎性能,指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。 冷彎試驗的指標(biāo)：彎心直

9、徑d與試件厚度（直徑）a的比值d/a；彎曲角度（90或180）；試樣彎曲外表面無肉眼可見裂紋則冷彎合格。 通過冷彎試驗，更有助于暴露鋼材的某些內(nèi)在缺陷，它能揭示鋼材是否存在內(nèi)部組織不均勻、內(nèi)應(yīng)力和夾雜物等缺陷。,（四）硬度,強(qiáng)度硬度： 材料的強(qiáng)度越高，硬度值越大。 硬度指標(biāo) 布氏硬度 洛氏硬度 肖氏硬度 硬度是金屬材料抵抗硬物壓入表面的能力，亦即材料表面抵抗塑性變形的能力。,討論與分析,材料的硬度往往與材料的其它性能有一定的相關(guān)系，如：鋼材的HB值與抗拉強(qiáng)度 之間有較好的相關(guān)關(guān)系。,（五）耐疲勞性,鋼材在交變荷載的反復(fù)作用下，往往在應(yīng)力遠(yuǎn)小于其抗拉強(qiáng)度時就發(fā)生破壞，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞破壞。

10、 實驗證明，鋼材承受的交變應(yīng)力越大，則鋼材至斷裂時經(jīng)受的交變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N越少，反之越多。當(dāng)交變應(yīng)力降低至一定值時，鋼材可經(jīng)受無限次交變應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞。 通常取交變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=107時，試件不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力n作為其疲勞極限。,七、焊接性,可焊性是指在一定焊接工藝條件下，在焊縫及其附近過熱區(qū)是否產(chǎn)生裂縫及脆硬影響，焊接后接頭強(qiáng)度是否與母體相近的性能。 可焊性受化學(xué)成分及含量的影響。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均會降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金鋼具有良好的可焊性。 焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇含碳量較低的氧氣轉(zhuǎn)爐或平爐的鎮(zhèn)靜鋼。當(dāng)采用高碳鋼及合金鋼時，為了改善焊接后的硬脆性

11、，焊接時一般要采用焊前預(yù)熱及焊后熱處理等措施。,八、鋼材的冷加工強(qiáng)化和時效,1.冷加工強(qiáng)化 冷加工強(qiáng)化是鋼材在常溫下，以超過其屈服點但不超過抗拉強(qiáng)度的應(yīng)力對其進(jìn)行的加工。 建筑鋼材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷軋、刻痕等 。 對鋼材進(jìn)行冷加工的目的，主要是利用時效提高強(qiáng)度，利用塑性節(jié)約鋼材，同時也達(dá)到調(diào)直和除銹的目的。,將熱軋鋼筋用拉伸設(shè)備在常溫下拉長，使之產(chǎn)生一定的塑性變形稱之為冷拉 鋼材用拉伸設(shè)備拉伸后能提高強(qiáng)度,冷拉,冷拉示意圖,將鋼筋通過硬質(zhì)合金拔絲模孔強(qiáng)行拉拔，使之不僅受拉、而且受擠壓以提高強(qiáng)度。每次冷拔斷面縮小應(yīng)為10%以下，可多次冷拔 在這個過程中，強(qiáng)度可提高40-60%，效果好與

12、冷拉,冷拔,八、鋼材的冷加工強(qiáng)化和時效,2.時效 鋼材隨時間的延長，其強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、沖擊韌性降低的現(xiàn)象稱為時效。 時效分為自然時效和人工時效兩種。 自然時效是將其冷加工后，在常溫下放置1520d； 人工時效是將冷加工后的鋼材加熱至100200保持2h以上。 經(jīng)過時效處理后的鋼材，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及硬度都將提高，而塑性和韌性降低。,建筑鋼材的冷加工與時效,可提高強(qiáng)度，冷拉后屈服強(qiáng)度可提高20-30%，時效處理后還可使抗拉強(qiáng)度提高。 可節(jié)約鋼材20-30%。 對于受動荷載或經(jīng)常處于中溫條件工作的鋼結(jié)構(gòu)，如橋梁、鋼軌、鍋爐等，為避免過大脆性，出現(xiàn)突然斷裂，要求采用時效敏感小的鋼材。,意

