第五章 建筑钢材PPT.ppt

第5章 建筑钢材; 建筑钢材是建筑工程中所用各种钢材的总称。包括钢结构所用的各种型钢、钢板、钢筋、钢丝和钢绞线 钢材具有强度高，有一定塑性和韧性，能承受冲击和振动荷载，可以焊接或铆接，便于装配等优点；其缺点主要是易锈蚀，维护费用大，耐火性差，生产能耗大。 在建筑工程中钢材被大量用作结构材料，并被列为建筑工程的三大重要材料之一(钢筋、水泥、砂) 。 ;某钢结构厂房;钢结构别墅工程;某房屋建筑柱子钢筋工程;本章内容;?1.1.1 钢的冶炼和分类 一、铁和钢的冶炼 1、铁的冶炼及性能 铁俗称生铁，由铁、碳合金组成，其中铁的质量分数≥2.11%。 来源：铁由铁矿石、焦炭和助熔剂在高温炉中经高温冶炼，从矿石中还原出来的 用于炼铁的矿石分为四种：赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)、菱铁矿(FeCO3)和褐铁矿(Fe2O3·nH2O) 铁通常用于铸造成形，故称之为铸??; 2、钢的冶炼 ; 钢是将炼钢生铁在1700℃左右的炼钢炉中冶炼，把生铁中的杂质氧化，将含碳量降到2.06%以下，并将其他元素调整到规定范围 钢的冶炼方法根据炼钢设备的不同主要分为平炉、转炉和电炉三类。建筑钢多是平炉钢、顶吹氧气转炉钢和侧吹碱性转炉钢 ①平炉炼钢法：炼钢过程分为装料、熔化、精炼、脱氧出钢四个过程 特点：钢材性能均质，冶炼时间长，成本高，燃料效率低，多用于炼制优质碳素钢、合金钢和专用钢;②转炉炼钢法 特点：能有效的除掉杂质，钢材性能好，冶炼时间短，成本较低。多用于炼制碳素钢和低合金钢 ③电炉炼钢法：用电加热进行高温冶炼 特点：加温速度快且温度易调节，钢质好、产量低、成本高。一般用于炼制特殊合金钢及高、中合金钢;2、钢的浇注 冶炼生产的钢，除极少量直接用作钢铸件外，绝大部分都是先浇注成钢锭，然后再加工制成各种钢材 浇注方法为钢锭模浇注和连续钢锭浇注两种 炼钢需要足够的氧，但如果钢材中残存了氧，会使钢质变差。因此，必须在冶炼后期脱氧。根据脱氧程度所表现的状态，分为镇静钢、半镇静钢、特殊镇静钢和沸腾钢四类 ①沸腾钢(F)：在钢炉内加入锰铁进行部分脱氧，而残存 ;的化合物与碳化合生成CO气体，气泡逸出，在钢水表面形成沸腾现象，故称之为沸腾钢 特点：冷脆性和实效敏感性高，可焊性差，沸腾钢的质量只能达到一般要求 ②镇静钢(Z)：加入锰、铁、铝，使钢完全脱氧。因脱氧过程中钢水表面平静，无沸腾现象，故称之为镇静钢 特点：冷脆性和实效敏感性低，疲劳强度高，可焊性好。适用于承受冲击荷载的重要结构 ③特殊镇静钢(TZ)：脱氧彻底，性能更优于镇静钢，但在工程上很少用 ;3、钢材的加工 ; 将钢锭加热到1150～1300℃后进行热轧(锻造、热压、轧制)，所得的形状尺寸符合要求的钢材为热轧钢材；将钢锭先热轧，经冷却至室温后再进行冷轧的产品为冷轧钢材 一般建筑钢材以热轧为主。钢管是用钢板加工焊制而成的。无缝钢管是对实心钢坯进行穿孔，经热轧、挤压、冷轧、冷拔等工艺而制得 热轧的次数越多，强度提高的程度越大 ; ;;按化学成分分类;按有害杂质含量分类; 按用途分类;?1.1.2 建筑钢材的力学与工艺性能 ; 建筑钢材的技术性能;1、拉伸性能;试验过程：将试件放在试验机夹具上，在试件两端加一对缓慢增加的拉伸荷载，观察试件的受力与变形过程直到被拉断 在加载过程中，为了使拉伸试验不受不同试件尺寸的影响，更好的反映钢材的力学性能，采用应力-延伸率曲线 不同材料的拉伸试验所得到的应力-延伸率曲线有很大差异; 低碳钢的受拉过程分为四个阶段 ;第一阶段：弹性阶段(Ⅰ)—OA段 一条通过原点的直线，应力与应变成正比。 ; ;第三阶段：强化阶段(Ⅲ)—BC段 ;第四阶段：颈缩阶段(Ⅳ)—CD段 ;2、冲击韧性 ; 冲击韧性通过冲击试验确定，用试验机摆锤冲击带有V型缺口标准试件的背面，试件缺口冲断处单位面积上所消耗的功即为冲击韧性。 ;冲击韧性的影响因素：钢的化学成分、冶炼方法、温度、加工等 钢中有害元素如硫、磷含量较高时，钢材的冲击韧性显著下降 钢材在负温条件下，冲击韧性会显著下降，钢材有塑性状态转变为脆性状态，这一现象称为钢材的冷脆性。因此，要求钢材的脆性转变温度低于实际使用环境的最低温度;3、疲劳强度; 钢材在交变荷载反复多次作用下，可在最大应力远低于抗拉强度的情况下突然破坏，这种破坏称为疲劳破坏。钢材的疲劳破坏指标用疲劳强度（或称疲劳极限）来表示，是钢材在交变荷载的作用下，在规定的周期内不发生断裂所承受的最大应力值。