土木工程材料建筑钢材.pptx
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1、第一节第一节 概述概述什么是建筑钢材?什么是建筑钢材?钢材钢材是钢经过冷、热加工而得到的各种定型产品。是钢经过冷、热加工而得到的各种定型产品。建筑钢材建筑钢材是指用于钢结构的各种型材(如圆钢、角钢、工字钢等)、钢管、钢板和用于钢筋混是指用于钢结构的各种型材(如圆钢、角钢、工字钢等)、钢管、钢板和用于钢筋混凝土的各种钢筋、钢丝等。凝土的各种钢筋、钢丝等。第1页/共56页建筑钢材的特点?建筑钢材的特点?强度高;强度高;韧性、塑性好;韧性、塑性好;抗冲击,能承受较大的塑性变形,便于冷加工;抗冲击,能承受较大的塑性变形,便于冷加工;质量均匀,性能可靠;质量均匀,性能可靠;易锈蚀;易锈蚀;高温时易丧失强
2、度。高温时易丧失强度。第2页/共56页明石海峡大桥明石海峡大桥20世纪最长的桥(主跨世纪最长的桥(主跨1990m)韧韧性性好好、抗抗冲冲击击能能力力强强第3页/共56页强度高、韧韧性性好好西尔斯大厦第4页/共56页钢材的缺陷钢材的缺陷容易腐蚀:容易腐蚀:措施:表面涂层,电镀,与混凝土复合措施:表面涂层,电镀,与混凝土复合耐火性差耐火性差第5页/共56页第6页/共56页世贸中心世贸中心世贸中心世贸中心钢筋铁骨为何不堪一击钢筋铁骨为何不堪一击钢筋铁骨为何不堪一击钢筋铁骨为何不堪一击?几十吨飞机汽油引起的失火,导致大楼钢结构软化甚至熔化,上层开始倒几十吨飞机汽油引起的失火,导致大楼钢结构软化甚至熔化
3、,上层开始倒几十吨飞机汽油引起的失火,导致大楼钢结构软化甚至熔化,上层开始倒几十吨飞机汽油引起的失火,导致大楼钢结构软化甚至熔化,上层开始倒塌,往下逐层传递,形成塌,往下逐层传递,形成塌,往下逐层传递,形成塌,往下逐层传递,形成“多米诺骨牌效应多米诺骨牌效应多米诺骨牌效应多米诺骨牌效应”,最后导致整座大楼坍塌。,最后导致整座大楼坍塌。,最后导致整座大楼坍塌。,最后导致整座大楼坍塌。第7页/共56页双塔巨型的中心区钢柱,与外围钢柱,通过地板横梁以多重锁扣和焊接的方式,双塔巨型的中心区钢柱,与外围钢柱,通过地板横梁以多重锁扣和焊接的方式,紧密相连,形成相对轻盈而又异常坚固的紧密相连,形成相对轻盈而
4、又异常坚固的“筒中筒筒中筒”结构。结构。第8页/共56页谁能想象这栋曾被称为世界建筑谁能想象这栋曾被称为世界建筑典范的双塔,却在典范的双塔,却在9/11当天,被飞当天,被飞机在机在82层和层和96层撞击后,整栋大层撞击后,整栋大楼以近乎完美的垂直方式自我毁楼以近乎完美的垂直方式自我毁灭了呢?灭了呢?第9页/共56页第10页/共56页大楼轻易地承受了飞机的撞击。撞击口很快变黑,大楼轻易地承受了飞机的撞击。撞击口很快变黑,提示中心区有大火。提示中心区有大火。第11页/共56页南塔在飞机南塔在飞机撞击后撞击后5656分分钟,爆炸而钟,爆炸而成巨大的粉成巨大的粉尘,各种碎尘,各种碎片向四周喷片向四周喷
5、射。射。第12页/共56页北塔完完全全地在北塔完完全全地在半空中化为粉末,半空中化为粉末,形成了与火山碎屑形成了与火山碎屑流非常相似的尘雾流非常相似的尘雾云,并迅速扩张到云,并迅速扩张到原来建筑物的数倍原来建筑物的数倍之大之大(四张照片分别四张照片分别为开始倒塌后为开始倒塌后7,13.3,14.5,22秒秒)。第13页/共56页完完美美地地塌塌陷陷在在其其边边界界内内,没没有有对对周周围围建建筑筑物物产产生生如如何何损损坏坏。第14页/共56页建筑钢材的用途?建筑钢材的用途?建筑钢材的用途?建筑钢材的用途?建筑工程中作为结构材料用型材作钢结构;用钢筋作钢筋混凝土结构。第15页/共56页钢材的分
