1、理学理学土木工程材料课件土木工程材料课件第1章 土木工程材料的基本性质 1.1 材料的基本物理性质(physical properties)1.1.1 材料的密度、表观密度与堆积密度*(1)密度(density)*P8近似密度（视密度）(apparent density)(2)材料的体积密度（density）(3)表观密度表观密度(apparent density)(4)堆积密度（散粒体）(bulk density)(for particles)压实密度（compacted density）表1-1 常用材料的密度、表观密度、堆积密度材料的密度 材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。按下式计算
2、：式中：密度，gcm3；m 材料在干燥状态的质量，g；V 材料的绝对密实状态下的体积，cm3。11Vm材料的表观密度材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：0表观密度，kgm3；m 材料的质量，kg；V0材料在自然状态下的体积（含材料实体及闭口空含材料实体及闭口空隙体积隙体积），m3。2100Vm材料的体积密度材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：0表观密度，kgm3；m 材料的质量，kg；V0材料在自然状态下的体积（含材料实体及闭口空含材料实体及闭口空隙、闭口空隙体积隙、闭口空隙体积），m3。31Vm材料为散粒或粉状，如砂、石子、水泥等，在自然堆积状在自然堆积状态下
3、态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：材料的堆积密度，kgm3；m 材料的质量，kg；材料的自然(松散)堆积体积(包括材料固体颗包括材料固体颗粒体积及其闭口、开口空隙体积和颗粒之间空隙的体积粒体积及其闭口、开口空隙体积和颗粒之间空隙的体积)，m3。材料的堆积密度4111Vm11V材料的密实度材料体积内被固体物质充实的程度。按下式计算：51%100%100DVVD或材料的孔隙率材料体积内，孔隙体积所占总体积的百分率。按下式计算：密实度与孔隙率的关系可表示为：DP=1即密实度孔隙率=1。61%100)1(%100)1(%100VVVVVP材料的孔隙率kPPPb对应开口孔和闭口孔的孔隙率分别称为开
4、口孔隙率和闭口孔隙率。61%100)1(%100)1(%100)1(%100%100koobbkVVVVVVVVVVVP材料的填充率 散粒材料堆积体积中，被颗粒所填充的程度。按下式计算：101%100%10011DVVD或材料的空隙率 散粒材料堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例。用下式计算：即：DP=1或填充率空隙率=1。91%100)1(100)1(%100)(0110101VVVVVP材料的质量吸水率 材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水分的性质，用吸水率表示，吸水率有两种表示方法：1、质量吸水率 指材料在吸水饱和状态下，所吸水的质量占材料干质量的百分率，即材料吸水饱和时的含水率。按下
5、式表示：式中：Wm材料质量吸水率，%；mg材料干燥状态下质量，g；mb材料吸水饱和状态下质量，g。111%100ggbmmmmW材料的含水率 材料在一定温度和湿度下吸附水分的能力，用含水率表示，即式中：W材料质量吸水率，%；ms材料含水时的质量，g；mg材料干燥状态下的质量，g。121%100ggsmmmW材料的软化系数*材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性，用软化系数表示，即式中：KR材料的软化系数；fw材料在吸水饱和状态下的强度，MPa；f 材料在干燥状态下的强度，MPa。131gbRffK材料的软化系数 0.85的材料称为耐水材料材料的渗透系数 材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，用渗透系
6、数表示，即式中：K渗透系数，cmh；Q透水量，cm3；d试件厚度，cm；A透水面积，cm2；t渗水时间，h；H静水压力水头，cm。141AtHQdK)(dAtHQ 材料的抗渗等级表示混凝土抗渗能力的指标。即28天龄期的混凝土标准试件在标准试验方法下能承受的最大水压力值。P=10H1 (1-15)式中：P抗渗等级；H试件开始渗水时的水压力，MPa。S(Shen)P(Permeate)材料的抗压、抗拉及抗剪强度(compressive,tensile and shear strength)材料的抗压、抗拉及抗剪强度按下式计算：式中：f材料的强度，MPa；Fmax破坏时最大荷载，N；A受力截面面积，
