建筑钢材授课讲义.ppt
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1、建筑钢材授课讲义,一、基本概念,1、钢与铁的主要区别:(1)成分不同,钢主要为铁碳体,铁主要为铁氧体;(2)加工工艺;炼铁工艺目的主要为了脱氧,炼钢工艺主要目的主要为了脱碳;(3)其他:形貌、缺陷等;2、建筑钢材的分类:建筑钢材按照不同的分类标准可以分为不同的种类。,一、基本概念,(1)按照化学成分可以分类两类:碳素钢和合金钢;对于碳素钢也可以按照碳含量的高低分为低碳钢(含碳量小于0.25%)、中碳钢(含碳量在0.25%-0.6%)和高碳钢(含碳量大于0.6%,对于建筑用碳素钢材一般应小于0.8%)。合金钢按照合金元素总量分为低合金钢(合金元素总含量小于5%)、中合金钢(5-10%)和高合金钢
2、(大于10%)。(2)按照有害元素(S、P、O、N)的含量分为普通钢、优质钢和高级优质钢。(3)按照脱氧程度,可以分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢。,一、基本概念,(4)按照钢材的形貌可以分为钢筋(主要品种有低碳钢热轧元盘条、钢筋混凝土用热轧带肋钢筋、冷轧带肋钢筋、预应力混凝土热处理钢筋、预应力混凝土用钢丝和钢绞线等)和型钢(主要品种有热轧型钢、冷弯薄壁型钢、钢板和压型钢板等)。(5)按照加工工艺可以分为热轧、冷轧、冷拉、冷扭等钢材。(6)按照冶炼方式分为氧气转炉、平炉或电炉冶炼。,一、基本概念,3、建筑钢材的主要力学性能:(1)抗拉性能:建筑钢材主要性能,有屈服点、抗拉强度和伸长率三个主要技术指
3、标;(2)冷弯性能:弯曲角度、弯心直径(部分钢材要求测试反复弯曲次数);(3)冲击韧性;(4)表面硬度,常用的方法有布氏法(该方法可用于原位无损的测试钢结构性能);洛氏法(一般用于热处理效果测试);,一、基本概念,(5)耐疲劳性能,应力循环次数和疲劳寿命,对于大型钢结钢建筑,这一点很重要,也将是未来检测发展方向,即大型钢结构寿命预测和监控。4、钢材的连接:连接方式主要有两种:焊接和机械连接。焊接方式主要有电弧焊、电渣压力焊等;机械连接方式主要有绑扎、套筒等。焊接质量检测方式有两种:取样试件试验和原位非破损检测。,二、常用检测依据,1、钢筋混凝土用热轧带肋钢筋GB1499-1998(GB1499
4、分为三个部分:第一部分为:热轧光圆钢筋;第二部分为:热轧带肋钢筋;第三部分:钢筋焊接网。其中第二部分有新标准GB1499.2-2007)2、钢筋混凝土用热轧光圆钢筋GB13013-19913、低碳钢热轧圆盘条GB/T701-19974、冷轧带肋钢筋GB13788-20005、碳素结构纲GB700-20066、低合金高强度结构纲GB/T1591-94,二、常用检测依据,7、优质碳素结构纲GB/T699-19998、钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备GB/T2975-19989、金属材料 室温拉伸试验方法GB/T228-200210、金属材料 弯曲试验方法GB/T232-199911、金属材
5、料 线材 反复弯曲试验方法GB/T238-200212、钢筋焊接及验收规程JGJ18-200313、钢筋焊接接头试验方法标准JGJ/T27-200114、钢筋机械连接通用技术规程JGJ107-2003,二、常用检测依据,15、镦粗直螺纹钢筋接头JG171-200516、钢及钢产品交货一般技术要求GB/T17505-199817、冷轧扭钢筋JG3046-199818、钢筋锥螺纹JGJ109-200319、带肋钢筋套筒挤压连接技术规程JGJ108-200320、钢筋混凝土用钢筋焊接网GB/T1499-2002等等,三、常见建筑钢材的技术指标,1、钢筋混凝土用热轧光圆钢筋GB13013-91(1)检