13、義,Back,3、熱處理,熱處理是將鋼材按規(guī)定的溫度制度，進(jìn)行加熱、保溫和冷卻處理，以改變其組織，得到所需要的性能的一種工藝。熱處理包括淬火、回火、退火和正火.,工程實例,（1）鋼結(jié)構(gòu)屋架坍塌 現(xiàn)象：某廠的鋼結(jié)構(gòu)屋架用中碳鋼焊接而成，使用一段時間后，屋架坍塌，請分析事故原因。 原因分析： 首先是因為鋼材的選用不當(dāng)，中碳鋼的塑性和韌性比低碳鋼差；且其焊接性能較差，焊接時鋼材局部溫度高，形成了熱影響區(qū)，其塑性及韌性下降較多，較易產(chǎn)生裂紋。建筑上常用的主要鋼種是普通碳素鋼中的低碳鋼和合金鋼中的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)。,第二節(jié) 土木工程常用的鋼材,一、主要鋼種,（一）碳素結(jié)構(gòu)鋼（非合金鋼） 1.牌號表示法

14、由代表屈服點的字母、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號等四個部分按順序組成； 如：Q235AF表示為屈服點不小于235MPa的A級沸騰鋼。 2.牌號 共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五個牌號。 3.技術(shù)要求 化學(xué)成分、力學(xué)性能、冷彎性能應(yīng)符合GB700規(guī)定。,（一)碳素結(jié)構(gòu)鋼（非合金鋼）,4.應(yīng)用 Q195、Q215，含碳量低，強(qiáng)度低，塑性、韌性、加工性能和可焊性好，主要用于軋制薄板和盤條、制造鉚釘、地腳螺栓等。 Q235，含碳適中，綜合性能好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到很好配合，用途最廣泛。常軋制成盤條或鋼筋，以及圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼等型鋼，廣泛地應(yīng)用

15、于建筑工程中。 Q255、Q275，強(qiáng)度、硬度較高，耐磨性較好，塑性和可焊性能有所降低。主要用作鉚接與螺栓連接的結(jié)構(gòu)及加工機(jī)械零件。,(二）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6991999優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的規(guī)定，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)錳含量的不同可分為：普通錳含量（錳含量0.8）鋼和較高錳含量（錳含量0.71.2）鋼兩組。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的鋼材一般以熱軋狀態(tài)供應(yīng)，硫、磷等雜質(zhì)含量比普通碳素鋼少，其他缺陷限制也較嚴(yán)格，所以性能好，質(zhì)量穩(wěn)定,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字表示，它表示鋼中平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)。如45號鋼，表示鋼中平均含碳量為0.45。數(shù)字后若有錳字或Mn，則表示屬較高錳含量的鋼，否則為普

16、通錳含量鋼。如35Mn表示平均含碳量0.35，含錳量為0.71.0。若是沸騰鋼或半鎮(zhèn)靜鋼，還應(yīng)在牌號后面加沸（或F）或半（或b）。優(yōu)質(zhì)碳素鋼的性能主要取決于含碳量。含碳量高，則強(qiáng)度高，但塑性和韌性降低。在建筑工程中，3045號鋼主要用于重要結(jié)構(gòu)的鋼鑄件和高強(qiáng)度螺栓等，45號鋼用做預(yù)應(yīng)力混凝土錨具，6580號鋼用于生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線。,(三)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼,1.牌號表示方法 由代表屈服點的拼音字母（Q）、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號（A、B、C、D、E）三部分按順序組成。 如Q345A表示屈服點不小于345MPa的A級鋼。 2.牌號 共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q46

