建筑金属材料课件.ppt

1、伦敦千年穹顶伦敦千年穹顶用钢量：用钢量：4000吨千年穹顶的造型很奇特吨千年穹顶的造型很奇特-它由它由12根穿出屋面、高达根穿出屋面、高达100米的钢桅杆支撑，屋顶采用膜材料覆盖成圆球形，而膜面则支米的钢桅杆支撑，屋顶采用膜材料覆盖成圆球形，而膜面则支撑在撑在72根辐射状的钢索上，远远望去像一个白色的大帐篷。根辐射状的钢索上，远远望去像一个白色的大帐篷。吉隆坡国家石油双塔大吉隆坡国家石油双塔大厦厦用钢量：用钢量：7500吨高吨高452米的吉隆坡国家石油双米的吉隆坡国家石油双塔大厦号称目前世界上塔大厦号称目前世界上最高的纯钢结构建筑最高的纯钢结构建筑(外外层材料为不锈钢和玻璃层材料为不锈钢和玻璃

2、)。双塔大厦在双塔大厦在41层和层和42层层之间还有一座用轻型钢之间还有一座用轻型钢建造的建造的“空中天桥空中天桥”连连接两塔，接两塔，“桥桥”长长58米、米、高高9米，总重米，总重750吨吨日本明石海峡大桥日本明石海峡大桥用钢量：用钢量：30万吨这座目前世界上主跨最长的悬桥万吨这座目前世界上主跨最长的悬桥(全长全长3911米，米，主跨长主跨长1991米米)，将日本的本州、九州、北海道和四国岛连在了，将日本的本州、九州、北海道和四国岛连在了一起。该桥可承受里氏一起。该桥可承受里氏8.5级的强烈地震和级的强烈地震和80米米/秒的暴风。秒的暴风。第二章建筑金属材料第二章建筑金属材料C2.11C2.

3、11冶 炼生 铁钢水 生铁中的碳氧化，降低含C量，除去杂质元素，降低其含量铸锭钢钢材热加工2.1钢的分类钢的分类一一.钢的化学成分及其对性能的影响钢的化学成分及其对性能的影响二二.钢的微观结构及其对性能的影响（自学）钢的微观结构及其对性能的影响（自学）三钢的分类三钢的分类1.按化学成分分：按化学成分分：2.1钢的分类钢的分类三钢的分类三钢的分类2.按脱氧程度分：按脱氧程度分：3.按质量等级分按质量等级分:普通钢、优质钢、高级优质钢、特级优质钢普通钢、优质钢、高级优质钢、特级优质钢2.1钢的分类钢的分类钢材的脱氧程度对钢材质量的影响钢材的脱氧程度对钢材质量的影响(A)沸腾钢沸腾钢(B)镇静钢镇静

4、钢2.2建筑用钢的技术性质建筑用钢的技术性质一一.钢材的力学性能钢材的力学性能（一）抗拉性能（一）抗拉性能2.2建筑用钢的技术性质建筑用钢的技术性质一一.钢材的力学性能钢材的力学性能（一）抗拉性能（一）抗拉性能2.2建筑用钢的技术性质建筑用钢的技术性质1.弹性阶段弹性阶段一一.钢材的力学性能钢材的力学性能（一）抗拉性能（一）抗拉性能2.2建筑用钢的技术性质建筑用钢的技术性质一一.钢材的力学性能钢材的力学性能（一）抗拉性能（一）抗拉性能2.屈服阶段屈服阶段2.2建筑用钢的技术性质建筑用钢的技术性质一一.钢材的力学性能钢材的力学性能（一）抗拉性能（一）抗拉性能3.强化阶段强化阶段2.2建筑用钢的技

5、术性质建筑用钢的技术性质一一.钢材的力学性能钢材的力学性能（一）抗拉性能（一）抗拉性能4.颈缩阶段颈缩阶段2.2建筑用钢的技术性质建筑用钢的技术性质一一.钢材的力学性能钢材的力学性能（二）塑性（二）塑性1.伸长率伸长率2.断面收缩率断面收缩率2.2建筑用钢的技术性质建筑用钢的技术性质一一.钢材的力学性能钢材的力学性能（三）冲击韧性（三）冲击韧性摆锤试件H0H12.2建筑用钢的技术性质建筑用钢的技术性质一一.钢材的力学性能钢材的力学性能（三）冲击韧性（三）冲击韧性2.2建筑用钢的技术性质建筑用钢的技术性质一一.钢材的力学性能钢材的力学性能（四）硬度（四）硬度布氏硬度测定示意图布氏硬度测定示意图

