r任务三建筑钢材试验浅析ppt

  钢 材 试 验 一、钢及其特性 钢 理论上，凡是把含碳量小于2%，含杂质比较少的铁碳合金称为钢。 含碳量超过2%，称为生铁；含碳量小于0.08%，称为工业纯铁。 钢的特点 具有强度高，塑性好，拥有非常良好的韧性；工艺性能好，易于加工；但是，钢材易锈蚀、耐火性差。 二、建筑钢材的主要品种 1.型钢 简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等； 复杂截面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢轨等。 二、建筑钢材的主要品种 2.线材 如钢筋、钢丝等。 二、建筑钢材的主要品种 3.管材 无缝钢管、焊接钢制管等。 二、建筑钢材的主要品种 4.板材 光面钢板、花纹钢板、彩色涂层钢板等。 三、 钢的冶炼方法简介 按照炼钢炉的种类，炼钢方法可分为： 1. 空气转炉炼钢法 一般炼制普通碳素钢。 2 .氧气转炉炼钢法 炼制优质碳素钢和合金钢。 3 .平炉炼钢法 用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特别的条件的专用钢。 4.电炉炼钢法 四、钢的分类 1.按冶炼方法分 2.按质量分 按S和P元素含量，分为普通质量钢、优质钢和特殊质量钢。 四、钢的分类 3.按化学成分分 4.按用途分 分为建筑钢、结构钢、工具钢、特殊性钢（如不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等。 一、拉伸性能 1.低碳钢的拉伸性能 万能材料试验机 （1）拉伸试验过程 （2）拉伸过程的参数 强度指标 屈服强度： 抗拉强度： 塑性指标 伸长率： 2.硬钢（高碳钢）的拉伸性能 硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈服强度σ0.2来代替屈服强度。 条件屈服点σ0.2 ：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见左图。 二、冲击韧性 定义及指标 指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。其大小用冲击韧性值αk表示。αk 越大，则冲击韧性越好。 αk是以试件冲击破坏时缺口处单位面积上所消耗的功（J/cm2）。 影响因素 硫、磷含量高，存在化学偏析，含非金属夹杂物，焊接形成裂纹，温度降低等，均会降低冲击韧性。 对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材，一定要考虑冲击韧性。 三、工艺性能 1.冷弯性能 指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 冷弯试验的指标：弯心直径d与试件厚度（直径）a的比值d/a；弯曲角度（90°或180°）；试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹则冷弯合格。 通过冷弯试验，更有助于暴露钢材的某些内在缺陷，它能揭示钢材是不是真的存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。 三、工艺性能 2.可焊性 可焊性是指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区会不会产生裂缝及脆硬影响，焊接后接头强度是不是与母体相近的性能。 可焊性受化学成分及含量的影响。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均会降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金钢拥有非常良好的可焊性。 焊接结构应选择含碳量较低的氧气转炉或平炉的镇静钢。