17、0五個牌號。 3.技術(shù)要求 其化學(xué)成分、力學(xué)性能、冷彎性能應(yīng)符合GB/T1591 的規(guī)定,（三）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼,4.應(yīng)用 Q295，鋼中只含有極少量合金元素，強(qiáng)度不高，但有良好的塑性、冷彎、焊接及耐蝕性能。主要用于建筑工程中對強(qiáng)度要求不高的一般工程結(jié)構(gòu)。 Q345、Q390，綜合力學(xué)性能好，焊接性能、冷熱加工性能和耐蝕性能均好，C、D、E級鋼具有良好的低溫韌性。主要用于承受較高荷載的焊接結(jié)構(gòu)。 Q420、Q460，強(qiáng)度高，特別是在熱處理后有較高的綜合力學(xué)性能。主要用于大型工程結(jié)構(gòu)及要求強(qiáng)度高、荷載大的輕型結(jié)構(gòu)。,二、 鋼筋混凝土用鋼材,混凝土具有較高的抗壓強(qiáng)度，但抗拉強(qiáng)度很低。用鋼筋增強(qiáng)混

18、凝土，可大大擴(kuò)展混凝土的應(yīng)用范圍，而混凝土又對鋼筋起保護(hù)作用。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋，主要由碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素鋼制成，包括有熱軋鋼筋、冷軋扭鋼筋和冷軋帶肋鋼筋、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線。,（一）熱軋鋼筋,1.生產(chǎn) 采用鋼錠經(jīng)加熱軋制自然冷卻而成。 2.分類 鋼筋混凝土用熱軋鋼筋分為光圓鋼筋和帶肋鋼筋兩種。 3.牌號 熱軋直條光圓鋼筋 ：HPB235 熱軋帶肋鋼筋：HRB335、HRB400、HRB500,H、R、B分別為熱軋（Hotrolled）、帶肋（Ribbed）、鋼筋（Bars）三個詞英文首位字母。 推薦公稱尺寸： 光圓：8、10、12、16、20 ； 帶肋：6、8、10、12、16、

19、20、25、32、40和50mm,(一)熱軋鋼筋,4.熱軋鋼筋的力學(xué)性能、工藝性能 應(yīng)符合下表的規(guī)定。,應(yīng)用： Q235 作為中小型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要受力鋼筋和各種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)箍筋等 。 HRB335、HRB400帶肋鋼筋 廣泛用作大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋，現(xiàn)行規(guī)范積極提倡用HRB400級鋼筋作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主力鋼筋。 HRB500 用中碳低合金鋼鎮(zhèn)靜鋼軋制而成。鋼筋表面軋有縱肋和橫肋，是房屋建筑的主要預(yù)應(yīng)力筋。,(二)低碳熱軋圓盤條,1.概述 低碳熱軋圓盤條的公稱直徑為5.530mm，大多通過卷線機(jī)成盤卷供應(yīng)，因此稱為盤條、盤圓或線材。 2.分類 按用途分為：供拉絲用盤條（代

20、號L）、供建筑和其他一般用途用盤條（代號J）兩種。 3.牌號 低碳熱軋圓盤條的牌號表示方法由屈服點符號、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號、用途類別符號等五個內(nèi)容表示。,(二）低碳熱軋圓盤條,4.力學(xué)性能和工藝性能 5.應(yīng)用 大量用作建筑工程中鋼筋混凝土的配筋外，還適用于供拉絲、包裝及其它用途。,低碳熱軋圓盤條的力學(xué)性能和工藝性能,(三）冷軋帶肋鋼筋,1.生產(chǎn) 冷軋帶肋鋼筋由熱軋圓盤條經(jīng)冷軋或冷拔減徑后，在表面冷軋成兩面或三面有肋的鋼筋。鋼筋冷軋后允許進(jìn)行低溫回火處理。 2.牌號 按抗拉強(qiáng)度分為CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五個牌號。 3.規(guī)格 直