6、2.2建筑用钢的技术性质建筑用钢的技术性质一一.钢材的力学性能钢材的力学性能（五）耐疲劳性（五）耐疲劳性l 疲劳破坏疲劳破坏：在在交变应力（动荷载）交变应力（动荷载）作用下，钢材在应力作用下，钢材在应力低于其低于其屈服强度屈服强度的情况下的情况下突然突然发生发生脆性断裂脆性断裂的现象。的现象。l 疲劳强度：钢材在交变荷载反复作用下，在规定的周期基数内疲劳强度：钢材在交变荷载反复作用下，在规定的周期基数内（一般取（一般取107次），不发生断裂所能承受的最大应力次），不发生断裂所能承受的最大应力.l疲劳破坏过程：疲劳裂缝产生疲劳破坏过程：疲劳裂缝产生扩展扩展突然断裂。突然断裂。l主要影响因素有：主

7、要影响因素有：1.内部缺陷（晶界、微孔、夹杂物等）；内部缺陷（晶界、微孔、夹杂物等）；2.成分偏析；成分偏析；3.过大的内应力，截面沿纵向的突变；过大的内应力，截面沿纵向的突变；4.表面状态；表面状态；5.受力的种类、应力循环特征值、循环次数等。受力的种类、应力循环特征值、循环次数等。2.2建筑用钢的技术性质建筑用钢的技术性质1980年年3月月27日，北海爱科菲斯科油田的日，北海爱科菲斯科油田的A.L.基基儿兰德号平台突然从水下深部传来一次震动，紧儿兰德号平台突然从水下深部传来一次震动，紧接着一声巨响，平台立即倾斜，短时间内翻于海接着一声巨响，平台立即倾斜，短时间内翻于海中，致使中，致使23人

8、丧生，造成巨大的经济损失。人丧生，造成巨大的经济损失。某钢厂原料跨吊车任务繁重，而冷轧跨吊车不某钢厂原料跨吊车任务繁重，而冷轧跨吊车不太繁忙。两者互按同一标准设计，后者吊车梁太繁忙。两者互按同一标准设计，后者吊车梁使用使用40多年未发现裂缝，而前者因产生较多裂多年未发现裂缝，而前者因产生较多裂缝已更换。请分析裂缝的成因。缝已更换。请分析裂缝的成因。工程案例工程案例二二.建筑用钢的工艺性能建筑用钢的工艺性能（一）冷弯性能（一）冷弯性能指标指标弯曲角度弯曲角度弯心直径与试件厚度的比值弯心直径与试件厚度的比值d/a结论结论增大增大d/a增大，表示对钢材冷弯性能要求越高增大，表示对钢材冷弯性能要求越高

9、2.2建筑用钢的技术性质建筑用钢的技术性质二二.建筑用钢的工艺性能建筑用钢的工艺性能（二）焊接性能（二）焊接性能影响因素：影响因素：化学成分（含碳量、化学成分（含碳量、S S、P P和气体杂质）；和气体杂质）；冶炼质量（镇静钢）冶炼质量（镇静钢）冷加工等。冷加工等。焊接点断裂点断裂点2.2建筑用钢的技术性质建筑用钢的技术性质 某烧结矿仓库运输廊道于某烧结矿仓库运输廊道于1965年年1月发生倒塌。事月发生倒塌。事故发生时室外气温为故发生时室外气温为36左右。经现场调查及取样左右。经现场调查及取样试验可知所用的沸腾钢含碳试验可知所用的沸腾钢含碳0.230.25，含硫，含硫0.06，焊接质量差。请分

