1、建筑鋼材,1 鋼材的分類 鋼材的化學(xué)成分,生產(chǎn)鋼不可避免元素：Si、Mn、P、S、N 專門加入的合金元素：Si、Mn、Ti、V、 Ni、稀土元素,鐵：主要元素 碳：0.02% 0.6% 其他元素,建筑鋼材技術(shù)性質(zhì)及驗(yàn)收保管方法,1.1 分類 1.按化學(xué)成分分類,低碳鋼：含碳量0.6%,（1）碳素鋼 （碳鋼）,（2）合成鋼 專門加入合金元素,按合金元素含量分,低合金鋼：合金元素總含量10%,建筑鋼材,按雜質(zhì)含量（品質(zhì)）分類,普通鋼：含硫量0.050%，含磷量0.045% 優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.035%，含磷量0.035% 高級優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.025%，含磷量0.025%， 牌號后加“高”或“A”

2、特級優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.015%，含磷量0.015%， 后加“E”,建筑鋼材,3.按冶煉時(shí)脫氧程度分,沸騰鋼：脫氧不充分，代號“F” 鎮(zhèn)靜鋼：脫氧充分，代號“2” 半鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度介于“F”與“2”之間，代號“b” 特殊鎮(zhèn)靜鋼：脫氧徹底，代號“TZ”,4按用途分類,結(jié)構(gòu)鋼：建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)械制造（低、中碳鋼） 工具鋼：各種工具（高碳鋼） 特殊鋼：不銹鋼（具有各種特殊的物理化學(xué)性質(zhì)）,建筑鋼材,1.2 鋼材中的常存雜質(zhì),硫：來自礦石燃料，生成FeS，鋼材加工時(shí)易裂縫，熱脆性。 磷：來自礦石燃料，生成Fe3P，脆性很大。 碳：煉鋼氧化過程中存于缸中，害處大于益處，故歸于有害元素。 錳：煉鋼時(shí)脫氧、硫殘

3、留鋼中，具有很強(qiáng)的脫氧、硫能力，大大改善 鋼材加工性能。 硅：脫氧劑，較錳強(qiáng)。 兩面性：硅很低時(shí)，強(qiáng)度增加；硅很高時(shí)，其他性能降低。 氧：與碳、磷相似。,有 害 元 素,建筑鋼材,2 建筑材料的主要技術(shù)性能,力學(xué)性質(zhì)：強(qiáng)度、彈性、塑性、耐磨性 工藝性質(zhì)（可加工性）：冷彎、可焊性,建筑鋼材,1 力學(xué)性能 1.抗拉性能是建筑鋼材最重要的力學(xué)性能。,拉伸過程分四個(gè)階段： OA：彈性階段 AB：屈服階段 BC：強(qiáng)化階段 CD：頸縮階段,第2章 建筑金屬材料,拉伸性能指標(biāo)：主要有屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度和伸長率等。 （1）屈服強(qiáng)度（屈服點(diǎn)） 上屈服強(qiáng)度：試樣首次屈服前的最大應(yīng)力； 下屈服強(qiáng)度：不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)

4、的最小強(qiáng)度，即屈服點(diǎn),Fs 屈服階段最小應(yīng)力(首次回針?biāo)鶎?yīng)的力),N；Ao 鋼材的截面積，mm2。,注意：有些鋼材無明顯屈服點(diǎn)（合金鋼、高碳鋼等硬鋼）， 應(yīng)采用產(chǎn)生殘余變形為0.2%原標(biāo)距長度時(shí)的應(yīng)力 作為屈服點(diǎn)（稱條件屈服點(diǎn)）,記為0.2或者P0.2。,建筑鋼材,（2）抗拉強(qiáng)度：鋼材所能承受的最大強(qiáng)度。,Fb為最大應(yīng)力，N。,相反，值越小，可靠性越低，安全性越低。 因此，強(qiáng)屈比一般不低于1.2，抗震結(jié)構(gòu)一般不低于1.25。,可靠性參數(shù),值得注意：強(qiáng)屈比的概念,值越大可靠性越高，安全性越高，但利用率降低，浪費(fèi)增大。,建筑鋼材,（3）伸長率：塑性指標(biāo) 。,意義： 值越大，塑性增強(qiáng)，可避免結(jié)構(gòu)過