当采用高碳钢及合金钢时，为了改善焊接后的硬脆性，焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。 四、钢材的冷加工强化和时效 1.冷加工强化 冷加工强化是钢材在常温下，以超过其屈服点但不超过抗拉强度的应力对其进行的加工。 建筑钢材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等 。 对钢材进行冷加工的目的，主要是利用时效提高强度，利用塑性节约钢材，同时也达到调直和除锈的目的。 四、钢材的冷加工强化和时效 2.时效 钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性降低的现象称为时效。 时效分为自然时效和人工时效两种。 自然时效是将其冷加工后，在常温下放置15～20d； 人工时效是将冷加工后的钢材加热至100～200℃保持2h以上。 经过时效处理后的钢材，其屈服强度、抗拉强度及硬度都将提高，而塑性和韧性降低。 一、碳素结构钢（非合金钢） 1.牌号表示法 由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成； “Q”,屈服点数值、质量等级符号（A.B.C.D),脱氧程度符号（F-沸腾钢；b-半沸腾钢；Z-镇定钢；TZ-特殊镇定钢） 如：Q235－AF表示为屈服点不小于235MPa的A级沸腾钢。 2.牌号 共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个牌号。 3.技术方面的要求 化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB700规定。 一、碳素结构钢（非合金钢） 4.应用 Q195、Q215，含碳量低，强度低，塑性、韧性、加工性能和可焊性好，大多数都用在轧制薄板和盘条、制造铆钉、地脚螺栓等。 Q235，含碳适中，综合性能好，强度、塑性和焊接等性能得到很好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或钢筋，以及圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢等型钢，广泛地应用于建筑工程中。 Q255、Q275，强度、硬度较高，耐磨性较好，塑性和可焊性能有所降低。主要用作铆接与螺栓连接的结构及加工机械零件。 二、低合金高强度结构钢 1.牌号表示方法 由代表屈服点的拼音字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）三部分按顺序组成。 如Q345A表示屈服点不小于345MPa的A级钢。 2.牌号 共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号。 3.技术要求 其化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB/T1591 的规定 二、低合金高强度结构钢 4.应用 Q295，钢中只含有极少量合金元素，强度不高，但有良好的塑性、冷弯、焊接及耐蚀性能。大多数都用在建筑工程中对强度要求不高的一般工程结构。 Q345、Q390，综合力学性能好，焊接性能、冷热加工性能和耐蚀性能均好，C、D、E级钢拥有非常良好的低温韧性。大多数都用在承受较高荷载的焊接结构。 Q420、Q460，强度高，特别是在热处理后有较高的综合力学性能。大多数都用在大型工程结构及要求强度高、荷载大的轻型结构。 一、热轧钢筋 1.生产 采用钢锭经加热轧制自然冷却而成。 2.分类 钢筋混凝土用热轧钢筋分为光圆钢筋和带肋钢筋两种。 3.牌号 热轧直条光圆钢筋 ：HPB235 热轧带肋钢筋：HRB335、HRB400、HRB500 一、热轧钢筋 4.热轧钢筋的力学性能、工艺性能 应符合下表的规定。 二、低碳热轧圆盘条 1.概述 低碳热轧圆盘条的公称直径为5.5～30mm，大多通过卷线机成盘卷供应，因此称为盘条、盘圆或线.