10、析事故原因。，焊接质量差。请分析事故原因。原因之一是所使用的钢材不符合标准要求，发生脆性原因之一是所使用的钢材不符合标准要求，发生脆性断裂。断裂。所用钢材含碳量及含硫量均超过用于焊接结构所用钢材含碳量及含硫量均超过用于焊接结构钢材要求，即含碳不超过钢材要求，即含碳不超过0.22，含硫量不超过，含硫量不超过0.055。硫的析出集中点正是弦杆钢发生脆性破坏部位。硫的析出集中点正是弦杆钢发生脆性破坏部位。原因之二是断裂处焊缝低劣原因之二是断裂处焊缝低劣，以及焊接结构处有，以及焊接结构处有应力集中现象，助长了此衍架的断裂破坏。经检查，应力集中现象，助长了此衍架的断裂破坏。经检查，多处焊缝明显未焊透，有

11、焊瘤，夹杂缺陷，焊接质多处焊缝明显未焊透，有焊瘤，夹杂缺陷，焊接质量差。量差。2.3钢材的组成结构及其对性能的影响钢材的组成结构及其对性能的影响 加工硬化的效果：加工硬化的效果：屈服强度提高屈服强度提高 塑性和韧性降低塑性和韧性降低 可焊形变坏可焊形变坏 硬脆倾向增加等。硬脆倾向增加等。0 p e 02.4.1.钢材的冷加工强化钢材的冷加工强化 冷拉冷拉 冷拔冷拔 冷轧冷轧 第四节第四节钢材的冷加工强化和热处理钢材的冷加工强化和热处理2.4.1.钢材的冷加工强化钢材的冷加工强化问题：问题：直接承受动荷载作用的焊接钢结构是否能直接承受动荷载作用的焊接钢结构是否能使用经冷加工的钢材吗？为什么？使用

12、经冷加工的钢材吗？为什么？答：不能。答：不能。因为冷加工后钢材的塑性和韧性大大降因为冷加工后钢材的塑性和韧性大大降低，可焊性变差，增加了焊接后的硬脆倾低，可焊性变差，增加了焊接后的硬脆倾向，为了防止钢结构发生突然的脆性断裂，向，为了防止钢结构发生突然的脆性断裂，所以不能采用。所以不能采用。2.4.2.钢材的热处理钢材的热处理温度727C等温处理回火淬火正火退火时间2.5建筑钢材的性质及应用建筑钢材的性质及应用 2.5.1建筑常用钢种建筑常用钢种 2.5.2钢结构用钢钢结构用钢 2.5.3钢筋混凝土用钢钢筋混凝土用钢 碳素结构钢碳素结构钢 低合金高强度合金钢低合金高强度合金钢 优质碳素结构钢优质

13、碳素结构钢2.5.1建筑常用钢种建筑常用钢种2.5.1.1碳素结构钢碳素结构钢2.5.1.1碳素结构钢碳素结构钢表表2-2 碳素结构钢的牌号、等级和化学成分碳素结构钢的牌号、等级和化学成分牌号牌号等级等级化学成分化学成分/%脱氧方法脱氧方法CMnSiSP不大于不大于Q1950.060.0120.250.500.300.0500.045F、b、ZQ215A0.090.150.050.550.300.0500.045F、b、ZB0.045Q235A0.140.220.300.650.0350.0500.045F、b、ZB0.120.200.300.700.045C0.180.350.800.040

14、0.040ZD0.170.035TZQ255A0.180.280.400.700.300.0500.045F、b、ZB0.045Q2750.280.380.500.800.350.0500.045b、Z牌号牌号等等级级拉伸试验拉伸试验屈服点屈服点/(N/mm2)抗拉强度抗拉强度(N/mm2)伸长率伸长率/%钢材厚度钢材厚度(直径直径)/mm钢材厚度钢材厚度(直径直径)/mm161640406060100100150150161640406060100100150150不小于不小于不小于不小于Q195-1951853154303332Q215AB2152051951851751653354503

15、13029282726Q235ABCD235225215205195185375500262524232221Q255AB255245235225215205410550242322212019Q275275265255245235225490630201918171615选用原则：选用原则：应根据钢结构的工作条件、荷载类型、连接方式、应根据钢结构的工作条件、荷载类型、连接方式、环境温度与介质的腐蚀情况等综合因素选用。环境温度与介质的腐蚀情况等综合因素选用。Q195和和Q215号号钢强度较低，塑性和韧性较大，易弯钢强度较低，塑性和韧性较大，易弯加工，可用于钢钉、螺栓等。加工，可用于钢钉、螺栓等