21、徑范圍為412mm，推薦的公稱直徑為5、6、7、8、9、10mm,（三）冷軋帶肋鋼筋,4.力學(xué)性能和工藝性能 應(yīng)符合GB13788的相關(guān)規(guī)定 。 5.應(yīng)用 冷軋帶肋鋼筋用于非預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，與熱軋圓盤條相比，強(qiáng)度提高17%左右，可節(jié)約鋼材30%左右； 用于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，與低碳冷拔絲比，伸長率高，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力較大，適用于中、小預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，也適用于焊接鋼筋網(wǎng)。,冷軋帶肋鋼筋的力學(xué)性能和工藝性能 GB13788-2000,(四)預(yù)應(yīng)力用熱處理鋼筋,1.概述 熱處理鋼筋是經(jīng)過淬火和回火調(diào)質(zhì)處理的螺紋鋼筋。分有縱肋和無縱肋兩種，其外形分別見右圖。代號為RB150。 2.規(guī)格 公稱直徑6、

22、8、.2、10mm。 3.牌號 有40Si2Mn、48Si2Mn和45Si2Cr三個 。,有縱肋,無縱肋,(四)預(yù)應(yīng)力用熱處理鋼筋,4.力學(xué)性能 5.特點及應(yīng)用 熱處理鋼筋具有很高的強(qiáng)度外，還具有較好的塑性和韌性，特別適合于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。 但其對應(yīng)力腐蝕及缺陷敏感性強(qiáng)，應(yīng)防止產(chǎn)生銹蝕及刻痕等現(xiàn)象。熱處理鋼筋不適用于焊接和點焊的鋼筋 。,預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋的力學(xué)性能,（五）預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線,1、鋼絲 （1.）生產(chǎn) 以優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼盤條為原料，經(jīng)淬火、酸洗、冷拉制成的用作預(yù)應(yīng)力混凝土骨架的鋼絲。,(2）分類 按交貨狀態(tài)分為冷拉鋼絲（RCD)、消除應(yīng)力鋼絲(S)、消除應(yīng)力刻痕鋼絲（SI

23、）；消除應(yīng)力螺旋肋鋼絲（SH），冷拔鋼絲分為3、4、5三種，刻痕鋼絲為5mm一種。 按外形分為光面鋼絲和刻痕鋼絲兩種 （3.）力學(xué)性能 應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。 鋼絲主要用作橋梁、吊車梁、電桿、樓板、大口徑管道等預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力筋 。,2、鋼絞線,1.生產(chǎn) 由多根圓形斷面鋼絲捻制而成。鋼絞線按左捻制成并經(jīng)回火處理消除內(nèi)應(yīng)力。 2.規(guī)格 鋼絞線按應(yīng)力松弛性能分為兩級：級松弛（代號）、級松弛（代號）。公稱直徑有9.0、12.0、15.0mm三種規(guī)格。 3.特點及應(yīng)用 鋼絞線與其他配筋材料相比，具有強(qiáng)度高、柔性好、質(zhì)量穩(wěn)定、成盤供應(yīng)不需接頭等優(yōu)點。 適用于作大型建筑、公路或鐵路橋梁、吊車梁等大

24、跨度預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力鋼筋，廣泛地應(yīng)用于大跨度、重荷載的結(jié)構(gòu)工程中。,三、鋼結(jié)構(gòu)用鋼材,鋼結(jié)構(gòu)用鋼主要是熱軋成形的鋼板和型鋼等；薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)中主要采用薄壁型鋼、圓鋼和小角鋼；鋼材所用的母材主要是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼及低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。鋼結(jié)構(gòu)用鋼有熱軋型鋼、冷彎薄壁型鋼、棒材、鋼管和板材。,1、熱軋型鋼,鋼結(jié)構(gòu)常用的型鋼有：工字鋼、H型鋼、T型鋼、槽鋼、等邊角鋼、不等邊角鋼等。型鋼由于截面形式合理，材料在截面上分布對受力最為有利，且構(gòu)件間連接方便，所以它是鋼結(jié)構(gòu)中采用的主要鋼材。型鋼的規(guī)格通常以反映其斷面形狀的主要輪廓尺寸來表示。,鋼結(jié)構(gòu)用鋼的鋼種和鋼號，主要根據(jù)結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的重要性、荷載的性

