建筑力学教案.docx

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建筑力学教案

《建筑材料》教案

第八章建筑钢材

教学内容：

教学目的：

1、重点掌握建筑结构用钢材的主要力学性能，建筑钢材的分类、选择使用。

2、理解施工中能钢材的加工及防腐处理。

教学重点：

掌握建筑结构用钢材的主要力学性能，建筑钢材的分类、选择使用。

教学难点：

影响钢材性能的原因。

教学方法：

讲授法、多媒体演示。

教具准备：

教具、常用建筑用钢

授课形式：

教学过程：

一、复习提问，引入新课

讨论：

常用的金属材料有哪些？

金属材料类型：

1、黑色金属：

是以铁元素为主要成分的金属及其

合金，常用的主要有钢和铁，钢

应用最广。

2、有色金属：

是除黑色以外的其他金属，其中铝

是一种重要的轻质结构和装饰材料

二、新授内容：

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，具有良好的韧性；工艺性能良好，易于加工；但是，钢材易锈蚀、耐火性差。

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。

2.线材

如钢筋、钢丝等。

3.管材

无缝钢管、焊接钢管等。

钢的冶炼方法简介

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。

按用途分:

分为建筑钢、结构钢、工具钢、特殊性能钢（如不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等。

（一）、拉伸性能:

（1）拉伸试验过程:

低碳钢是工程上最广泛使用的材料，同时，低碳钢试样在拉伸试验中所表现出的变形与抗力间的关系也比较典型。

低碳钢的整个试验过程中工作段的伸长量与荷载的关系由拉伸图表示。

做实验时，可利用万能材料试验机的自动绘图装置绘出低碳钢试样的拉伸图即下图中拉力F与伸长量△L的关系曲线。

需要说明的是途中起始阶段呈曲线是由于试样头部在试验机夹具内有轻微滑动及试验机各部分存在间隙造成的。

大致可分为四个阶段：

1）弹性阶段：

这一阶段试样的变形完全是弹性的，全部写出荷载后，试样将恢复其原长。

此阶段内可以测定材料的弹性模量E。

2）屈服阶段：

试样的伸长量急剧地增加，而万能试验机上的荷载读数却在很小范围内（锯齿状线）波动。

如果略去这种荷载读数的微小波动不计，这一阶段在拉伸图上可用水平线段来表示。

若试样经过抛光，则在试样表面将看到大约与轴线成45°方向的条纹，称为滑移线。

3）强化阶段试样经过屈服阶段后，若要使其继续伸长，由于材料在塑性变形过程中不断强化，故试样中抗力不断增长。

4）颈缩阶段和断裂BK试样伸长到一定程度后，荷载读数反而逐渐降低。

此时可以看到试样某一段内横截面面积显著地收缩，出现“颈缩”的现象，一直到试样被拉断。

（2）拉伸过程的参数

屈服强度:

抗拉强度：

伸长率：

（3）、工艺性能:

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是否产生裂缝及脆硬影响，焊接后接头强度是否与母体相近的性能。

1、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%的非合金钢具有良好的可焊性。

2、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。

（4）、钢材的冷加工强化和时效:

时效:

1、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。

2、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。

（5）建筑钢材的钢种及牌号；

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；

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）.技术要求

化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB700规定。

4）.应用

1）Q195、Q215，含碳量低，强度低，塑性、韧性、加工性能和可焊性好，主要用于轧制薄板和盘条、制造铆钉、地脚螺栓等。

2）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。

3）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。

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；

Ø共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号。

3.技术要求

Ø其化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB/T1591的规定

4.应用

ØQ295，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。

主要用于建筑工程中对强度要求不高的一般工程结构。

ØQ345、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级钢具有良好的低温韧性。

主要用于承受较高荷载的焊接结构。

ØQ420、Q460，强度高，特别是在热处理后有较高的综合力学性能。

主要用于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

Ø采用钢锭经加热轧制自然冷却而成。

2.分类

Ø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

Ø热轧直条光圆钢筋：

HPB235

Ø热轧带肋钢筋：

HRB335、HRB400、HRB500

表面形状

强度等级代号

公称

直径

屈服点σs，MPa

抗拉强度σb，MPa

伸长率δ5，%

冷弯

d—弯心直径

a—钢筋公称直径

不小于

光圆

HPB235

8～20

235

370

25

180°d=a

月牙肋

HRB335

6～25

28～50

335

490

16

180°d=3a

180°d=4a

HRB400

6～25

28～50

400

570

14

180°d=4a

180°d=5a

HRB500

6～25

28～50

500

630

12

180°d=6a

180°d=7a

（二）、低碳热轧圆盘条

1.概述

Ø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、盘圆或线材。

2.分类

Ø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

Ø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。

4.热轧钢筋的力学性能、工艺性能

应符合下表的规定。

表面形状

强度等级代号

公称

直径

屈服点σs，MPa

抗拉强度σb，MPa

伸长率δ5，%

冷弯

d—弯心直径

a—钢筋公称直径

不小于

光圆

HPB235

8～20

235

370

25

180°d=a

月牙肋

HRB335

6～25

28～50

335

490

16

180°d=3a

180°d=4a

HRB400

6～25

28～50

400

570

14

180°d=4a

180°d=5a

HRB500

6～25

28～50

500

630

12

180°d=6a

180°d=7a

（三）、冷轧带肋钢筋

1.生产

Ø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

Ø按抗拉强度分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五个牌号。

3.规格

Ø直径范围为4～12mm，推荐的公称直径为5、6、7、8、9、10mm

4.力学性能和工艺性能

低碳热轧圆盘条的力学性能和工艺性能

牌号

力学性能

冷弯试验180°

d=弯心直径

a=试样直径

屈服点σs，MPa

抗拉强度σb，MPa

伸长率δ5，%

不小于

Q215

215

375

27

d=0

Q235

235

410

23

d=0.5a

5.应用

Ø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。

（四）、热处理钢筋

1.概述

Ø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

Ø公称直径6、8.2、10mm。

3.牌号

Ø有40Si2Mn、48Si2Mn和45Si2Cr三个。

4.力学性能概述

Ø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。

表面形状

强度等级代号

公称

直径

屈服点σs，MPa

抗拉强度σb，MPa

伸长率δ5，%

冷弯

d—弯心直径

a—钢筋公称直径

不小于

光圆

HPB235

8～20

235

370

25

180°d=a

月牙肋

HRB335

6～25

28～50

335

490

16

180°d=3a

180°d=4a

HRB400

6～25

28～50

400

570

14

180°d=4a

180°d=5a

HRB500

6～25

28～50

500

630

12

180°d=6a

180°d=7a

（五）、钢丝

1.生产

Ø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

Ø按交货状态分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两种；

Ø按外形分为光面钢丝和刻痕钢丝两种。

3.力学性能

Ø应符合相应标准规定。

Ø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构件中的预应力筋。

（六）、建筑钢材的锈蚀与防止

钢材的锈蚀

1．化学锈蚀

2．电化学锈蚀

防止钢材锈蚀的措施：

钢结构防止锈蚀的方法通常是采用表面刷漆。

混凝土配筋的防锈措施：

保证混凝土的密实度、保证足够的保护层厚度、限制氯盐外加剂的掺加量和保证混凝土一定的碱度等。

还可掺用阻锈剂。

（三）小结：

1、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；

2、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。

3、建筑工程中常用的钢筋，其力学性能、工艺性能、化学成分等必须符合相应标

准的规定。

（四）作业：

P1618-18-28-48-88-14