第八章 建筑钢材

本章教学目标 掌握：建筑钢材的主要性能。 熟悉：建筑钢材的常用钢种及应用。 了解：钢筋混凝土用钢材的品种及应用。

本 章 内 容 第一节 概述 第二节 建筑钢材的主要技术性能 第三节 建筑钢材的常用钢种 第四节 钢筋混凝土用钢材

第一节　钢的冶炼和分类

一 钢的冶炼 平炉炼钢 氧气转炉炼钢 　　 电炉炼钢

根据脱氧程度分为： (1)沸腾钢 (2)镇静钢 (3)半镇静钢　　

二 钢的分类

第二节　建筑钢材的 主要技术性能

抗拉性能 冲击韧性 疲劳强度 硬 度 建筑钢材的技术性能 力学性能 工艺性能 化学性能 冷弯性能

A L0 1.应力 2.应变 3.弹性与弹性变形 4.塑性与塑性变形 L1 F ΔL 建筑钢材的抗拉性能

一、钢材的拉伸性能 d0 L0 L0=5d0或10d0 F1 ΔL1 F2 ΔL2 F3 钢材的拉伸演示过程以低碳钢为例

低碳钢的受拉过程分为四个阶段 弹性阶段OA 屈服阶段AB 强化阶段BC 颈缩阶段CD 低碳钢受拉的应力－应变图 建筑钢材的抗拉性能 C D

一、弹性阶段OA E1 ＞ E2 图形的特点： 试件的特点： α 计算的指标： 一条通过原点 的直线，应力与应变成正比。 弹性 弹性模量 弹性变形的能力。 A点对应 的应力。 A B C D 图形的特点： A 试件的特点： α 计算的指标： O 低碳钢受拉的应力－应变图 弹性极限 E1 ＞ E2 建筑钢材的抗拉性能

二、屈服阶段AB 图形的特点： 试件的特点： α 计算的指标： 一条波动的曲 线，应力增加很小，而应变增加 很大。 所能承受的拉 力增加很小，而塑性变形迅速 增加，似乎钢材不能承受外力 —— 屈服强度（也叫屈服点） 点对应的应力。 图形的特点： C B上 B下 D B 试件的特点： A A 屈服。 α 计算的指标： O 低碳钢受拉的应力－应变图 建筑钢材的抗拉性能

三、强化阶段BC 图形的特点： 试件的特点： 计算的指标： α 一段上升的曲线。 抵抗塑性变形的能力又重新 提高—— 抗拉强度 强化。 D B A A 强化。 计算的指标： α C点对应的应力。 O 低碳钢受拉的应力－应变图 建筑钢材的抗拉性能

四、颈缩阶段CD α 图形的特点： 试件的特点： 计算的指标： 计算的指标： 一段下降的曲线。 变形迅速发展，在有杂质或 O A C D B B上 B下 四、颈缩阶段CD 一段下降的曲线。 变形迅速发展，在有杂质或 缺陷处，断面急剧缩小—— ，直到断裂。 伸长率δ： 图形的特点： 试件的特点： 颈缩 计算的指标： 计算的指标： L1 L0 建筑钢材的抗拉性能

三个重要的指标 2.抗拉强度σb 钢材所能承受的最大应力 屈强比 屈强比，利用率 ，安全可靠程度 3.伸长率δ 1.屈服强度σs 结构设计中钢材强度取值的依据 2.抗拉强度σb 钢材所能承受的最大应力 屈强比 屈强比，利用率 ，安全可靠程度 3.伸长率δ 衡量钢材塑性的指标，越大说明钢材的塑性越好 C B上 B下 D B A A α ↑ ↑ ↓ O

4．断面收缩率 d0 L0 L0=5d0或10d0 δ5与δ10谁大 L1 A0、 An前后的截面积

中碳钢、高碳钢的应力－应变图 规定：产生残余变 形为原始标距的0.2% 时所对应的应力值， 作为硬钢的屈服强度， 称为条件屈服强度， 用σ0.2表示。

二、冲击韧性 定义 　 钢材抵抗冲击荷载的能力。 试件

测试方法 演示 计算式 讨论与分析 ak↑冲击韧性↑。

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影响冲击韧性的因素 ak 钢的化学成分; 例：S、P↑冲击韧性↓ 冶炼及轧制质量 质量↑冲击韧性↑ 温度 温度↓，冲击韧性↓

三、疲劳强度 　　 设计承受交变荷载且须进行疲劳验算的结构时，应当了解所用钢材的疲劳强度。

四、钢材的硬度 定义 测定方法 硬度――是指钢材抵抗硬物体压入钢材的表面的能力。 方法：布氏法、洛氏法和维氏法，常用方法是布氏法和洛氏法。 演示

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讨论与分析 材料的硬度往往与材料的其它性能有一定的相关系，如：钢材的HB值与抗拉强度 之间有较好的相关关系。

