重点掌握建筑钢材的力学性能、钢材的冷加工强化以及钢材的标准与选用。
一、钢材的概念及分类
钢材是以铁为主要元素,含碳量一般在2%以下,并含有其他元素的材料。
建筑钢材是指建筑工程中使用的各种钢材,包括钢结构用各种型材(如圆钢、角钢、工字钢、钢管)、板材,以及混凝土结构用钢筋、钢丝、钢铰线。
钢材的分类:
1、按冶炼方法分为转炉钢、平炉钢和电炉钢三种。
2、按脱氧方法分为沸腾钢、镇静钢和半镇静(半脱氧)钢。
3、按压力加工方式分为热加工钢材和冷加工钢材。
4、按化学成分分为非金属钢、低合金钢和合金钢。
5、按主要质量等级分为普通质量钢、优质钢和高级优质钢。
6、按用途分:建筑钢材一般分为钢结构用钢和混凝土结构用钢两种。
二、钢材的性质
1、钢材的性质:包括强度、弹性、塑性、韧性以及硬度等内容。
(1)抗拉强度:
建筑钢材的抗拉强度包括:屈服强度、极限抗拉强度、疲劳强度。
屈服强度(屈服极限):是指钢材在静载作用下,开始丧失对变形的抵抗能力,并产生大量塑性变形时的应力。
屈服强度是确定钢材容许应力的主要依据。
极限抗拉强度(抗拉强度):是钢材在拉力作用下能承受的最大拉应力。
屈服强度和抗拉强度是钢材力学性质的主要检验指标。
疲劳强度:钢材承受交变荷载的反复作用下,可能在远低于屈服强度时突然发生的破坏。
(2)弹性:钢材在静荷作用下,受拉初始阶段,应力与应变成正比例变化,
具有这种变形特征的性质称为弹性。其比值就是弹性模量E。弹性模量是衡量钢材低抗变形能力的指标。
(3)塑性:常用伸长率(或断面收缩率)和冷弯来表示。
伸长率是衡量钢材塑性的重要指标,伸长率越大,钢材塑性越好。
冷弯是钢材在常温下承受弯曲变形的能力。
(4)冲击韧性:是指钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力。
(5)硬度:是在表面局部体积内,抵抗其他较硬物体压入产生塑性变形的能力。
2、钢材组成对其性质的影响:
(1)钢材的基本组织有铁素体、渗碳体和珠光体三种。
铁素体:它赋予钢材以良好的延展性、塑性和韧性,但强度、硬度很低。
渗碳体:性质硬而脆,是碳钢的主要强度成分。
珠光体:强度较高,塑性和韧性介于铁素体、渗碳体之间。
(2)化学成分对钢材性质的影响:
碳:随着含碳量增加,钢材的强度和硬度相应提高,而塑性和韧性相应降低。
磷、硫:磷能使钢的屈服点和抗拉强度提高,塑性和韧性下降,显着增加钢的冷脆性。磷是降低钢材可焊性的元素之一。硫使钢材产生热脆性,大大降低了钢的热加工性和可焊性;硫偏析较严重,降低了冲击韧性、疲劳强度和抗腐蚀性。
氧、氮:严重降低钢的韧性,促进时效,降低可焊性。
硅、锰:当含量较低时(小于1%),可提高钢的强度,对塑性、韧性影响不大。
三、冷加工、时效及焊接
1、冷加工:是钢材在常温下进行的加工。常见方式有冷拉、冷拔、冷扭、刻痕等。
在一定范围内,冷加工变形程度越大,屈服强度提高越多,塑性和韧性降低得越多。
2、时效:是钢材随时间的延长,强度、硬度提高,而塑性、韧性下降的现象。
因时效而导致钢材能改变的程度称为时效敏感性。承受振动、冲击荷载作用的重要性结构(如吊车梁、桥梁等),应选用时效敏感性小的钢材。
3、焊接:焊接质量取决于焊接工艺、焊接材料及钢的可焊性能。
四、建筑钢材的标准与选用
1、钢结构用钢:品种主要是碳素结构钢和低合金高强度结构钢。
(1)碳素结构钢:
牌号及其表示方法:牌号由
五、钢材的防火保护
1、钢结构的防火保护:
(1)根据不同的耐火极限要求,选用不同的保护方法;
(2)给钢柱加做箱形外套,在套内注入水;
(3)涂刷防火涂料。
2、钢筋的防火保护:增加保护层,或涂刷防火涂料。
六、钢材的腐蚀与防止
1、钢材腐蚀原因:化学腐蚀与电化学腐蚀。
3、防止主要方法:保护膜法、电化学保护法、合金化、提高混凝土的密实度和碱度、足够的保护层厚度