5、早破壞；加工性 增強(qiáng)， 安全性增強(qiáng)。 值有兩種：5表示l0=5d0，d0鋼材直徑； 10l0=10d0。,lo試件原始標(biāo)距長度，mm ； l1試件拉斷后測定出伸長后標(biāo)距部分的長度，mm。,（4）斷面收縮率：塑性指標(biāo)。,AO試樣拉斷后頸縮處的截面積，mm2； A1表示鋼材的原始截面積，mm2。 伸長率和斷面收縮率均表示鋼材斷裂前經(jīng)受塑性變形的能力。,沖擊韌性 指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。 試驗(yàn)方法：標(biāo)準(zhǔn)試件的彎曲沖擊韌性試驗(yàn)。 指標(biāo)：試件缺口處單位截面積上所消耗的功,計(jì)作ak,J/cm2。 ak值愈大，鋼材的沖擊韌性愈好。,3.耐疲勞性 疲勞破壞：交變荷載反復(fù)作用，鋼材在應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度時(shí),突然發(fā)

6、出脆性斷裂的現(xiàn)象。 危害極大,沖擊韌性試驗(yàn)原理圖,2 工藝性能 冷彎性能：常溫下鋼材承受彎曲變形的能力。 焊接性能：鋼結(jié)構(gòu)中90%以上為焊接結(jié)構(gòu),焊接性非常重要。,建筑鋼材,（1）冷彎性能 冷彎性能試驗(yàn)：試件被彎曲的角度（90、180）。,冷彎試驗(yàn)意義：能反映試件彎曲處的塑性變形，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。 冷彎試驗(yàn)也能對鋼材的焊接質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，能揭示焊件受彎表面是否存在未熔合，裂縫及夾雜物等缺陷。,判定標(biāo)準(zhǔn)：若試件彎曲處的 外表面無裂斷、裂縫或起層， 認(rèn)為冷彎性能合格。,建筑鋼材,（2）焊接性能,焊接方式：搭接、對接 焊接要求： 焊接處（焊縫及其附近過熱區(qū)

7、）不產(chǎn)生 裂縫及硬脆傾向。 焊接處與母材一致，即拉伸試驗(yàn)，強(qiáng)度 不低于原鋼材強(qiáng)度。 影響因素：碳、合金元素等雜質(zhì)元素越多，可焊性越小。,建筑鋼材,3 鋼材的強(qiáng)化與加工 3.1 冷加工 指鋼材在常溫下進(jìn)行的加工。 常見的冷加工方式：冷拉、冷拔、冷軋、冷扭、刻痕等。 特點(diǎn)：鋼材經(jīng)冷加工產(chǎn)生塑性變形，從而提高其屈服強(qiáng)度， 這一過程稱為冷加工強(qiáng)化處理。,建筑鋼材,3.2 時(shí)效處理 將經(jīng)過冷拉的鋼筋于常溫下存放1520d，或 加熱到100200并保持一段時(shí)間,這個(gè)過程稱為時(shí)效處理。,自然時(shí)效,作用: 鋼筋冷拉以后再經(jīng)過 時(shí)效處理，其屈服點(diǎn) 進(jìn)一步提高，塑性繼 續(xù)有所降低。 時(shí)效過程中應(yīng)力的消減， 彈性模

8、量可基本恢復(fù)。,人工時(shí)效,建筑鋼材,4 鋼材的銹蝕與防護(hù),4.1 鋼材的銹蝕 鋼材表面與其周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而遭到的破壞， 稱為鋼材的銹蝕。,化學(xué)銹蝕 電化學(xué)銹蝕,鋼材直接與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生銹蝕，多數(shù)是由氧化作用在鋼材表面形成疏松氧化物。在干燥環(huán)境中反應(yīng)緩慢，但溫度和濕度較高，銹蝕則發(fā)展迅速。,鋼材本身組成上的原因和雜質(zhì)的存在，在表面介質(zhì)的作用下，各成分電極電位的不同，形成微電池，鐵元素失去了電子成為Fe2+進(jìn)入介質(zhì)溶液，與溶液中的OH-離子結(jié)合生成Fe（OH）2。,銹蝕的結(jié)果：在鋼材表面形成疏松的氧化物，使鋼結(jié)構(gòu)斷面減小， 降低鋼材的性能，因而承載力降低。,建筑鋼材,4.2 鋼材的

