土木工程材料教学课件PPT建筑钢材ppt.ppt

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1、1建筑钢材建筑钢材:指用于钢结构中的各种型钢指用于钢结构中的各种型钢(角钢、槽钢、角钢、槽钢、工字钢、圆钢等工字钢、圆钢等)、钢板、钢管和用于钢筋混凝土、钢板、钢管和用于钢筋混凝土结构中的各种钢筋、钢丝等，是重要的土木工程材结构中的各种钢筋、钢丝等，是重要的土木工程材料料优良技术性能优良技术性能:较高强度和比强度；良好的塑性和较高强度和比强度；良好的塑性和韧性，能承受冲击和振动载荷；可以焊接和铆接；韧性，能承受冲击和振动载荷；可以焊接和铆接；易于加工和装配。易于加工和装配。缺点缺点:易锈蚀、耐腐蚀差，维护费用高易锈蚀、耐腐蚀差，维护费用高建筑钢材建筑钢材2 建筑钢材建筑钢材主要内容：主要内容：

2、n建筑钢材的分类、技术性能建筑钢材的分类、技术性能n建筑钢材的标准与选用建筑钢材的标准与选用n钢的腐蚀与防止钢的腐蚀与防止基本要求：基本要求：n掌握建筑钢材的分类、技术性能掌握建筑钢材的分类、技术性能；n了解建筑钢材的标准与选用；n了解钢的腐蚀与防止3第一节第一节 钢材的冶炼与分类钢材的冶炼与分类一、钢的冶炼一、钢的冶炼：(一一)、钢和铁的区分钢和铁的区分 铁和钢都是由铁和钢都是由铁和碳铁和碳组成的组成的Fe-CFe-C合金，两者的区别在于合金合金，两者的区别在于合金中中C C元素含量的不同。元素含量的不同。含碳量在含碳量在2.062.06以上，还含有锰、磷、氧、氮等杂质的以上，还含有锰、磷、

3、氧、氮等杂质的Fe-CFe-C合合金称为金称为铁铁。钢钢是含碳量是含碳量2.062.06，杂质含量较少的，杂质含量较少的Fe-CFe-C合金。合金。钢是生铁经过冶炼而得到的钢是生铁经过冶炼而得到的其原理其原理就是通过将熔融的生铁进行进行氧化，使碳的含量降低到就是通过将熔融的生铁进行进行氧化，使碳的含量降低到预定的范围内，使其他杂质含量降低到允许范围内预定的范围内，使其他杂质含量降低到允许范围内4建筑钢材的主要品种建筑钢材的主要品种1.型钢型钢n简单截面型钢：圆钢、方简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等；钢、六角钢、八角钢等；n复杂截面型钢：工字钢、复杂截面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢轨等

4、。角钢、槽钢、钢轨等。5建筑钢材的主要品种建筑钢材的主要品种2.线材线材如钢筋、钢丝等。如钢筋、钢丝等。6建筑钢材的主要品种建筑钢材的主要品种3.管材管材 无缝钢管、焊接钢管无缝钢管、焊接钢管等。等。7建筑钢材的主要品种建筑钢材的主要品种4.板材板材光面钢板、花纹钢、光面钢板、花纹钢、彩色涂层钢板等。彩色涂层钢板等。压型彩钢板压型彩钢板8(二二)、钢的冶炼：、钢的冶炼：9钢的冶炼过程钢的冶炼过程n按照炼钢炉的种类，炼钢方法可分为：按照炼钢炉的种类，炼钢方法可分为：1.空气转炉炼钢法空气转炉炼钢法:一般炼制普通碳素钢。一般炼制普通碳素钢。2.氧气转炉炼钢法氧气转炉炼钢法:炼制优质碳素钢和合金钢。

5、炼制优质碳素钢和合金钢。3.平炉炼钢法平炉炼钢法:用来炼制优质碳素钢、合金钢或用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特殊要求的专用钢。有特殊要求的专用钢。4.电炉炼钢法电炉炼钢法:主要用废钢返回熔炼得到各种特殊钢主要用废钢返回熔炼得到各种特殊钢10低合金钢：合金元素总含量低合金钢：合金元素总含量 10低碳钢：含碳量低碳钢：含碳量 0.60二、钢的分类：二、钢的分类：土木工程中主要使用碳素钢中的土木工程中主要使用碳素钢中的低碳钢低碳钢及及低合金钢低合金钢1.1.碳素钢：碳的含量碳素钢：碳的含量2.2.合金钢合金钢:合金元素含量合金元素含量(锰、硅、钒、钛等锰、硅、钒、钛等)111.1.普通钢：普通钢：含