25、質(zhì)(靜載或動載)、連接方法(焊接、鉚接或螺栓連接)、工作條件(環(huán)境溫度及介質(zhì))等因素來選擇。我國建筑用熱軋型鋼主要采用碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼，其中應(yīng)用最多是碳素鋼Q235-A，低合金鋼Q345(16Mn)及Q390(15MnV)，前者適用于一般鋼結(jié)構(gòu)工程，后者可用于大跨度、承受動荷載的鋼結(jié)構(gòu)工程。,工字鋼廣泛應(yīng)用于各種建筑結(jié)構(gòu)和橋梁，主要用于承受橫向彎曲(腹板平面內(nèi)受彎)的桿件，但不宜單獨(dú)用作軸心受壓構(gòu)件或雙向彎曲的構(gòu)件。 與工字鋼相比，H型鋼優(yōu)化了截面的分布，有翼緣寬，側(cè)向剛度大，抗彎能力強(qiáng)，翼緣兩表面相互平行、連接構(gòu)造方便、省勞力，重量輕、節(jié)省鋼材等優(yōu)點。常用于承載力大、截面穩(wěn)定性好的大型建

26、筑，其中寬翼緣和中翼緣H型鋼適用于鋼柱等軸心受壓構(gòu)件，窄翼緣H型鋼適用于鋼梁等受彎構(gòu)件。 槽鋼可用做承受軸向力的桿件、承受橫向彎曲的梁以及聯(lián)系桿件，主要用于建筑結(jié)構(gòu)、車輛制造等。 角鋼主要用做承受軸向力的桿件和支撐桿件，也可作為受力構(gòu)件之間的連接零件。,2. 冷彎薄壁型鋼 冷彎薄壁型鋼通常用2mm6mm薄鋼板冷彎或模壓而成，有角鋼、槽鋼等開口薄壁型鋼及方形、矩形等空心薄壁型鋼?？捎糜谳p型鋼結(jié)構(gòu)。,3. 鋼板 鋼板有熱軋鋼板和冷扎鋼板之分，按厚度可分為厚板(厚度4mm)和薄板(厚度4mm)兩種。厚板用熱軋方式生產(chǎn)，材質(zhì)按使用要求相應(yīng)選??；薄板用熱軋或冷扎方式均可生產(chǎn)，冷扎鋼板一般質(zhì)量較好，性能優(yōu)

27、良，但其成本高，土木工程中使用的薄鋼板多為熱軋型。 鋼板的鋼種主要是碳素鋼，某些重型結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁等也采用低合金鋼。厚板主要用于結(jié)構(gòu)，薄板主要用于屋面板、樓板和墻板等。在鋼結(jié)構(gòu)中，單塊鋼板不能獨(dú)立工作，必須用幾塊板組合成工字形、箱形等結(jié)構(gòu)來承受荷載。,4. 鋼管 按照生產(chǎn)工藝，鋼結(jié)構(gòu)所用鋼管分為熱軋無縫鋼管和焊接鋼管兩大類。 (1) 熱軋無縫鋼管以優(yōu)質(zhì)碳素鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼為原材料，多采用熱軋冷拔聯(lián)合工藝生產(chǎn)，也可用冷扎方式生產(chǎn)，但后者成本高昂。主要用于壓力管道和一些特定的鋼結(jié)構(gòu)。 (2) 焊接鋼管采用優(yōu)質(zhì)或普通碳素鋼鋼板卷焊而成，表面鍍鋅或不鍍鋅(視使用而定)。按其焊縫形式有直縫電焊鋼管和螺