9、防護(hù) 三個(gè)方面：從改變鋼材本身的易腐蝕性、隔離環(huán)境中的侵蝕性介質(zhì)或改變鋼材表面的電化學(xué)過程。 （1）采用耐候鋼（耐大氣腐蝕鋼） （2）金屬覆蓋 電鍍或噴鍍的方法覆蓋在鋼材表面。 （3）非金屬覆蓋 在鋼材表面用金屬材料做為保護(hù)膜, 如噴涂涂料、 搪瓷和塑料等。 （4）混凝土用鋼筋的防銹,建筑鋼材,5 土木工程常用鋼材 5.1 鋼結(jié)構(gòu)用鋼 5.2 混凝土結(jié)構(gòu)用鋼,建筑鋼材,5.1 鋼結(jié)構(gòu)用鋼 1.碳素結(jié)構(gòu)鋼 （1）碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號 表示按順序：屈服點(diǎn)字母（Q）、屈服點(diǎn)數(shù)值（單位MPa）、 質(zhì)量等級（有A、B、C、D 4級，逐級提高）和脫氧方法 （F：沸騰鋼，b：半鎮(zhèn)鋼，Z：鎮(zhèn)靜鋼，TZ：特殊鎮(zhèn)鋼。

10、 牌號表示時(shí)Z、TZ可省略）。 例如：Q235AF 表示屈服點(diǎn)為235MPa，A級沸騰鋼。 Q235B 表示屈服點(diǎn)為235MPa，B級鎮(zhèn)靜鋼。,建筑鋼材,（2）碳素結(jié)構(gòu)鋼的選用 碳素結(jié)構(gòu)鋼依牌號增大，含碳量增加，其強(qiáng)度增大，但塑性和韌性降低。 建筑工程中主要應(yīng)用Q235號鋼,可用于軋制各種型鋼、鋼板、鋼管與鋼筋。 具有較高的強(qiáng)度，良好的塑性、韌性，可焊性及可加工等綜合性能好,且 冶煉方便，成本較低，因此廣泛用于一般鋼結(jié)構(gòu)。其中C、D級可用在重要 的焊接結(jié)構(gòu)。 Q195、Q215號鋼材強(qiáng)度較低，但塑性、韌性較好，易于冷加工，可制作 鉚釘、鋼筋等。Q225、Q275號鋼材強(qiáng)度高，但塑性、韌性、可焊

11、性差， 可用于鋼筋混凝土配筋及鋼結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件及螺栓等。 受動(dòng)荷載作用結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)及低溫下工作的結(jié)構(gòu)，不能選用A、B質(zhì)量 等級鋼及沸騰鋼。,建筑鋼材,低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 （1）低合金高強(qiáng)度鋼的牌號 共有5個(gè)牌號 牌號由三部分表示：含碳量、合金元素的種類及含量。前兩位 數(shù)字表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)；其后的元素符合表示按主次加 入的合金元素；合金元素后面如未附數(shù)字，表示其平均含量在 1.5%以下；如附有數(shù)字“2”,表示其平均含量在1.5% 5%之間 最后如附有“b”，表示為半鎮(zhèn)靜鋼，否則為鎮(zhèn)靜鋼。 例如：16Mn 表示平均含碳量為0.16%， 平均含碳量低于1.5%的鎮(zhèn)靜鋼。,建筑鋼材,（2）低合金