16、。Q235A使用于承受静载作用的钢结构；使用于承受静载作用的钢结构；Q235B可用于承受动载焊接的普通钢结构；可用于承受动载焊接的普通钢结构；Q235C可用于承受动载焊接的重要钢结构；可用于承受动载焊接的重要钢结构；Q235D可用于低温承受动荷载焊接的钢结构。可用于低温承受动荷载焊接的钢结构。Q255和和Q275强度较高，塑性和韧性较差，主要用于强度较高，塑性和韧性较差，主要用于机械零件等机械零件等2.5.1.1碳素结构钢碳素结构钢2.5.1.1碳素结构钢碳素结构钢2.5.1.2低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢2.5.1.2低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢牌号：牌号：Q295Q345Q

17、390Q420Q4602.5.1.2低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢特性：特性：强度和硬度高强度和硬度高有害杂质少有害杂质少质量高且稳定质量高且稳定良好的塑性和韧性良好的塑性和韧性适当的可焊性适当的可焊性应用：应用：特别特别适合于适合于大跨度结构大跨度结构高层建筑高层建筑桥梁桥梁2.5.1.3优质碳素结构钢优质碳素结构钢3045号钢，用于重要结构的钢铸件号钢，用于重要结构的钢铸件和高强度螺栓；和高强度螺栓；6580号钢，常用于制作碳素钢丝、号钢，常用于制作碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线等。刻痕钢丝和钢绞线等。2.5.1.3优质碳素结构钢优质碳素结构钢2.5.2钢筋混凝土结构用钢钢筋混凝土结构用

18、钢2.5.2钢筋混凝土结构用钢钢筋混凝土结构用钢2.5.2钢筋混凝土结构用钢钢筋混凝土结构用钢（一）（一）.热轧钢筋热轧钢筋 1、牌号：、牌号：HPB235 HRB335 HRB400 HRB500 2、性能与用途：、性能与用途：级钢筋用作普通钢筋混凝土的受力筋或构造筋；级钢筋用作普通钢筋混凝土的受力筋或构造筋；冷加工钢筋原材料。冷加工钢筋原材料。、级用于大中型钢筋混凝土结构的受力筋。级用于大中型钢筋混凝土结构的受力筋。级可用作预应力钢筋。级可用作预应力钢筋。2.5.2钢筋混凝土结构用钢钢筋混凝土结构用钢（二）（二）.冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋 1、牌号：、牌号：CRB550CRB550、CRB

19、650 CRB650、CRB800 CRB800、CRB970 CRB970、和、和CRB1170CRB1170 公称直径公称直径mmmm 2、特性：、特性：具有较高的强度和较大的伸长率，且锚固性好。具有较高的强度和较大的伸长率，且锚固性好。3、用途：、用途：可用于可用于没有振动荷载和重复荷载没有振动荷载和重复荷载的工业与民用建筑物的工业与民用建筑物的钢筋混凝土结构。的钢筋混凝土结构。CRB550CRB550宜作受力主筋、架立筋、箍筋和构造钢筋；宜作受力主筋、架立筋、箍筋和构造钢筋；CRB650 CRB650、CRB800CRB800宜作预应力混凝土结构构件的受力宜作预应力混凝土结构构件的受力

20、主筋。这些钢筋主筋。这些钢筋不宜在不宜在30C以下的环境以下的环境使用。使用。2.5.2钢筋混凝土结构用钢钢筋混凝土结构用钢（三）（三）.预应力混凝土用钢丝预应力混凝土用钢丝 1.1.冷拉钢丝（冷拉钢丝（L L）矫直回火钢丝（矫直回火钢丝（J J）刻痕钢丝（刻痕钢丝（JKJK）2.2.公称直径公称直径 、3.b3.b达达1500MPa1500MPa以上以上 0.20.2可达可达1100MPa1100MPa以上。以上。2.5.2钢筋混凝土结构用钢钢筋混凝土结构用钢（四）钢绞线（四）钢绞线 1.1.由根直径为由根直径为2.52.55.05.0的高强度钢丝，铰捻的高强度钢丝，铰捻后经一定热处理清除内