6、验项目和数量,三、常见建筑钢材的技术指标,(2)主要工艺和力学性能技术指标,三、常见建筑钢材的技术指标,(3)组批和判定规则 满足四同(同一牌号、同一炉罐号、同一规格、同一交货状态)不大于60吨可以组成一批;当熔炼炉小于等于30吨时可以组成混合批,但是需要满足一定的条件。(4)试验方法 主要试验方法按照GB228,少量试验按本标准进行。,三、常见建筑钢材的技术指标,(5)需要注意的问题A、进行拉伸、冷弯试验的试样不允许车削加工;B、计算钢筋强度用截面积采用标本准表1所列公称截面积;C、尺寸测量时,钢筋测量精确至0.1mm;D、尺寸、表面、重量偏差等本标准都有相应的指标要求;,三、常见建筑钢材的
7、技术指标,2、低碳钢用热轧圆盘条GB/T701-1997(1)检验项目和数量,三、常见建筑钢材的技术指标,(2)主要工艺和力学性能技术指标 按用途分为两类:建筑用(J)和拉丝用(L)主要工艺和力学性能指标分别见下表表:供建筑用盘条力学和工艺性能技术指标,三、常见建筑钢材的技术指标,表:供拉丝用盘条力学和工艺性能技术指标,三、常见建筑钢材的技术指标,(3)组批和判定规则 允许组成混合批,每批重量不得大于60吨。(4)试验方法:主要试验方法按照GB228 少量试验按本标准进行,三、常见建筑钢材的技术指标,3、混凝土用热轧带肋钢筋GB1499.2-2007(1)名词术语公称直径:与钢筋的公称横截面积
8、相等的圆的直径。本标准推荐的公称直径范围为6-50mm。牌号:普通热轧钢筋牌号由HRB和屈服强度特征值构成;细晶粒热轧钢筋牌号由HRBF和屈服强度特征值构成普通热轧钢筋:按热轧状态交货的钢筋,其金相组织主要是铁素体加珠光体,不得有影响使用性能的其他组织存在。,三、常见建筑钢材的技术指标,细晶粒热轧钢筋:在热轧过程中,通过控轧和控冷工艺形成的细晶粒钢筋,其金相组织主要是铁素体加珠光体,不得有影响使用性能的其他组织存在,晶粒度不粗于9级。特征值:在无限多次的检验中,与某一规定概率所对应的分位值。(2)检验项目和数量,三、常见建筑钢材的技术指标,三、常见建筑钢材的技术指标,(3)主要工艺和力学性能指
9、标分别见下表,三、常见建筑钢材的技术指标,注:1、直径20-40mm的各牌号钢筋断后伸长率可降低1%;直径大于40mm的各牌号钢筋的断后伸长率可降低2%。2、有较高要求的抗震结构中使用的钢筋品种应在相应的牌号后加E(例如:HRB400E、HRBF400E),其除满足相应的指标要求外还需满足:钢筋实测抗拉强度值与实测屈服强度值之比不应小于1.25(解释:安全)钢筋实测屈服强度值与屈服强度特征值之比不应大于1.3(解释:安全),三、常见建筑钢材的技术指标,(4)组批规则:本标准9.22规定,每批由同一牌号、同一炉罐号、同一规格的钢筋组成组成。每批重量通常不大于60吨。超过60吨的部分,每增加40吨
10、(或不足40吨的余数),增加一个拉伸试验试样和一个弯曲试验试样。也可以由满足一定条件的混合批组成。混合批的重量不大于60吨。,三、常见建筑钢材的技术指标,(5)试验方法及注意问题A、尺寸测量:精度(长度测量精确至1mm,内径测量精确至0.1mm);注意测量位置B、反向弯曲:弯心直径比相应弯曲试验增加一个弯心直径;试验步骤:先正向弯曲90再反向弯曲20。两个弯曲角度均应在去栽之前测量。判断标准:经反向弯曲试验后,钢筋弯曲部位表面不得产生裂纹。C、钢筋在最大力下总伸长率的测定方法。附录AD、进行拉伸、冷弯试验试样不允许车削加工;E、计算钢筋强度用截面积采用标本准表2所列公称截面积F、特征值检验:适
11、用情况(9.1.1)试验方法(附录B),三、常见建筑钢材的技术指标,4、冷轧带肋钢筋GB13788-2000(1)检验项目和数量,三、常见建筑钢材的技术指标,(2)主要工艺和力学性能指标分别见下表,三、常见建筑钢材的技术指标,反复弯曲试验的弯曲半径(mm),(3)组批规则每批应由同一牌号、同一外形、同一规格、同一生产工艺和同一交货状态的钢筋组成,每批不大于60吨,三、常见建筑钢材的技术指标,(4)试验方法 A、应力松弛试验:温度、试样要求、试样长度、初始应力、加荷速度,三、常见建筑钢材的技术指标,5、碳素结构钢GB700-2006(1)检验项目和数量,三、常见建筑钢材的技术指标,(2)主要工艺