12、高強(qiáng)度鋼的選用 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼具有輕質(zhì)高強(qiáng)，耐蝕性、耐低溫性好，抗沖擊性強(qiáng)， 使用壽命長等良好的綜合性能；具有良好的可焊性及冷加工性，易于加 工與施工，因此，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼可以用作高層及大跨度建筑（如 大跨度橋梁、大型廳館、電視塔等）的主體結(jié)構(gòu)材料。 與普通碳素鋼相比可節(jié)約鋼材，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 當(dāng)?shù)秃辖痄撝械你t含量達(dá)11.5%時(shí)，鉻就在合金金屬的表面形成一層惰性 的氧化鉻膜，成為不銹鋼。 不銹鋼具有低的導(dǎo)熱性，良好的耐蝕性能等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是溫度變化 時(shí)膨脹性較大。 不銹鋼既可以作為承重構(gòu)件，又可以作為建筑裝飾材料。,建筑鋼材,5.2 混凝土結(jié)構(gòu)用鋼 1.熱軋鋼筋 （1）牌號 熱軋鋼

13、筋分為R235、HRB335、HRB400、HRB500四個(gè)牌號。 牌號意義：R代表熱軋光圓鋼筋、HRB代表熱軋帶肋鋼筋， 其中熱軋光圓鋼筋由碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成，表面光圓； 熱軋帶肋鋼筋由低合金鋼軋制而成，外表帶肋。 牌號中的數(shù)字：表示熱軋鋼筋的屈服強(qiáng)度。,建筑鋼材,（2）熱軋鋼筋的選用 光圓鋼筋的強(qiáng)度較低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，廣泛 用做普通鋼筋混凝土。 HRB335，HRB400帶肋鋼筋的強(qiáng)度較高，塑性及焊接性也較好， 廣泛用做大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋。 HRB500帶肋鋼筋強(qiáng)度高，但塑性與焊接性較差，適宜作預(yù)應(yīng) 力鋼筋。,建筑鋼材,冷拉熱軋鋼筋 為了提高強(qiáng)度以節(jié)約鋼筋，工

14、程中常按施工規(guī)程對 熱軋鋼筋進(jìn)行冷拉。 冷拉熱軋鋼筋分為：冷拉級、冷拉級、 冷拉級、冷拉級,建筑鋼材,（3）冷拉熱軋鋼筋的選用 冷拉I級鋼筋適用作非預(yù)應(yīng)力受拉鋼筋。 冷拉、級鋼筋強(qiáng)度較高，可用作預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 的預(yù)應(yīng)力筋。 由于冷拉鋼筋的塑性、韌性較差，易發(fā)生脆斷，因此，冷拉 鋼筋不宜用于負(fù)溫度、受沖擊或重復(fù)荷載作用的結(jié)構(gòu)。,建筑鋼材,3.冷軋帶肋鋼筋 冷軋帶肋鋼筋是用低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)冷軋或冷拔減徑后，在其表面冷軋成三面有肋的鋼筋。 冷軋帶肋鋼筋代號為CR，按抗拉強(qiáng)度分為三級：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170，其中數(shù)值表示鋼筋應(yīng)達(dá) 到的最小抗拉強(qiáng)度值。

15、 冷軋帶肋鋼筋提高了鋼筋的握裹力，可廣泛用于中、小預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，也可用于焊接鋼筋網(wǎng)。,建筑鋼材,4.冷軋扭鋼筋 加工：冷軋扭鋼筋由低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)專用鋼筋冷軋扭機(jī) 調(diào)直、冷軋并冷扭一次成型，具有規(guī)定截面形狀和節(jié) 距的連續(xù)螺旋狀鋼筋。 分類：按其截面形狀不同分為I型(矩形截面)和型(菱形 截面)兩種類型。代號為LZN。 應(yīng)用：冷軋扭鋼筋可適用于鋼筋混凝土構(gòu)件. 特點(diǎn)：冷軋扭鋼筋與混凝土的握裹力與其螺距大小有直接關(guān) 系。螺距越小,握裹力越大,但加工難度也越大,因此, 應(yīng)選擇適宜的螺距。冷軋扭鋼筋在拉伸時(shí)無明顯屈服 臺階，為安全起見，其抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度采用0.8b。,建