6、类钢材的分类1.按化学成分分类铁铁(C2%):):炼钢生铁;铸造生铁;合金生铁炼钢生铁;铸造生铁;合金生铁钢钢(C2%)碳素钢碳素钢低碳钢(低碳钢(C0.6%)合金钢合金钢低合金钢(合金低合金钢(合金10%)第16页/共56页轻轻轻轻质质质质高高高高强强强强、韧韧韧韧性性性性好好好好东京塔钢材埃菲尔铁塔铸铁第17页/共56页2.按冶炼时脱氧程度分类按冶炼时脱氧程度分类()沸腾钢。()沸腾钢。()镇静钢()镇静钢。()半镇静钢。()半镇静钢。()特殊镇静钢。()特殊镇静钢。第18页/共56页脱氧沸腾钢:沸腾钢:碳碳、磷磷、硫硫等等成成分分偏偏析析严严重重,钢钢致致密密程程度度、焊焊接接性性能、低
7、温下的能、低温下的冲击韧性冲击韧性较差。较差。(F)半镇静钢:半镇静钢:脱氧程度与性能介于沸腾钢和镇静钢之间。脱氧程度与性能介于沸腾钢和镇静钢之间。(b)镇静钢:镇静钢:脱脱氧氧充充分分,成成分分均均匀匀纯纯净净、杂杂质质少少、组组织织致致密密;冷冷脆性和时效敏感性较低,疲劳强度和可焊性较好。脆性和时效敏感性较低,疲劳强度和可焊性较好。(Z)特殊镇静钢:特殊镇静钢:脱氧很充分,晶粒细化,质量与性能比镇静钢更好。脱氧很充分,晶粒细化,质量与性能比镇静钢更好。(TZ)第19页/共56页3.按有害杂质含量分类按有害杂质含量分类按钢中有害杂质磷()和硫(按钢中有害杂质磷()和硫(S)含量的多少,钢材可
8、分为以下四类:含量的多少,钢材可分为以下四类:()()普通钢普通钢。()()优质钢优质钢。()()高级优质钢高级优质钢。()()特级优质钢特级优质钢。第20页/共56页4.根据性能及使用特性分类根据性能及使用特性分类结构钢结构钢工具钢工具钢特殊性能钢特殊性能钢专门用途钢专门用途钢第21页/共56页主要建筑钢材建筑上所用的主要是:属于碳素结构钢的低碳钢;属于普通钢的低合金结构钢。第22页/共56页钢的冶炼、加工及钢的冶炼、加工及对钢材性能的影响对钢材性能的影响1.钢的冶炼第23页/共56页1.钢的冶炼第24页/共56页 根据炼钢设备的不同,炼钢方法有转炉、平炉和电炉三种方法:三种主要炼钢方法的特
9、点炉种 原料 特 点 生产钢种氧气转炉氧气转炉 铁水,铁水,废钢废钢可有效除去磷、硫杂质少,可有效除去磷、硫杂质少,碳素钢碳素钢 效率高效率高 质量好。质量好。低合金钢低合金钢 电炉电炉 生铁、废钢生铁、废钢 产量低、耗电大,杂质少产量低、耗电大,杂质少 合金钢合金钢 质量最好质量最好,成本高成本高优质碳素钢优质碳素钢平炉平炉生铁、废钢生铁、废钢时间长,成分稳定时间长,成分稳定碳素钢碳素钢质量较好、成本较高质量较好、成本较高低合金钢低合金钢第25页/共56页2.钢的加工钢的加工热轧(压力热加工)热轧(压力热加工)冷加工(常温冷拉、冷拔、冷轧)冷加工(常温冷拉、冷拔、冷轧)热处理热处理时效时效自
10、然时效:冷拉后常温下放自然时效:冷拉后常温下放15201520天天人工时效:加热人工时效:加热100200100200,存放一段时间,存放一段时间第26页/共56页钢的晶体组织钢的晶体组织 金属的晶体结构金属的晶体结构1、金金属属材材料料都都是是晶晶体体结结构构,金金属属原原子子按按几几何何形形状状排排列列,形形成成体体心心立立方方、面面心心立立方方和和密密排排六方等三种晶格;六方等三种晶格;2、晶晶格格节节点点上上的的金金属属原原子子互互相相以以金金属属键键相相结结合,所有的价电子为自由电子;合,所有的价电子为自由电子;3、钢材内部结构是由很多晶粒组成的多晶体,、钢材内部结构是由很多晶粒组成
