钢筋混凝土,第一部分 钢材,第一节 钢材的特点 优点： 比强度高 塑性好、韧性好 能承受冲击和振动荷载 可加工性,优点 比强度高,优点 比强度高,优点 可加工性,优点： 能承受冲击和振动荷载,优点： 能承受冲击和振动荷载,缺点： 易锈蚀 维护费用高 温度敏感性,钢材缺点：易锈蚀,钢材缺点：易锈蚀,钢材缺点：维护费用高,钢材缺点：温度敏感性,钢材缺点：温度敏感性,建筑钢材的技术性能,第二节 钢材的主要技术性能,（一)、力学性能,一、钢材的拉伸性能,L0=5d0或10d0,一、钢材的拉伸性能,返回,一、钢材的拉伸性能,三个重要的指标 1.屈服强度s结构设计中钢材强度取值的依据 2.抗拉强度b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.伸长率衡量钢材塑性的指标，越大塑性越好,O,A,A,C,D,B,一、钢材的拉伸性能,二、冲击韧性,钢材抵抗冲击荷载的能力。,定义,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 时效,ak,影响冲击韧性的因素,二、冲击韧性,时效钢材随着时间的延长，强度和硬度提高，而塑性、韧性下降的现象； 在冷加工及振动反复荷载下，时效性特别明显 承受动荷载的结构应该选用时效敏感性小的钢材,二、冲击韧性,三、钢材的耐疲强度,疲劳破坏：钢材在交变荷载反复作用下，往往会在应力远低于抗拉强度的情况下发生裂断的现象。 疲劳强度：在多次反复交变荷载的作用下不发生疲劳破坏时的最大应力称为疲劳强度。它是表明钢材耐疲劳性的指标。通常取交变应力循环次数N=107时，不发生破坏的最大应力作为其疲劳极限,三、钢材的耐疲强度 疲劳破坏原因：,钢材的疲劳破坏一般由拉应力引起的，首先在局部开始形成细小裂纹，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。 钢材内部的组织结构、成分偏析及其它缺陷，是决定其疲劳性能的主要因素。 钢材的截面变化、表面质量及内应力大小等造成应力集中的因素，都与其疲劳极限有关。如钢筋焊接接头和表面微小的腐蚀缺陷，都可使疲劳极限显著降低。 当疲劳条件与腐蚀环境同时出现时，可促使局部应力集中出现，大大增加了疲劳破坏的危险。,四、钢材的硬度,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。,定义,测定方法,演示,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。,四、钢材的硬度,（二）、工艺性能,一、钢材的冷弯性能,指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，试件被 弯曲角度、弯心直径与厚度的比值d/a,定义,指标,试验演示,一、钢材的冷弯性能,冷弯检验的意义：,钢材的冷弯性能和其伸长率一样，也是表示钢材在静荷载条件下的塑性。但冷弯是钢材处于不利变形条件下的塑性，而伸长率是反映钢材在均匀变形下的塑性。故冷弯试验是一种比较严格的检验。 它能揭示钢材内部组织的均匀性，以及存在内应力或夹杂物等缺陷的程度。在拉力试验中，这些缺陷常因塑性变形导致应力重分布而反映不出来。 在工程实践中，冷弯试验还被用作检验钢材焊接质量的一种手段，能揭示焊件在受弯表面存在的未熔合、微裂纹和夹杂物 。,二、 冷加工指钢材在常温下进行的加工。常见的冷加工方式：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。冷加工强化处理：钢材经冷加工产生塑性变形，从而提高其屈服强度的过程。,在建筑工地和混凝土预制厂，经常对比使用要求的强度偏低和塑性偏大的钢筋或低碳盘条钢筋进行冷拉或冷拔并时效处理，以提高屈服强度和利用率，节省钢材。同时还兼有调直、除锈的作用。这种加工所用机械比较简单，容易操作，效果明显，所以建筑工程中常采取此法,三、焊接性能,焊接方式：搭接、对接焊接要求： 焊接处（焊缝及其附近过热区）不产生裂缝及硬脆倾向。 