21、应力而制成。后经一定热处理清除内应力而制成。直径有直径有9.09.0、12.012.0和和15.015.0，整根破坏负荷可达整根破坏负荷可达220kN220kN，屈服负荷可达，屈服负荷可达187kN187kN。2 2、特性：强度高、柔性好、无接头，质量稳定，、特性：强度高、柔性好、无接头，质量稳定，不需焊接。不需焊接。3 3、用途：大跨度桥梁、屋架、吊车梁、电杆、轨、用途：大跨度桥梁、屋架、吊车梁、电杆、轨枕等预应力钢筋。枕等预应力钢筋。2.5.2钢筋混凝土结构用钢钢筋混凝土结构用钢17钢绞线截面图13钢绞线截面图2.5.3钢结构用钢钢结构用钢2.5.3钢结构用钢钢结构用钢2.5.3钢结构用钢

22、钢结构用钢1.热轧型钢热轧型钢.冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢.棒材、钢管和板材棒材、钢管和板材2.5.3钢结构用钢钢结构用钢2.5.3钢结构用钢钢结构用钢2.5.3钢结构用钢钢结构用钢2.5.3钢结构用钢钢结构用钢2.5.3钢结构用钢钢结构用钢2.5.3钢结构用钢钢结构用钢2.5.3钢结构用钢钢结构用钢2.5.3钢结构用钢钢结构用钢2.5.3钢结构用钢钢结构用钢2.5.3钢结构用钢钢结构用钢2.5.3钢结构用钢钢结构用钢2.6钢的腐蚀与防锈钢的腐蚀与防锈 1、化学腐蚀、化学腐蚀 由非电解质溶液或各种干燥气体（由非电解质溶液或各种干燥气体（O2、CO2、SO3、Cl2、H2S）等所引起的纯化学腐蚀，

23、多数）等所引起的纯化学腐蚀，多数是氧化作用，在钢材表面产生疏松的氧化物膜层。是氧化作用，在钢材表面产生疏松的氧化物膜层。2、电化学腐蚀、电化学腐蚀 钢材与电解质溶液接触后，由于发生电化学钢材与电解质溶液接触后，由于发生电化学作用而引起的腐蚀作用而引起的腐蚀。2.6.1钢的腐蚀钢的腐蚀电化学腐蚀过程电化学腐蚀过程 阳极反应阳极反应:FeFe2+2e(1)阴极反应阴极反应:O2+2H2O+4e-4OH(吸氧吸氧)(2)2H+2eH2(放氢放氢)(3)在介质水中：在介质水中：Fe2+2OH-Fe(OH)2(4)进一步氧化：进一步氧化：4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3(5)氢氧化铁部分

24、脱水成为铁锈氢氧化铁部分脱水成为铁锈:2Fe(OH)3H2OFe2O3H2O(6)或或Fe(OH)3H2OFeOOH (7)结论：结论：混凝土有利于钢筋的防锈混凝土有利于钢筋的防锈碱性环境对碱性环境对钢材锈蚀有何影响？钢材锈蚀有何影响？华南地区某海港油气码头引桥使用仅华南地区某海港油气码头引桥使用仅8年，年，型板梁底出现明显裂缝及钢筋锈蚀。而型板梁底出现明显裂缝及钢筋锈蚀。而型型板却基本完好请讨论其原因。板却基本完好请讨论其原因。案例分析码头码头型板梁混凝土不同深度型板梁混凝土不同深度Cl-分布情况分布情况构件名称构件名称Cl-含量含量取样标取样标高高/m02cm24cm46cm68cm人行桥

25、和人行桥和引桥引桥2.91-3.060.341 90.208 30.164 70.094 6工作平台工作平台2.91-3.060.420 90.299 30.167 20.096 9案例分析Cl-会加剧钢材的腐蚀会加剧钢材的腐蚀2.6.1钢的腐蚀钢的腐蚀1 1、制成合金钢、制成合金钢 2.2.金属覆盖金属覆盖 A.A.阴极覆盖阴极覆盖B.B.阳极覆盖阳极覆盖3 3、非金属覆盖非金属覆盖 4.混凝土中钢筋的防锈混凝土中钢筋的防锈2.6.2钢材的防腐钢材的防腐钢钢材材性能性能力学性能力学性能 工艺性能工艺性能化学成分对性能的影响化学成分对性能的影响判断判断标准标准牌号牌号HPBHRBCRB选用选用砼结构砼结构钢结构钢结构防护防护2.7本章小结本章小结