12、和力学性能指标分别见下表,三、常见建筑钢材的技术指标,三、常见建筑钢材的技术指标,注:Q195的屈服强度值仅供参考,不作为交货条件;厚度大于100mm的钢材,抗拉强度下限允许降低20N/mm2。宽带钢(包括剪切钢板)抗拉强度上限不作交货条件。钢材厚度(或直径)大于100mm时,弯曲试验由双方协商确定。,三、常见建筑钢材的技术指标,(3)组批规则 每批由同一牌号、同一炉罐号、同一等级、同一品种、同一尺寸、统一交货状态组成,每批不得大于60吨,也可以由满足一定条件的混合批组。4)试验方法及注意事项A、当厚度或直径大于20mm(cm)的钢材进行冷弯试验时,试样可以经过单面刨削加工使其厚度达到20mm
13、,进行试验时,未加工面应在外面。如不进行试样加工,弯心直径应较表中所列数值增加一个试样厚度。(GB/T700老标准要求),三、常见建筑钢材的技术指标,B、冲击试样:试样规格、判定以及复检规则。厚度不小于12mm或直径不小于16mm的钢材应冲击试验。试样尺寸为10mm7.5mm55mm或10mm5mm55mm或10mm产品厚度55mm。判定规则:按一组三个试样的算术平均值计算,允许其中一个试样低于规定值,但不得低于规定值的70%。如不满足要求,可从同一抽样产品上再抽取3个试样,先后6个试样平均值不得低于规定值,允许有2个试样低于规定值,但其中低于规定值70%的试样只允许1个。,三、常见建筑钢材的
14、技术指标,复检规则:如不满足要求,抽样样品报废,从该检验批剩余部分取两个抽样样品,在每个抽样样品上各选取新的一组3个试样,这两组试样复检结果均应合格。C、用Q195和Q235B沸腾钢轧制的钢材,其厚度(或直径)不大于25mm,三、常见建筑钢材的技术指标,6、低合金高强度钢GB/T1591-94(1)主要工艺和力学性能指标分别见讲义(省略),四、建筑钢材原材料试验方法,(一)、取样方法(GB2975等标准)1、组批规则2、常见建筑钢材取样位置和数量,四、建筑钢材原材料试验方法,(二)常用试验方法1、拉伸试验(1)试验环境:一般在10-35,对温度有严格要求的按照相关标准执行,如相关标准无明确要求
15、,试验温度应为235(2)名词术语2.1、伸长率:原始标距的伸长与原始标距之比的百分率2.2、A11.3 表示原始标距为11.3S1/2 的断后伸长;A100mm 表示原始标距为100mm断后的伸长率。,四、建筑钢材原材料试验方法,2.3、上屈服强度:试样发生屈服而力首次下降前的最高应力2.4、下屈服强度:在屈服期间,不计初始瞬时效应时的最低应力2.5、规定非比例延伸强度(Rp):非比例延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力。RP0.2%表示规定非比例延伸率为0.2%时的应力。2.6、规定总延伸率强度(Rt):总延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力。,四、建筑钢材原材料试验方法,2.7、
16、规定残余延伸率强度(Rr):卸除应力后残余延伸率等于规定的引伸计标距百分率时对应的应力。2.8、断面收缩率:断裂后试样横截面积的最大减缩量与原始截面积之比的百分率2.9、屈服强度:当金属材料呈现屈服现象,在试验期间达到塑性变形而力不增加的应力点。2.10、抗拉强度:试样拉断过程中最大力所对应的应力。2.11应力:试验期间任一时刻的力除以试验原始横截面积之商。,四、建筑钢材原材料试验方法,(3)拉伸过程,四、建筑钢材原材料试验方法,弹性阶段(I):测定弹性模量;屈服阶段(II):测定屈服强度。强化阶段(III):测定抗拉强度。颈缩阶段(IV):测定伸长率,四、建筑钢材原材料试验方法,(4)试样制