16、筑鋼材,5.熱處理鋼筋 加工：熱處理鋼筋是用熱軋螺紋鋼筋經(jīng)淬火和回火的調(diào)質(zhì)處理 而成的。代號為RB150。 種類：按螺紋外形可分為有縱肋和無縱肋兩種。 牌號：熱處理鋼筋有40SiMn、48Si2Mn和45Si2Cr等三個(gè)牌號。 應(yīng)用：目前主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕，用以代替高強(qiáng)度鋼絲， 配筋根數(shù)減少,制作方便,錨固性能好,建立預(yù)應(yīng)力穩(wěn)定。 也用于預(yù)應(yīng)力混凝土板、梁和吊車梁，使用效果良好。 熱處理鋼筋系成盤供應(yīng)（每盤長約20mm），開盤后能自 然伸直，不需調(diào)直、焊接，故施工簡單，并可節(jié)約鋼材。,建筑鋼材,6.預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線 （1）預(yù)應(yīng)力鋼絲 分類：按交貨狀態(tài)分為冷拉鋼絲及消除應(yīng)力鋼絲兩

17、種；按外形 分為光面鋼絲、刻痕鋼絲、螺旋鋼絲三種；按松馳能力 分為I級松馳和級松馳兩級。 代號：RCD（冷拉鋼絲）、S（消除應(yīng)力鋼絲）、SI（消除應(yīng)力 刻痕鋼絲）、SH（消除應(yīng)力螺旋肋鋼絲）。 （2）預(yù)應(yīng)力鋼絞線 分類：按捻制結(jié)構(gòu)分為三類：用兩根鋼絲捻制的鋼絞線（表示 為12）、用三根鋼絲捻制的鋼絞線（表示為13）、 用七根鋼絲捻制的鋼絞線（表示為17）。 按應(yīng)力松馳能力分為I級松馳和級松馳兩種。,建筑鋼材,（3）預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絞線的應(yīng)用 主要用于大跨度、大負(fù)荷的橋梁、電桿、枕軌、屋架、 大跨度吊車梁等，安全可靠，節(jié)約鋼材，且不需冷拉，焊 接接頭等加工，因此，在土木工程中得到廣泛應(yīng)用。,鋼材驗(yàn)

18、收與保管,熱軋鋼筋材料質(zhì)量檢驗(yàn)： 主控項(xiàng)目： 1）抽樣檢驗(yàn)力學(xué)性能 2）對一、二級抗震等級，檢驗(yàn)的強(qiáng)度實(shí)測值符合下列規(guī)定： （1）強(qiáng)曲比的實(shí)測值1.25 （2）鋼筋屈服強(qiáng)度實(shí)測值與強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的比值不應(yīng)大于1.3，即： fy實(shí)測/fyk1.3 (3) 當(dāng)發(fā)現(xiàn)鋼筋脆斷、焊接性能不良或機(jī)械性能顯著不正常時(shí)，應(yīng)進(jìn)行化學(xué)成分檢驗(yàn)或其它專項(xiàng)檢驗(yàn)。 一般項(xiàng)目：鋼筋應(yīng)平直、無損傷，表面不得有裂紋、油污、顆粒狀或片狀老銹。,強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件,幾何不變體,幾何可變體,08年 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范局部修訂,3.9.4 當(dāng)需要以強(qiáng)度等級較高的鋼筋替代原設(shè)計(jì)中的縱向受力鋼筋時(shí)，應(yīng)按照鋼筋承載力設(shè)計(jì)值相等的原則換算，并應(yīng)滿足最小配筋率、抗裂驗(yàn)算等要求。,工程當(dāng)中關(guān)于鋼筋檢驗(yàn)或鋼筋代換的一個(gè)誤區(qū)！,08年 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范局部修訂,3.9.2 混凝土結(jié)構(gòu)材料應(yīng)符合下列規(guī)定： 1) 混凝土的強(qiáng)度等級，框支梁、框支柱及抗震等級為一級的框架梁、柱、節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)，不應(yīng)低于C30；