建筑材料与检测-第7章建筑钢材课件

1、拉伸性能
（1）低碳钢的拉伸性能 ➢拉伸性能是建筑钢材最重要的性能，通过
对钢材进行张拉试验测得屈服强度、抗拉 强度和伸长率三个重要技术指标。
➢低碳钢的应力-应变图（σ—ε图） 低碳钢受拉经历弹性、屈服、强化和颈缩四
个阶段。
低碳钢拉伸应力-应变图
❖弹性阶段（OA）
钢材主要表现为弹性； 应力和应变的比值称为弹性模量，即E=σ/ε； A点的应力称为比例极限，用σp 表示
建筑钢材的特点： ➢ 强度高，塑性好 ➢ 韧性好，能够承受冲击、振动等荷载 ➢ 可加工性能好 ➢ 焊接和铆接性能好
C钢筋 钢绞线
应用案例 中国著名的钢结构建筑
国家体育场（鸟巢） 国家游泳中心（水立方）
五棵松体育馆
老山自行车馆
世界著名钢结构建筑
巴黎埃菲尔铁塔 吉隆坡国家石油双塔大厦
➢ 在北方严寒地区选用钢材时，必须对钢材的 冷脆性进行评定，此时选用的钢材的脆性临 界温度应比环境最低温度低些。
3、硬度
➢钢材的硬度是指其表面抵抗硬物压入产生塑性 变形的能力，是衡量钢材软硬程度的一个指标。
➢测定钢材硬度的方法很多,有布氏法、洛氏法和 维氏法等,建筑钢材常用硬度指标为布氏硬度值, 其代号为HB。
❖颈缩阶段（CD）
钢材变形速度明显加快，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
拉断后标距部分的长度Ll，标距的伸长值与原始标距 L0的百分率称为伸长率。即
式中：
L1 L0 100 %
L0
L1——试件断裂后标距的长度，mm；
L0——试件的原标距（L0=5d0 或L0=10d0），mm；
建筑材料与检测技术
第七章 建筑钢材
学习目标
➢ 了解钢的分类；掌握建筑钢材的主要技术性 能，钢材冷加工、热处理的原理和应用；熟 悉建筑工程常用钢材的品种与应用，能按照 设计要求选用相应规格的钢材；理解建筑钢 材的防火防腐原理及方法。
建筑钢材是指建筑工程中所用的各种钢材，包 括各种型钢（如角钢、工字钢、槽钢等）、钢 板和钢筋混凝土中所用的各种钢筋和钢丝等。
➢ 在常温下，以规定弯心直径和弯曲角度（90°或 180°）对钢材进行弯曲，在弯曲处外表面即受拉 区或侧面无裂纹、起层、鳞落或断裂等现象，则钢 材冷弯合格。如有一种及以上的现象出现，则钢材 的冷弯性能不合格。
（a）安装试件
(b)弯曲180° (c)弯曲90° 钢材冷弯试验示意图
➢ 冷弯试验是对钢材塑性更严格的检验，有利于 暴露钢材内部存在的缺陷；同时在焊接时，局 部脆性及焊接接头质量的缺陷也可通过冷弯试 验而发现。因此钢材的冷弯性能也是评定焊接 质量的重要指标。钢材的冷弯性能必须合格。
冲击韧性试验图
(a)试件尺寸；(b)试验装置；(c)试验机
（a）试件装置；(b)V 型缺口试件
➢ 常温下，随温度的降低，冲击韧性降低的很 小，此时破坏的钢件断口呈韧性断裂状；当 温度降至某一温度范围时，αk 突然发生明 显下降，钢材开始呈脆性断裂，这种性质称 为冷脆性，发生冷脆性时的温度称为脆性临 界温度。
三、钢材的热处理与冷加工
1、热处理 ➢ 热处理是将钢材按一定温度加热、保温和冷却，
以获得所需性能的一种工艺。 ➢ 热处理的方法有退火、正火、淬火和回火。
2、冷加工强化及时效处理 冷加工
➢ 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。
➢ 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：利用时效提高强度，
δ——伸长率（L0=5d0时，为δ5；L0=10d0时，为δ10）
伸长率是衡量钢材塑性的重要指标，δ越大，则钢材
的塑性越好。对于同一种钢材，δ5＞δ10
（2）高碳钢的拉伸性能
➢ 高碳钢的拉伸过程，无明显的屈服阶段， 通常以条件屈服点σ0.2 代替其屈服点。 条件屈服点是使硬钢产生0.2%塑性变形 时的应力。
5、可焊性能
➢ 可焊性是指钢材适应一定焊接工艺的能力 ➢ 可焊性好的钢材在一定的工艺条件下，焊缝及附
近过热区不会产生裂缝及硬脆倾向，焊接后的力 学性能如强度不会低于原材
➢ 可焊性主要受化学成分及含量的影响。 ➢ 焊接结构应选择含碳量较低的镇静钢。 ➢ 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。
伦敦千年穹顶
悉尼奥林匹克体育场
一、钢材的分类 按化学成分分类
低碳钢
碳素钢
中碳钢
钢材
高碳钢 低合金钢
合金钢
中合金钢 高合金钢
按冶炼时脱氧程度分类
镇静钢 沸腾钢 半镇静钢 特殊镇静钢
按用途分类
结构用钢；工具钢；特殊性能钢
二、钢材的主要性能
建筑钢材的力学性能 ➢拉伸性能 ➢冲击韧性 ➢硬度 建筑钢材的工艺性能 ➢冷弯性能 ➢可焊性能
Ø布氏法是在布氏硬度试验机上测定。将直径为 D的淬火硬钢球在一定荷载作用下压入被测钢件 光滑的表面，持续一定时间后卸去荷载，测量被 压钢件表面上压痕直径d，所加荷载P与压痕表 面积A之比，即为布氏硬度。硬度值越大表示钢 材越硬，抗拉强度越高。
布氏硬度测定示意图
4、冷弯性能
➢ 以弯曲角度α、弯心直径d与钢材厚度（或直径）a 的比值d/a来表示弯曲的程度。
2、冲击韧性
➢冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力
➢标准规定是以刻槽的标准试件，在冲击试验的摆 锤冲击下，以破坏后缺口处单位面积上所消耗的功 来表示，符号αk，单位J ，αk越大，冲断试件消耗 的能量越多，说明钢材的韧性越好。
➢钢材的冲击韧性与钢的化学成分；冶炼与加工有 关；还受温度和时间的影响。
利用塑性节约钢材，同时达到调直和除锈目的。 工地或预制厂钢筋混凝土施工中利用这一原理， 对钢筋或低碳钢盘条按一定规程进行冷拉或冷拔 加工。
❖屈服阶段（AB）
钢材产生明显的塑性变形； 下屈服点的应力为钢材的屈服强度，用σs 表示 屈服强度是结构设计中钢材强度取值的依据。
❖强化阶段（BC）
应变随应力的增加而增加。C点的应力称为强度 极限或抗拉强度，用σb 表示；
屈强比σs/σb 在工程中的意义 此值越小，表明结构的可靠性越高， 防止结构破 坏的潜力越大； 但此值太小时，钢材强度的有效 利用率低，造成钢材的浪费。合理的屈强比一般 在0.60～0.75之间。