焊接处与母材一致，即拉伸试验，强度不低于原钢材强度。影响因素：碳、合金元素等杂质元素越多，可焊性越小。,四 钢材的化学成分的影响,1. 钢材的化学成分及对性能的影响钢材的化学成分主要是指碳、硅、锰、硫、磷等，在不同情况下往往还需考虑氧、氮及各种合金元素。（1）碳：土木工程用钢材含碳量不大于0.8。在此范围内，随着钢中碳含量的提高，强度和硬度相应提高，而塑性和韧性则相应降低，碳还可显著降低钢材的可焊性，增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抗大气锈蚀性。,（2）硅：当硅在钢中的含量较低（小于1%）时，可提高钢材的强度，而对塑性和韧性影响不明显。超过1，脆性增加，可焊性降低 （）锰：锰是我国低合金钢的主加合金元素，锰含量一般在0.8% 1范围内，它的作用主要是使强度提高，锰还能消减硫和氧引起的热脆性，使钢材的热加工性质改善。大于1，强度提高，但塑性及韧性降低，可焊性降低,（）硫：硫是很有害元素。呈非金属硫化物夹杂物存在于钢中，具有强烈的偏析作用，降低各种机械性能。硫化物造成的低熔点使钢在焊接时易于产生热裂纹，显著降低可焊性。（）磷：为有害元素，含量提高，钢材的强度提高，塑性和韧性显著下降，特别是温度愈低，对韧性和塑性的影响愈大，磷在钢中的偏析作用强烈，使钢材冷脆性增大，并显著降低钢材的可焊性。,（）氧：为有害元素。主要存在于非金属夹杂物内，可降低钢的机械性能，特别是韧性，氧有促进时效倾向的作用，氧化物造成的低熔点亦使钢的可焊形变差。（）氮：氮对钢材性质的影响与碳、磷相似，使钢材的强度提高，塑性特别是韧性显著下降。氮可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。,第三节 土木工程常用钢材,钢结构用钢混凝土结构用钢,一、 钢结构用钢,1.碳素结构钢 （1）碳素结构钢的牌号表示按顺序： 屈服点字母（Q）、屈服点数值（单位MPa）、 质量等级（有A、B、C、D 4级，逐级提高） 脱氧方法（F：沸腾钢，B：半镇钢，Z：镇静钢，TZ：特殊镇钢。 牌号表示时Z、TZ可省略）。,一、 钢结构用钢 1.碳素结构钢,例如： Q235AF 表示屈服点为235MPa，A级沸腾钢。 Q235B 表示屈服点为235MPa，B级镇静钢,（2）碳素结构钢的选用碳素结构钢依牌号增大，含碳量增加，其强度增大，但塑性和韧性降低。建筑工程中主要应用Q235号钢,可用于轧制各种型钢、钢板、钢管与钢筋。具有较高的强度，良好的塑性、韧性，可焊性及可加工等综合性能好,且冶炼方便，成本较低，因此广泛用于一般钢结构。其中C、D级可用在重要的焊接结构。,一、 钢结构用钢 1.碳素结构钢,Q195、Q215号钢材强度较低，但塑性、韧性较好，易于冷加工，可制作铆钉、钢筋等。Q275号钢材强度高，但塑性、韧性、可焊性差， 可用于钢筋混凝土配筋及钢结构中的构件及螺栓等。受动荷载作用结构、焊接结构及低温下工作的结构，不能选用A、B质量等级钢及沸腾钢。,一、 钢结构用钢 1.碳素结构钢,概念：低合金结构钢是在碳素钢的的基础上加入小于总量5%的合金元素而形成的。目的：提高钢材的强度、耐冲击韧性、耐磨性和耐腐蚀性等。加入的元素：主要有锰（Mn）、硅（Si）、钒（V）、钛（Ti）,铬等。,一、 钢结构用钢 2.低合金高强度结构钢,牌号由三个部分组成： 代表屈服点的汉语拼音字母Q； 屈服点数值； 质量等级符合（A、B、C、D、E）按顺序排列。例如Q390A。,一、 钢结构用钢 2.低合金高强度结构钢,特点： 强度大大高于碳素结构钢； 良好的工艺性能（塑性、韧性）； 其耐磨性、耐蚀性及耐低温性等均较良好； 质量较轻，可降低结构自重，因而适用于大型结构桥梁等工程。,一、 钢结构用钢 2.低合金高强度结构钢,二、钢筋砼用钢材,1钢筋混凝土用热轧钢筋热轧钢筋：是一种条形钢材，由碳素结构钢或低合金结构钢的钢坯加热轧制而成，按其表面的形状不同分为光圆钢筋和带肋钢筋两类，横截面通常为圆形。