17、备4.1比例试样与非比例试样:试样原始标距与原始横截面积有L=KS1/2关系的称为比例试样。国际常用比例系数为5.65,原始标距最小不小于15mm,当不能满足最小标距要求时可采用较高比例系数,优先采用11.3。4.2钢筋一般不需要加工,保持钢筋原有截面,试样长度应大于夹持长度加原始标距的长度。4.3各种型钢一般需要机加工制备试样。详见P213 a b c d,四、建筑钢材原材料试验方法,(5)试验设备试验机精度、量程;测定具有大延伸率性能,如抗拉强度等应使用不低于2级准确度的引伸计。试验速率:有产品规定的按产品规定执行,否则需要满足以下要求:上屈服强度:在弹性阶段和直至上屈服强度,试验机分离速
18、率尽可能恒定,应力速率按下表选择:材料弹性模量小于150GPa,速率在2-20MPa/s;弹性模量大于等于150GPa,速率6-60 MPa/s。,四、建筑钢材原材料试验方法,下屈服强度:应变速率在0.00025/s-0.0025/s之间。试验机应为1级或优于1级的准确度。测定规定非比例延伸强度的引伸准确度应不低于1级。测定拉断后伸长率的仪器分辨力应高于0.1mm,准确到0.25。原始横截面积测定的仪器分辨力应按下表选择。,四、建筑钢材原材料试验方法,原始横截面积测定的仪器分辨力要求,四、建筑钢材原材料试验方法,(6)试验方法6.1原始横截面积(So)测定 热轧带肋钢筋、热轧光贺钢筋及冷轧带肋
19、钢筋进行钢筋强度计算时,均采用钢筋的公称横截面面积。经机加工的试样应在试样标距的两端及中间三处进行测量,取用三处测得的最小横截面积,其中矩形截面试样分别测量宽度和厚度;圆形截面试样应在两个相互垂直方向测量试样的直径,取算术平均值计算截面积。管状试样应在其一端相互垂直方向测量外径和壁厚,分别取其平均值后计算面积,也可以根据测量的试样长度、试样质量和材料密度计算截面积。,四、建筑钢材原材料试验方法,厚度大于0.1且小于3薄板和薄带使用的试样原始横截面积测定应准确到0.2%;厚度等于或大于3板和扁材以及直径或厚度等于或大于4线材、和型材试样测量尺寸就准确到0.5%;直径或厚度小于4线材、棒材和型材及
20、管材试样的原始横截面积测定应准确到1%。通过计算得出的原始横截面积应至少保留4位有效数字。,四、建筑钢材原材料试验方法,6.2标记原始标记(Lo)试样一般为比例试样,试样原始标距(Lo)与原始横截面积(So)有Lo=kS00.5的关系,比例系数k一般5.65。原始标距应不小于15。当试样横截面积太小,以至k采用5.65产不能满足此最小标距要求时,可采用较高值(优先采用11.3)或采用非比例试样。非比例试样原始标距与原始横截面积无关。对于比例样应将原始标距的计算修约至最接近5的倍数,中间值向较大一方修约。,四、建筑钢材原材料试验方法,热轧光圆钢筋、热轧带肋钢筋均采用k值为5.65的比例试样,原始
21、标距为5倍的钢筋直径;CRB550级冷轧带钢筋、低碳钢热轧圆盘采用k值为11.3的比例试样,原始标距为10倍的钢筋直径(其中6.5的圆盘条Lo为70的原始标距);强度等级高于CRB550级的冷轧带助钢筋均采用非比例试样,固定标距100。原始标距的标记应准确到1%。,四、建筑钢材原材料试验方法,进行原始标距标记时,如平行长度比原始标距长许多时,应标记一系列套叠的原始标距。可将每个原始距按3或3的整数倍进行等分,如图所示。(P215)6.3屈服强度测定呈现明显屈服现象的钢材,应按相关产品标准规定测定上屈服强度或下屈服强度或两者同时测定,如未做具体规定,应测定上屈服强度和下屈服强度,或仅下屈服强度(
22、屈服阶段无力下降现象时)。,四、建筑钢材原材料试验方法,试验速率:测定上屈服强度时,在弹性范围和直至上屈服点,拉伸速率应保持恒定并按下表控制。若仅测定下屈服强度,弹性范围内按上表的速率控制,在屈服即将开始前将应变速率调节至0.000250.0025/s间,并在屈服完成之前保持恒定。拉伸速率要求,四、建筑钢材原材料试验方法,屈服强度检测常用三种方法:图解方法:试验时记录力-位移曲线,从曲线图读取首次下降前的最大力和不计初始瞬间效应时屈服阶段中的最小力;或者屈服平台的恒定力(屈服阶段无力下降现象时)。将其分别除以试样原始横截面积得到上屈服强度和下屈服强度。自动分析法:使用自动装置或自动测试系统进行
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