五、钢材的冷弯性能 定义 指钢材在常温下承受弯曲变形的能力， 试件被 弯曲角度α、弯心直径与厚度的比值d/a 指标 试验演示

弯曲角度α ↑ d/a↑，表示对冷弯性能要求越高。 结论 弯曲角度α ↑ d/a↑，表示对冷弯性能要求越高。 试验演示

六 钢材的冷加工 (一) 钢材的冷加工及时效 　　钢材的冷加工方式有冷拉、冷拔和冷轧。

钢筋经冷拉时效后应力-应变图的变化

(二) 冷加工在工程中的应用 　　钢筋冷拉后屈服强度可提高15%-20%，冷拔后屈服强度可提高40%-60%。

七 钢的化学成分对钢材性能的影响 1.碳是决定钢材性能的主要元素。 七　钢的化学成分对钢材性能的影响 1.碳是决定钢材性能的主要元素。 　　随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。但当含碳量大于1.0%时，由于钢材变脆，强度反而下降。　　

σb—抗拉强度；αk—冲击韧性；HB—硬度； 含碳量对热轧碳素钢性质的影响 σb—抗拉强度；αk—冲击韧性；HB—硬度； δ—伸长率；φ—面积缩减率

2.硅、锰 　　加入硅和锰可以与钢中有害成分FeO和FeS分别形成SiO2、MnO和MnS而进入钢渣排出，起到脱氧、降硫的作用。

3.硫、磷 　　硫使钢材的热脆性增加，磷能使钢的强度、硬度提高，但显著降低钢材的塑性和韧性，使钢材的冷脆性增加。

4.氧、氮 　　降低了钢材的强度、冷弯性能和焊接性能。氧还使钢的热脆性增加，氮使冷脆性及时效敏感性增加。

5.铝、钛、钒、铌 　　是钢的强脱氧剂和合金元素。能改善钢的组织、细化晶粒、改善韧性，并显著提高强度。

第三节　建筑钢材的 常用钢种

一 碳素结构钢 　　普通碳素结构钢简称碳素结构钢，化学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁-碳合金。其含碳量为0.02%-2.06%，此外尚含有少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。

碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧程度符号四部分按顺序组成。 (一) 碳素结构钢的牌号表示方法 　　 碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧程度符号四部分按顺序组成。 (二) 碳素结构钢的技术要求 (三) 碳素结构钢的性能和应用

二 低合金高强度结构钢 　　低合金高强度结构钢综合性能较为理想，尤其在大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构中更适用，而且与使用碳素钢相比，可节约钢材20%-30%，但成本并不很高。

(一)低合金高强度结构钢的牌号表示方法 (二)碳素结构钢的技术要求 (三)碳素结构钢的性能和应用 　　　低合金高强度结构钢的牌号由屈服点字母Q、屈服点数值、质量等级三个部分组成，共有5个牌号。 (二)碳素结构钢的技术要求 (三)碳素结构钢的性能和应用

第四节　钢材混凝土用钢材

一 钢筋混凝土用热轧钢筋 　　热轧光圆钢筋的强度较低，但塑性及焊接性能很好，便于各种冷加工，因而广泛用作普通钢筋混凝土构件的受力筋及各种钢筋混凝土结构的构造筋；HRB335和HRB400钢筋强度较高，塑性和焊接性能也较好，故广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋；HRB500钢筋强度高，但塑性和焊接性能较差，可用作预应力钢筋。

(a)等高肋钢筋；(b)月牙肋钢筋

热轧钢筋的力学性能和工艺性能

二 冷轧带肋钢筋 　　冷轧带肋钢筋既具有冷拉钢筋强度高的特点，同时又具有很强的握裹力，混凝土对冷轧带肋钢筋的握裹力是同直径冷拔低碳钢丝的3~6倍，大大提高了构件的整体强度和抗震能力。这种钢筋适用于中、小型预应力混凝土结构构件和普通钢筋混凝土结构构件。

冷轧带肋钢筋

三 预应力混凝土用热处理钢筋 　　热处理钢筋经过调质热处理而成，具有强度高、韧性高、粘结力高和塑性降低小等优点，特别适用于预应力混凝土构件 。

热处理钢筋的力学性质(GB 4463—1984) 公称直径(mm) 牌号 屈服强度(MPa) 抗拉强度(MPa) 伸长率(%) 不小于 6 40Si2Mn 1325 1470 8.2 48Si2Mn 10 45Si2Cr

四 预应力混凝土用钢丝 　　预应力混凝土用钢丝质量稳定、安全可靠、强度高、无接头、施工方便，主要用于大跨度的屋架、薄腹架、吊车梁或桥梁等大型预应力混凝土构件，还可用于轨枕、压力管道等预应力混凝土构件。

螺旋肋钢丝外形示意图

三面刻痕钢丝外形示意图

五 预应力混凝土用钢绞线 　　钢绞线具有强度高，与混凝土粘结好，断面面积大，使用根数少，在结构中排列布置方便，易于锚固等优点，主要用于大跨度、大荷载的预应力屋架、薄腹梁等构件。

预应力钢绞线截面图