,二、钢筋砼用钢材,热轧光圆钢筋：由碳素结构钢轧制，如其牌号为HPB235，H、P、B分别为热轧（Hot rolled）、光圆（Plain）、钢筋（Bars）三个词的英文首位字母。 热轧带肋钢筋： 由低合金钢轧制 H、R、B分别为热轧（Hot rolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（ Bars）三个词的英文首位字母。 热轧带肋钢筋分为HRB335、HRB400、HRB500三个牌号,二、钢筋砼用钢材,钢筋性能：HPB235级热轧光圆钢筋：强度较低，但塑性及焊接性能较好，便于各种冷加工，可作为冷拔钢丝的原材料；广泛用于普通钢筋混凝土构件中，一般多用于中小型构件受力部分和其它结构中的构造钢筋。HRB335级和HRB400级钢筋：强度、塑性及焊接的综合性能较好，可用于大、中型如桥梁、水坝等构件中，目前提倡用HRB400级钢筋作为我国钢筋混凝土结构的主力钢筋。HRB500钢筋：强度高，但塑性和焊接性能较差，多用于预应力钢筋。,二、钢筋砼用钢材,由屈服强度较低的碳素结构钢轧制的盘条，是目前用量最大、使用最广的线材，也称普通线材。 Q235AF-J Q235AF-L L 供拉丝用 J 供建筑和其它用,二、钢筋砼用钢材 2、低碳钢热轧圆盘条,二、钢筋砼用钢材 3、冷轧带肋钢筋,冷轧带肋钢筋是将热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀布的三面或二面横肋的钢筋。冷轧带肋钢筋牌号：冷轧带肋钢筋的由CRB和钢筋的抗拉强度构成。C、R、B分别为冷轧（Cold rolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）三个词的英文首位字母。冷轧带肋负筋分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170五个牌号，其中CRB550为普通钢筋混凝土用钢筋，其它牌号为预应力混凝土用钢筋,二、钢筋砼用钢材 4、预应力混凝土用钢丝及钢绞线,钢丝质量稳定、安全可靠、强度高、无接头、施工方便，主要用于大跨度屋架，薄腹梁、吊车梁等，轨枕、压力管道 钢绞线主要用于大跨度、大负荷的后张法预应力屋架、桥梁和薄腹梁等结构的预应力筋。,第四节 钢材的锈蚀与防止,1.钢材的锈蚀,钢材表面与其周围介质发生化学反应而遭到的破坏， 称为钢材的锈蚀。,化学锈蚀电化学锈蚀,多数是由氧化作用在钢材表面形成疏松氧化物。干燥环境中反应缓慢，但温度和湿度较高，锈蚀发展迅速。,钢材本身组成上的原因和杂质的存在，在表面介质的作用下，各成分电极电位的不同，形成微电池，铁元素失去了电子成为Fe2+进入介质溶液，与溶液中的OH-离子结合生成Fe（OH）2。,锈蚀的结果：在钢材表面形成疏松的氧化物，使钢结构断面减小，降低钢材的性能，因而承载力降低。,2 钢材的防护三个方面：从改变钢材本身的易腐蚀性、隔离环境中的侵蚀性介质或改变钢材表面的电化学过程。 （1）制成合金钢（耐大气腐蚀钢） （2）金属覆盖 电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面。 （3）非金属覆盖 在钢材表面用金属材料做为保护膜,如喷涂涂料、 搪瓷和塑料等。 （4）混凝土用钢筋的防锈,第二部分 混 凝 土,第一节 概 述,混凝土是由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。 工程对混凝土质量的基本要求是： 具有符合设计要求的强度； 具有与施工条件相适应的和易性； 具有与工程环境相适应的耐久性 材料组成经济合理、生产制作节约能源。,一、混凝土的分类,1、按其表观密度 普通混凝土：表观密度为20002800kgm3 重混凝土：表观密度2800kgm3以上 轻混凝土：表观密度小于1950kgm3。 可用作结构混凝土、保温用混凝土以及结构兼保温混凝土。,