分类 按用途分为：供拉丝用盘条（代号L）、供建筑和其他一般用途用盘条（代号J）两种。 3.牌号 低碳热轧圆盘条的牌号表示方法由屈服点符号、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号、用途类别符号等五个内容表示。 二、低碳热轧圆盘条 4.力学性能和工艺性能 5.应用 大量用作建筑工程中钢筋混凝土的配筋外，还适用于供拉丝、包装及其它用途。 三、冷轧带肋钢筋 1.生产 冷轧带肋钢筋由热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在表面冷轧成两面或三面有肋的钢筋。钢筋冷轧后允许进行低温回火处理。 2.牌号 按抗拉强度分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五个牌号。 3.规格 直径范围为4～12mm，推荐的公称直径为5、6、7、8、9、10mm 三、冷轧带肋钢筋 4.力学性能和工艺性能 应符合GB13788的相关规定 。 5.应用 冷轧带肋钢筋用于非预应力构件，与热轧圆盘条相比，强度提高17%左右，可节约钢材30%左右； 用于预应力构件，与低碳冷拔丝比，伸长率高，钢筋与混凝土之间的粘结力较大，适用于中、小预应力混凝土结构构件，也适用于焊接钢筋网。 四、热处理钢筋 1.概述 热处理钢筋是经过淬火和回火调质处理的螺纹钢筋。分有纵肋和无纵肋两种，其外形分别见右图。代号为RB150。 2.规格 公称直径6、8.2、10mm。 3.牌号 有40Si2Mn、48Si2Mn和45Si2Cr三个 。 四、热处理钢筋 4.力学性能 5.特点及应用 热处理钢筋具备极高的强度外，还具备比较好的塑性和韧性，特别适合于预应力构件。 但其对应力腐蚀及缺陷敏感性强，应防止产生锈蚀及刻痕等现象。热处理钢筋不适用于焊接和点焊的钢筋 。 一、钢丝 1.生产 以优质碳素结构钢盘条为原料，经淬火、酸洗、冷拉制成的用作预应力混凝土骨架的钢丝。 2.分类 按交货状态分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两种； 按外形分为光面钢丝和刻痕钢丝两种。 3.力学性能 应符合相应标准规定。 钢丝主要用作桥梁、吊车梁、电杆、楼板、大口径管道等预应力混凝土结构物件中的预应力筋 。 二、钢绞线.生产 由多根圆形断面钢丝捻制而成。钢绞线按左捻制成并经回火处理消除内应力。 2.规格 钢绞线按应力松弛性能分为两级：Ⅰ级松弛（代号Ⅰ）、Ⅱ级松弛（代号Ⅱ）。公称直径有9.0、12.0、15.0mm三种规格。 3.特点及应用 钢绞线与其他配筋材料相比，具有强度高、柔性好、质量稳定、成盘供应不需接头等优点。 适用于作大型建筑、公路或铁路桥梁、吊车梁等大跨度预应力混凝土结构物件的预应力钢筋，广泛地应用于大跨度、重荷载的结构工程中。 课后小结 钢材是建筑工程中常用的建筑材料之一。建筑钢材最重要的包含各种型钢、钢筋、钢丝和钢绞线等； 建筑钢材的主要性能包括力学性能、工艺性能和耐久性三个方面； 建筑钢材所用的钢种包括碳素结构钢（非合金钢）、低合金高强度结构钢。 建筑工程中常用的钢筋，其力学性能、工艺性能、化学成分等一定要符合相应标准的规定。 钢丝和钢绞线具有强度高、变形较小等特点，主要用作普通预应力混凝土结构及大跨度预应力结构的预应力筋。 粗骨料的颗粒形状及表面特征同样会影响其与水泥的粘结及混凝土拌合物的流动性，最关键的因素是针片状含量。针片状含量超过15%时坍落度下降明显，混凝土流动性降低。 粗集料磨光值和磨耗值的区别？ 磨耗值是反映石料抵抗表面磨损的能力，用于评定道路路面表层所用粗集料抵抗车轮磨耗作用的能力； ?磨光值是反映石料抵抗轮胎磨光作用能力的指标，集料磨光值是决定某种集料能否用于沥青路面抗滑磨耗层的关键性指标。 级配：集料各级粒径颗粒的分配情况。 道路建筑材料·石料与集料 举例：已知质量为集料用套筛筛分，筛分结果如下： 对应筛孔（mm） 通过率（%） 19 100 16 100 13.2 95 9.5 35 4.75 0 （1）最大粒径？ （2）公称最大粒径？ 二、 集料的物理性质（一）物理性质1、物理常数 （1）密度 图1-2 集料的体积组成 孔隙：矿物之间的空间—Vn+Vi 空隙：集料颗粒之间的空间—Vv 颗粒之间的空间体积 （1）密度 表观密度、毛体积密度——与石料相应密度在概念上相同，仅在实际的密度测定方法上有所区别。 表干密度 矿料实体质量+吸入开口孔隙水质量 （1）密度 装填密度 ① 堆积（松装）密度——集料按自由下落方式装样 ② 振实（紧装）密度——集料振摇方式装样 ③ 捣实密度——集料捣实方式装样 颗粒之间的空间体积 （2）空隙率n：集料空隙体积占集料总体积的百分比 集料堆积体积 Vf=Vs+Vn+Vi+Vv 石料和集料涉及多种密度，现将这些密度归纳在下页表中： 道路建筑材料·石料与集料 砂石材料密度概念小结 2 粗集料针片状颗粒含量 沥青混合料针片状——最长与最小尺寸之比大于3； 水泥混凝土 针状：长度大于其平均粒径2.4倍的颗粒 片状：厚度小于其平均粒径0.4倍的颗粒 理想集料颗粒形状是球状或立方体。不取用扁平、薄片、细长状的颗粒。 1、压碎值：石料抵抗压碎的能力 （1）压碎值 方法：将9.5～13.2mm碎石3000g分三层夯实，在10min内加压至400kN，稳压5s卸载，过2.36mm筛 （二）粗集料的力学性质 2、磨光值 ( PSV ) 反映石料抵抗轮胎磨光作用能力的指标。 磨光值试件 试件→（金刚砂），经6h磨光后，用摆式仪测摩擦系数（BPN）→磨光值 钢材的变形速度明显加快，而承载能力显而易见地下降。此时在试件的某一部位，截面急剧缩小，出现颈缩现象，钢材将在此处断裂。 σ ε 0 A 0.2% a b oa——总变形。 ba——弹性变形99.8%。 ob——塑性变形0.2%。 建筑钢材的钢种及牌号 钢 筋 热轧钢筋 H、R、B分别为热轧（Hotrolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）三个词英文首位字母。 推荐公称尺寸： 光圆：8、10、12、16、20 ； 带肋：6、8、10、12、16、20、25、32、40和50mm 月牙肋钢筋 180°d=6a 180°d=7a 12 630 500 6～25 28～50 HRB500 180°d=4a 180°d=5a 14 570 400 6～25 28～50 HRB400 180°d=3a 180°d=4a 16 490 335 6～25 28～50 HRB335 月牙肋 180°d=a 25 370 235 8～20 HPB235 光圆 不小于 冷弯 d—弯心直径 a—钢筋公称直径 伸长率δ5，% 抗拉强度σb，MPa 屈服点σs，MPa 公称 直径 强度等级代号 表面形状 d=0.5a 23 410 235 Q235 d=0 27 375 215 Q215 不小于 伸长率δ5，% 抗拉强度σb，MPa 屈服点σs，MPa 冷弯试验180° d=弯心直径 a=试样直径 力学性能 牌 号 低碳热轧圆盘条的力学性能和工艺性能 有纵肋 无纵肋 预应力混凝土用热处理钢筋的力学性能 6 1470 1325 40Si2Mn 48Si2Mn 45Si2Cr 6 8.2 10 MPa，不小于 δ10，% 不小于 σb σ0.2 牌 号 公称直径 mm 钢丝及钢绞线 第二节 集 料 图 集料不同粒径、尺寸较小的石料颗粒的集合体 道路建筑材料·石料与集料 集料 概述：笼统的说集料就是粒状石质材料,在混合料中起到骨架和填充作用。 分类 总分类：包括天然砂、人工砂、卵石、碎石，另有工业冶金矿渣 集料形成的过程不同：分为卵石(又称砾石)和碎石 粒径大小的不同：分为粗集料和细集料 粗细粒径的界限：水泥混凝土4.75mm，沥青混凝土2.36mm，大于或等于 该尺寸的颗粒为粗集料，余为细集料。 最大粒径：集料最大粒径和集料公称最大粒径 物理性质 物理常数 集料的级配 颗粒形状和表面特征 含泥量和泥块含量 力学性质：在结构层或混合料中，粗集料起骨架作用，其性能用压碎值、 磨光值、磨耗值和冲击值等指标表示。 