6、硫量含硫量0.0450.050含磷量含磷量0.0452.2.优质钢：优质钢：含硫量含硫量0.035含磷量含磷量0.0353.3.高级优质钢：高级优质钢：含硫量含硫量0.025含磷量含磷量0.0254.4.特级优质钢：特级优质钢：含硫量含硫量0.015含磷量含磷量0.02512用锰铁脱氧，用锰铁脱氧，脱氧不完全，钢液浇铸后有大量脱氧不完全，钢液浇铸后有大量COCO气泡产生，引气泡产生，引起钢液沸腾。钢质不致密，内部杂质较多，强度起钢液沸腾。钢质不致密，内部杂质较多，强度较低，抗冲击韧性和可焊性较差，适用于一般受较低，抗冲击韧性和可焊性较差，适用于一般受力结构力结构13钢材的晶体组成钢材的晶体组成

7、n(1)(1)铁素体铁素体n铁素体的强度、硬度低，塑性和韧性好铁素体的强度、硬度低，塑性和韧性好n(2)(2)渗碳体渗碳体:铁和碳混合物铁和碳混合物(Fe(Fe3 3C)C)n含量达含量达6.67%,晶体结构复杂，晶体结构复杂，性质变脆，塑性差，抗拉强性质变脆，塑性差，抗拉强度低度低n(3)(3)珠光体珠光体:铁素体和渗碳体组成的机械化合物，铁素体和渗碳体组成的机械化合物，C=0.8%C=0.8%n塑性好，强度和硬度高塑性好，强度和硬度高n土木工程中所用钢材含土木工程中所用钢材含C C在在0.80.8以下，其晶体由铁素体和珠以下，其晶体由铁素体和珠光体组成，优点光体组成，优点:较高强度、塑性和

8、韧性也很好较高强度、塑性和韧性也很好14第二节第二节 建筑钢材的主要技术性质建筑钢材的主要技术性质 建筑钢材的技术性质主要包括机械性能和工艺性能。建筑钢材的技术性质主要包括机械性能和工艺性能。15 抗拉性能是建筑钢材最重要的性能，工程中一抗拉性能是建筑钢材最重要的性能，工程中一般通过拉力试验来评定钢材抗拉性能的大小，常用般通过拉力试验来评定钢材抗拉性能的大小，常用的评定指标为拉力试验中测得的屈服点、抗拉强度的评定指标为拉力试验中测得的屈服点、抗拉强度和伸长率。和伸长率。16 标准试件标准试件按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。l0 A0d0l

9、 非标准试件非标准试件不经过加工，直接在线材上切取的试件。不经过加工，直接在线材上切取的试件。头部头部头部头部工作段工作段一、拉伸性能一、拉伸性能1.1.低碳钢的拉伸性能低碳钢的拉伸性能17钢材拉伸过程的-图OA弹性阶段弹性阶段AB屈服阶段屈服阶段BC强化阶段强化阶段CD颈缩阶段颈缩阶段B下下屈服点的应力作为屈服点的应力作为钢材的屈服强度。钢材的屈服强度。(1)(1)拉伸试验过程拉伸试验过程0ACBFDB上上上屈服点上屈服点B下下下屈服点下屈服点p s b 18u 在在OA段，如卸去荷载，试件将恢复原状，表现为弹性变形。段，如卸去荷载，试件将恢复原状，表现为弹性变形。与与A点对应的应力为弹性极

10、限，用点对应的应力为弹性极限，用 表示。应力与应变成正比，表示。应力与应变成正比，其比值为常数，称为弹性模量其比值为常数，称为弹性模量Eu E反映钢抵抗弹性变形的能力即刚度的大小；低碳钢反映钢抵抗弹性变形的能力即刚度的大小；低碳钢(2.0-2.0)105MPa,=180-200MPa1.弹性阶段弹性阶段(OA段段)低碳钢受拉应力低碳钢受拉应力-应变图应变图19 当荷载增大，试件应力超过当荷载增大，试件应力超过 时，应变增加的速度大于应力增长速度，应力时，应变增加的速度大于应力增长速度，应力与应变不再成比例，开始产生塑性变形。钢材内部内部暂时失去抵抗变形与应变不再成比例，开始产生塑性变形。钢材内