28、旋焊鋼管，適用于各種結(jié)構(gòu)、輸送管道等用途。焊接鋼管成本較低，容易加工，但多數(shù)情況下抗壓性能較差。 在土木工程中，鋼管多用于制作桁架、塔桅、鋼管混凝土等，廣泛應(yīng)用于高層建筑、廠房柱、塔柱、壓力管道等工程中。,四、建筑鋼材的銹蝕與防護(hù),(一)、鋼材銹蝕機(jī)理 鋼材的銹蝕是指鋼材表面與周圍介質(zhì)發(fā)生作用而引起破壞的現(xiàn)象。根據(jù)鋼材與環(huán)境介質(zhì)作用的機(jī)理，腐蝕可分為化學(xué)銹蝕和電化學(xué)銹蝕。,1. 化學(xué)銹蝕,化學(xué)銹蝕是指鋼材與周圍介質(zhì)(如氧氣、二氧化碳、二氧化硫和水等)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成疏松的氧化物而產(chǎn)生的銹蝕。一般情況下，是鋼材表面FeO保護(hù)膜被氧化成黑色的Fe3O4。 在常溫下，鋼材表面能形成FeO保護(hù)膜，可

29、以防止鋼材進(jìn)一步銹蝕。所以，在干燥環(huán)境中化學(xué)銹蝕速度緩慢，但在溫度和濕度較大的情況下，這種銹蝕進(jìn)展加快。,2. 電化學(xué)銹蝕,電化學(xué)銹蝕是指鋼材與電解溶液接觸而產(chǎn)生電流，形成原電池而引起的銹蝕。電化學(xué)銹蝕是建筑鋼材在存放和使用中發(fā)生銹蝕的主要形式。鋼材由不同的晶體組織構(gòu)成，并含有雜質(zhì)，由于這些成分的電極電位不同，當(dāng)有電解質(zhì)溶液存在時，形成許多微電池。 鋼材發(fā)生電化學(xué)銹蝕的必要條件是水和氧氣的存在。 鋼材銹蝕后，受力面積減小，使承載能力下降。在鋼筋混凝土中，因銹蝕時固相體積增大，從而引起鋼筋混凝土順筋開裂。,(二)、鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕,普通混凝土為強(qiáng)堿性環(huán)境，pH為12.5左右，使之對埋入其中的

30、鋼筋形成堿性保護(hù)。在堿性環(huán)境中，陰極過程難于進(jìn)行。即使有原電池反應(yīng)存在，生成的Fe(OH)2也能穩(wěn)定存在，并成為鋼筋的保護(hù)膜。所以，用普通混凝土制作的鋼筋混凝土，只要混凝土表面沒有缺陷，里面的鋼筋是不會銹蝕的。 但是，普通混凝土制作的鋼筋混凝土有時也發(fā)生鋼筋銹蝕現(xiàn)象。其主要原因有以下幾個方面：一是混凝土不密實，環(huán)境中的水和空氣能進(jìn)入混凝土內(nèi)部；二是混凝土保護(hù)層厚度小或發(fā)生了嚴(yán)重的碳化，使混凝土失去了堿性保護(hù)作用；三是混凝土內(nèi)Cl含量過大，使鋼筋表面的保護(hù)膜被氧化；四是預(yù)應(yīng)力鋼筋存在微裂縫等缺陷，引起應(yīng)力銹蝕。,加氣混凝土堿度較低，電化學(xué)腐蝕過程能順利進(jìn)行，同時這種混凝土多孔，外界的水和空氣易深

31、入內(nèi)部，所以，加氣混凝土中的鋼筋在使用前必須進(jìn)行防腐處理。 輕骨料混凝土和粉煤灰混凝土的護(hù)筋性能，經(jīng)過多年試驗研究和應(yīng)用，證明是良好的，其耐久性不低于普通混凝土。 綜上所述，對于普通混凝土、輕骨料混凝土和粉煤灰混凝土，為了防止鋼筋銹蝕，應(yīng)保證混凝土的密實度以及鋼筋保護(hù)層的厚度。在二氧化碳濃度高的工業(yè)區(qū)采用硅酸鹽水泥或普通水泥，限制含氯鹽外加劑的摻量并使用混凝土用鋼筋防銹劑(如亞硝酸鈉)。預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)禁止使用含氯鹽的骨料和外加劑。對于加氣混凝土等可以在鋼筋表面涂環(huán)氧樹脂或鍍鋅等方法來防止,(三)、 鋼材銹蝕的防止,1. 表面刷漆 表面刷漆是鋼結(jié)構(gòu)防止銹蝕的常用方法。刷漆通常有底漆、中間漆和面漆