11、的多晶体,各晶粒之间存在晶界。各晶粒之间存在晶界。第27页/共56页钢中的晶体组织与性能钢中的晶体组织与性能铁素体铁素体碳溶于碳溶于 Fe中的固溶体。中的固溶体。Fe为体心结构,孔为体心结构,孔隙较小,溶碳量较低,因而具有良好的塑性和韧性,隙较小,溶碳量较低,因而具有良好的塑性和韧性,强度与硬度较低。强度与硬度较低。渗碳体渗碳体铁和碳的化合物铁和碳的化合物Fe3C,含碳量高达,含碳量高达6.69,故性质,故性质硬脆,塑性和韧性几乎为零,硬度高。硬脆,塑性和韧性几乎为零,硬度高。珠光体珠光体铁素体与渗碳体的混合物,两者相间存在于同一晶铁素体与渗碳体的混合物,两者相间存在于同一晶体中,含碳量体中,
12、含碳量0.77,其性质介于二者之间。,其性质介于二者之间。奥氏体奥氏体碳溶于碳溶于 Fe中的固溶体,在中的固溶体,在7270C以上存在,含碳以上存在,含碳量量0.772.11,其强度与硬度不高,塑性好,故,其强度与硬度不高,塑性好,故钢材在高温下热加工。钢材在高温下热加工。第28页/共56页钢材的力学性能及工艺性能钢材的力学性能及工艺性能 一、力学性能一、力学性能1.抗拉性能抗拉性能抗拉性能是建筑钢材最重要的技术性质。抗拉性能是建筑钢材最重要的技术性质。技术指标:由拉力试验测定的屈服点、抗拉强度和伸长率。技术指标:由拉力试验测定的屈服点、抗拉强度和伸长率。第29页/共56页第30页/共56页强
13、度指标强度指标弹性极限(弹性极限(e)表示钢材保持弹性变形表示钢材保持弹性变形,不产生不产生塑性变形的最大应力塑性变形的最大应力,是弹性零件的设计依据。是弹性零件的设计依据。屈服强度(屈服强度(s)表示钢材开始发生明显塑性变形表示钢材开始发生明显塑性变形的抗力,是钢结构设计的依据。的抗力,是钢结构设计的依据。条件屈服强度条件屈服强度 0.2对于屈服现象不明显的硬钢,对于屈服现象不明显的硬钢,则规定以产生残余变形为则规定以产生残余变形为0.2%时的应力。时的应力。强度极限强度极限(抗拉强度抗拉强度b)表示金属受拉时所能承受表示金属受拉时所能承受的最大应力。的最大应力。第31页/共56页()屈服点
14、()屈服点当对试件的拉伸进入塑性当对试件的拉伸进入塑性变形的屈服阶段时,变形的屈服阶段时,称屈服下限称屈服下限下下所对应的所对应的应力为屈服强度或屈服点,应力为屈服强度或屈服点,记做记做s s。设计时一般以设计时一般以s s作为强度作为强度取值的依据。对屈服现象取值的依据。对屈服现象不明显的钢材,规定以不明显的钢材,规定以0.20.2残余变形时的应力残余变形时的应力0.20.2作为屈服强度。作为屈服强度。第32页/共56页()抗拉强度与屈强比()抗拉强度与屈强比对应于最高点的应力称为抗拉强度,用对应于最高点的应力称为抗拉强度,用b表示。表示。设设计计中中抗抗拉拉强强度度虽虽然然不不能能利利用用
15、,但但屈屈强强比比sb有一定意义。有一定意义。屈屈强强比比愈愈小小,反反映映钢钢材材受受力力超超过过屈屈服服点点工工作作时时的的可可靠靠性愈大,因而结构的安全性愈高;性愈大,因而结构的安全性愈高;屈强比太小,则反映钢材不能有效地被利用。屈强比太小,则反映钢材不能有效地被利用。因此,屈强比最好在因此,屈强比最好在0.600.75,既安全又经济。,既安全又经济。第33页/共56页(3)伸长率:伸长率:量出拉断后标距部分的长度量出拉断后标距部分的长度L Ll l,标距的伸长值与原始标距,标距的伸长值与原始标距L L0 0的百分率称为伸长率。的百分率称为伸长率。即:即:第34页/共56页断面收缩率(断
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