11、部内部暂时失去抵抗变形的能力，这种现象称为屈服的能力，这种现象称为屈服 B上上点是这一阶段应力最高点，称为屈服上限点是这一阶段应力最高点，称为屈服上限(应力首先出现下降的最大应力应力首先出现下降的最大应力值值)，B下下点称为屈服下限点称为屈服下限(不计初始瞬时效应时的最小应力值不计初始瞬时效应时的最小应力值)。一般以一般以B下下点对应的应力作为屈服点，用点对应的应力作为屈服点，用 s表示。表示。超过屈服点后产生较大塑性变形，但已不再能够满足使用要求，故超过屈服点后产生较大塑性变形，但已不再能够满足使用要求，故 s作为刚才作为刚才设计强度取值依据设计强度取值依据2.屈服阶段：屈服阶段：低碳钢受拉

12、应力低碳钢受拉应力-应变图应变图20 当荷载超过屈服点以后，由于试件内部组织结构发生变化，当荷载超过屈服点以后，由于试件内部组织结构发生变化，抵抗变形的能力又重新提高，故称为强化阶段。对应于最高抵抗变形的能力又重新提高，故称为强化阶段。对应于最高点点C的应力，用的应力，用 b表示。表示。b 抗拉强度或强度极限抗拉强度或强度极限3.强化阶段强化阶段(BC段段)低碳钢受拉应力低碳钢受拉应力-应变图应变图21DA0B下下B上上BCCD颈缩阶颈缩阶段段4。颈缩阶段。颈缩阶段(CD段段)当钢材强化达到最高点后，在试件薄弱处的截面将显著缩小，产生当钢材强化达到最高点后，在试件薄弱处的截面将显著缩小，产生“

13、颈缩现象颈缩现象”，由于试件断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力也就随着下降，最后发生断裂由于试件断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力也就随着下降，最后发生断裂22拉伸性能指标：拉伸性能指标：屈服点、抗拉强度、伸长率、断面收缩率。屈服点、抗拉强度、伸长率、断面收缩率。0sAFSFs 屈服阶段最小的力屈服阶段最小的力(首次回针所对应的力首次回针所对应的力),N；Ao 钢材钢材的原始截面积，的原始截面积，mm2。(1)(1)屈服强度屈服强度(屈服点屈服点)上屈服点上屈服点(B(B上上)：试样首次屈服前的最大应力；试样首次屈服前的最大应力；下屈服点下屈服点(B(B下下)：不计初始瞬时效应的最小应力，

14、即屈服点不计初始瞬时效应的最小应力，即屈服点23(2)(2)抗拉强度：抗拉强度：钢材所能承受的最大拉应力。钢材所能承受的最大拉应力。Fb最大拉力，最大拉力，N。试验时，一般以试验时，一般以钢材出现颈缩为准。钢材出现颈缩为准。强屈比一般不低于强屈比一般不低于1.21.2，抗震结构一般不低于，抗震结构一般不低于1.251.25。0bAFb可靠性参数可靠性参数 bs强屈比值得注意：值得注意：强屈比的概念强屈比的概念值越大值越大,可靠性越高可靠性越高,安全性越高安全性越高,但利用率降低，浪费增大。但利用率降低，浪费增大。24(3)(3)伸长率：伸长率：塑性指标。塑性指标。意义：意义：值值越大，塑性增强

15、，可避免结构过早破坏；越大，塑性增强，可避免结构过早破坏；加工性增强，安全性增强。加工性增强，安全性增强。值有两种：值有两种：5表示表示L0=5d0 d0钢材直径钢材直径 10表示表示L0=10d0%100LLL001Lo试件原始标距长度，试件原始标距长度，mm；L1试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度，试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度，mm。25 (4)(4)断面收缩率：塑性指标。断面收缩率：塑性指标。A1试样拉断后颈缩处的截面积，试样拉断后颈缩处的截面积，mm2；A0表示钢表示钢材的原始截面积，材的原始截面积，mm2。常用低碳钢的塑性指标常用低碳钢的塑性指标=15-30%；断面收缩；断

16、面收缩60%伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。%100010 AAA 26思考题思考题n从新进货的一批钢筋中抽样，并截取钢筋做拉伸试验，测得从新进货的一批钢筋中抽样，并截取钢筋做拉伸试验，测得如下结果：屈服强度分别为如下结果：屈服强度分别为42.4KN，41.5KN；抗拉极限荷；抗拉极限荷载分别为载分别为62.0KN，61.6KN；公称直径为；公称直径为12mm，断后长度，断后长度分别为分别为66.0mm和和67mm。计算该钢筋的屈强比和。计算该钢筋的屈强比和532642.441.510137121 4 3.14 1210ssFMPaA32662.061.610154721 4 3.14 1210bbFMPaA3710.68547sbMPaMPa10501 67.06066.060100%100%10.9%26060LLL272.硬钢硬钢(高碳钢高碳钢)的拉伸性能的拉伸性能n硬钢抗拉强度高，塑性差，硬钢抗拉强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。规无法直接测定屈服强度