32、三道。底漆要求有較好的附著力和防銹能力，常用的有紅丹、環(huán)氧富鋅漆、云母氧化鐵和鐵紅環(huán)氧底漆等。中間漆為防銹漆，常用的有紅丹、鐵紅等。面漆要求有較好的牢度和耐候性能保護(hù)底漆不受損傷或風(fēng)化，常用的有灰鉛、醇酸磁漆和酚醛磁漆等。 鋼材表面涂刷漆時，一般為一道底漆、一道中間漆和兩道面漆。要求高時可增加一道中間漆或面漆。使用防銹涂料時，應(yīng)注意鋼構(gòu)件表面的除銹，注意底漆、中間漆和面漆的匹配。,2. 表面鍍金屬 用耐腐蝕性好的金屬，以電鍍或噴鍍的方法覆蓋在鋼材的表面，提高鋼材的耐腐蝕能力。常用的方法有鍍鋅(如白鐵皮)、鍍錫(如馬口鐵)、鍍銅和鍍鉻等。 3. 采用耐候鋼 耐候鋼即耐大氣腐蝕鋼。耐候鋼是在碳素鋼

33、和低合金鋼中加入少量的銅、鉻、鎳、鉬等合金元素而制成。耐候鋼既有致密的表面防腐保護(hù)，又有良好的焊接性能，其強(qiáng)度級別與常用碳素鋼和低合金鋼一致，技術(shù)指標(biāo)相近。耐候鋼的牌號、化學(xué)成分、力學(xué)性能和工藝性能可參見焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼GB 417284和高耐候性結(jié)構(gòu)鋼GB 417184。,五、鋼的防火,鋼是不燃性材料，但這并不表明鋼材能夠抵抗火災(zāi)。火災(zāi)可分為“大自然火災(zāi)”和“建筑物火災(zāi)”兩大類。事實證明，建筑火災(zāi)發(fā)生的次數(shù)最多、損失最大，約占全部火災(zāi)的80%左右。 耐火試驗與火災(zāi)案例調(diào)查表明：以失去支持能力為標(biāo)準(zhǔn)，無保護(hù)層時鋼柱和鋼屋架的耐火極限只有0.25h，而裸露鋼梁的耐火極限僅為0.15h。溫度在20

34、0以內(nèi)，可以認(rèn)為鋼材的性能基本不變；當(dāng)溫度超過300以后，鋼材的彈性模量、屈服點和極限強(qiáng)度均開始顯著下降，而塑性伸長率急劇增大，鋼材產(chǎn)生徐變；溫度超過400時，強(qiáng)度和彈性模量都急劇降低；到達(dá)600時，彈性模量、屈服點和極限強(qiáng)度均接近于零，已失去承載能力。所以，沒有防火保護(hù)層的鋼結(jié)構(gòu)是不耐火的。 當(dāng)發(fā)生火災(zāi)后，熱空氣向構(gòu)件傳熱主要是輻射、對流，而鋼構(gòu)件內(nèi)部傳熱是熱傳導(dǎo)。隨著溫度的不斷升高，鋼材的熱物理特性和力學(xué)性能發(fā)生變化，鋼結(jié)構(gòu)的承載能力下降。火災(zāi)下鋼結(jié)構(gòu)的最終失效是由于構(gòu)件屈服或屈曲造成的。,鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的基本原理是采用絕熱或吸熱材料，阻隔火焰和熱量，推遲鋼結(jié)構(gòu)的升溫速率。防火方法以包覆法