岩石集料的技术方面的要求：以粗细两种类型的集料分别提出各自的技术方面的要求。 最大粒径：集料的最大粒径这一概念由两个不同定义构成 集料最大粒径:指集料100%都要求通过的最小标准筛筛孔尺寸。 集料公称最大粒径:指集料可能全部通过或允许有少量不通过 (一般容许筛余不超过10%)的最小标准筛筛孔尺寸。 道路建筑材料·石料与集料 这两个定义涉及的粒径有着明显区别，通常集料公称最大粒径比最大粒径要小一个粒级。但在实际使用的过程中、甚至在一些书本资料上也经常不加严格区别，会造成混淆。实际工程中所指的最大粒径往往是指公称最大粒径，这一点在今后的应用中要加以区分。 道路建筑材料·石料与集料 公路工程水泥混凝土路面、沥青路面及各类基层集料用标准筛均以方孔筛为准，相应的筛孔尺寸依次为: 75 63 53 37.5 31.5 26.5 19 16 0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 13.2 单位(mm) 75 63 53 37.5 31.5 26.5 19 16 单位(mm) * * * * 钢材的概念 钢材的主要品种 钢材的冶炼 钢材的分类 钢材的性能 概 述 上海宝钢 英 国 福 斯 湾 河 桥 南京长江大桥 南京长江大桥 位于江苏省南京市， 跨越长江的公路铁路两用 钢桁架桥。正桥有1孔， 共长1576m，包括1孔 128m简支桁架梁和3联3 孔各160m连续桁架梁。 正桥为公路铁路双层钢连 续桁梁桥，上层为四车道 公路桥，下层为双线铁路 桥。 芜湖长江大桥 九江长江大桥 九江长江大桥 位于江西九江，跨越长 江的公铁两用（4车道加双 线)+2X126米，架4联三 角形桁架式钢连续梁，3个 大孔增设拱系构件加强。 主跨216米，为中国当时铁 路钢桥跨度之最。钢梁设 双层桥面，上层公路下层 铁路 。 拱肋转体施工 基 础 砼 预制主梁 拼装焊接 型钢 线材 管材 板材 钢筋混凝土和预应力用钢筋和钢丝 压型彩钢板 白口铁 液态生铁 吹入空气或氧气 钢 浇注成钢锭 脱 氧 熔融 钢 转炉钢 沸腾钢 电炉钢 平炉钢 按冶炼方法分 按脱氧程度分 半镇静钢 镇静钢 特殊镇静钢 按炉衬材料分为酸性钢和碱性钢 钢 中碳钢 低合金钢 高碳钢 低碳钢 碳素钢 合金钢 中合金钢 高合金钢 C＜0.25% C=0.25%～0.60％ C＞0.60％ 合金总含量＜5% 5%～10％ ＞10％ 建筑钢材的主要性能 拉伸性能 冲击韧性 工艺性能 钢材的冷加工强化和时效 标准试件 按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。 l0 A0 d0 l 非标准试件 不经过加工，直接在线材上切取的试件。 头部 头部 工作段 低碳钢 硬钢（高碳钢） σ ε 0 钢材拉伸过程的σ-ε图 OB—弹性阶段 BC—屈服阶段 CD—强化阶段 DE—颈缩阶段 A 0 B C B 0 D C E D F E C上 上屈服点 C下 下屈服点 以下屈服点的应力作为钢材的屈服强度。 A-比例极限σp OA段应力与应变成正比，卸去荷载，试件将恢复到原来的长度，钢材主要体现为弹性。在弹性变形阶段内，钢材在受力时能抵抗弹性变形的能力成为刚性。反应钢材刚性的指标是弹性模量E。A点的应力为应力和应变能保持正比的最大应力，称为比例极限。 钢材在荷载作用下，开始丧失对变形的抵抗能力，并产生非常明显的塑性变形。在屈服阶段，锯齿形的最高点所对应的应力称为上屈服点。最低点所对应的应力称为下屈服点。由于屈服下限较为稳定，故以此作为钢材的屈服点，其所对应的应力为屈服强度。设计中一般以屈服强度作为钢结构容许应力的取值。 应变随应力的增加而继续增加，钢材又恢复了抵抗塑性变形的能力，曲线上升到最高点D。该点的应力称为强度极限。

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