35、為主，即以防火涂料、不燃性板材或混凝土和砂漿將鋼構(gòu)件包裹起來。 1. 防火涂料包裹法 此方法是采用防火涂料，緊貼鋼結(jié)構(gòu)的外露表面，將鋼構(gòu)件包裹起來，是目前最為流行的做法。,2. 不燃性板材包裹法 常用的不燃性板材有防火板、石膏板、硅酸鈣板、蛭石板、珍珠巖板和礦棉板等，可通過粘結(jié)劑或鋼釘、鋼箍等固定在鋼構(gòu)件上，將其包裹起來。 3. 實心包裹法 一般采用混凝土，將鋼結(jié)構(gòu)澆注在其中。,第四節(jié)其他金屬材料（自學(xué)）,一、鋁合金及制品,鋁為銀白色輕金屬，純鋁的密度為2.7g/cm3，約為鋼的1/3。鋁的性質(zhì)活潑，在空氣中能與氧結(jié)合形成致密堅固的氧化鋁薄膜，覆蓋在下層金屬表面，阻止其繼續(xù)腐蝕。因此，鋁在大氣

36、中有良好的抗蝕能力。,（一）鋁合金,由于純鋁的強(qiáng)度低而限制了它的應(yīng)用范圍，工業(yè)生產(chǎn)中常采用合金化的方式，即在鋁中加入一定量的合金元素，如銅、鎂、錳、鋅和硅等來提高強(qiáng)度和耐蝕性。鋁合金由于一般力學(xué)性能明顯提高并仍保持鋁質(zhì)量輕的固有特性，所以使用價值也大為提高，在建筑裝飾中得到廣泛的應(yīng)用。常用的鋁合金有防銹鋁合金(LF)、硬鋁合金(LY)、超硬鋁合金(LC)和鍛鋁合金(LD)。 防銹鋁合金中主要合金元素是錳和鎂。錳的主要作用是提高合金的抗腐蝕能力，起到固溶強(qiáng)化作用。在鋁中加入鎂也可以起到固溶強(qiáng)化作用。硬鋁合金主要是鋁銅鎂合金，這類合金的強(qiáng)度高但其抗腐蝕性差。超硬鋁合金抗蝕性差，在高溫下軟化快。鍛鋁

37、合金在鋁中加入了鎂、硅及銅等元素。這類合金具有良好的熱塑性并有較好的機(jī)械性能，常用來制造建筑型材。,（二）常用的裝飾用鋁合金制品,1. 鋁合金門窗 在現(xiàn)代建筑裝飾工程中，盡管鋁合金門窗比普通門窗的造價高3倍4倍，但由于其長期維修費(fèi)用低、性能好、美觀和節(jié)約能源等，故在世界范圍內(nèi)仍得到廣泛應(yīng)用。 與普通木門窗、鋼門窗相比，鋁合金門窗具有如下特點。 (1) 質(zhì)量輕。鋁合金門窗用材省，質(zhì)量輕，每平方米耗用鋁型材平均為8kg12kg，比用鋼木門窗的質(zhì)量減輕50%左右。 (2) 性能好。如氣密性、水密性、隔聲性、隔熱性均比普通門窗好，故對安裝空調(diào)設(shè)備的建筑、相對防塵、隔聲、保溫隔熱等有特殊要求的建筑，更適宜采用鋁合金門窗。,(3) 色澤美觀。制作鋁合金門窗框料的型材，表面可經(jīng)過氧化著色處理，可著銀白色、古銅色、暗紅色、黑色等柔和的顏色或帶色的花紋，還可以涂裝聚丙烯酸樹脂膜、使表面光亮，增加了建筑物的立面和內(nèi)部的美觀。 (4) 使用維修方便。鋁合金門窗不須要涂漆，不褪色、不脫落，表面不須要維修。鋁合金門窗強(qiáng)度較高，剛性好，堅固耐用零部件經(jīng)久不壞，開關(guān)靈活輕便，無噪聲。 (5) 便于工業(yè)