7、mm2。161maxAFf材料的抗弯强度(bending strength)1)二分法。将条形试件放在两支点上，中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，则抗弯强度按下式计算：2)三分法。在跨度的三分点上作用两个相等的集中荷载，则抗弯强度按下式计算：式中：fm抗弯强度，MPa；Fmax弯曲破坏时最大荷载，N；b、h试件横截面的宽及高，mm；L两支点间的距离，mm。171232maxbhLFfm1812maxbhLFfm材料的弹性与塑性、脆性与韧性弹性：弹性：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，变形能完全消失的性质。(elasticity)塑性：塑性：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持
8、变形后的形状，并不产生裂缝的性质。(plasticity)脆性：脆性：材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时无明显的塑性变形的性质。(brittleness,fragility)韧性：韧性：材料在冲击、震动荷载作用下，能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不破坏的性质。(fracture toughness)材料的导热系数*(coefficient of thermal conduction)材料传导热量的性质称为导热性，以导热系数表示，即式中：导热系数，W(mK)；Q总传热量，J；a材料厚度，m；A热传导面积，m2；t热传导时间，h；T2T1材料两面温度差，K。
9、19112TTAtQa可将本式与材料的渗透系数定义式比较理解和记忆)(12aTTAtQ材料的吸声系数(acoustical coefficient)声能穿透材料和被材料消耗的性质称为材料的吸声性，评定材料的吸声性能好坏的主要指标称为吸声系数()，即式中：Ea穿透材料的声能；E材料消耗的声能；E0入射到材料表面的全部声能。2110EEEa)(能包括部分穿透材料的声被材料吸收的声能 EtEa材料的体积密度(density)材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：材料的堆积密度，kgm3；m 材料的质量，kg；V 材料的自然外形体积(包括材料固体颗粒体积、开口及其闭口空隙体积体积)，m3
10、。)31(Vm材料体积的吸水率111%100ggbmmmmW 材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水分的性质，用吸水率表示，吸水率有两种表示方法：2、质量吸水率 指材料在吸水饱和状态下，所吸水的体积占干燥材料自然状态下体积的百分率，即材料吸水饱和时的含水率。按下式表示：式中：Wv材料体积吸水率，%；V干燥材料自然状态下体积，cm3；w水的密度，g/cm3。121%1001%100wgbgbvVmmVVVW材料的隔声性隔声性（隔声性（sound insulation）：材料隔绝声音的能力。材料的隔声性用隔声量来表示：R材料的隔声量（分贝，dB）Eo入射到材料表面的总声能 Ea透过材料的声能aEER0
11、lg10基础知识基础知识 2.2.1 2.2.1 炼钢（炼钢2.2.2.2.2、浇注（浇注、脱氧 2.2.2.2.3、脱氧（脱 氧2.2.2.2.4、加工（钢材的加工钢材轧制*钢材的轧制钢材热处理钢材的热处理钢材的生产过程（钢材的生产过程 基础知识基础知识 钢与生铁的区分在于含碳量的大小。含碳量小于钢与生铁的区分在于含碳量的大小。含碳量小于2.062.06的铁碳合金称为钢。含碳量大于的铁碳合金称为钢。含碳量大于2.062.06的铁碳的铁碳合金称为生铁。合金称为生铁。2.1.1 2.1.1 按化学成分分类按化学成分分类2.1.2 2.1.2 按品质（杂质含量）分类按品质（杂质含量）分类2.1.3
12、 2.1.3 按冶炼时脱氧程度分类按冶炼时脱氧程度分类 2.2.1 2.2.1 按化学成分分类按化学成分分类 1.1.碳素钢碳素钢(carbon content=0.02%2.06%的铁碳合金)低碳钢：含碳量低碳钢：含碳量 0.25 0.60 0.60 2.2.合金钢合金钢 （碳素钢中加入合金元素Si,Mn,Ti,V)低合金钢：合金元素总含量低合金钢：合金元素总含量alloy content alloy content 5.10 10 建筑工程中，钢结构用钢和钢筋混凝土结构用建筑工程中，钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢，主要使用非合金钢中的低碳钢，及低合金钢加钢，主要使用非合金钢中的低碳钢，及低
13、合金钢加工成的产品。工成的产品。2.2.2 2.2.2 按品质（杂质含量）分类按品质（杂质含量）分类1.1.普通钢：含硫量普通钢：含硫量(sulphur content)0.050)0.050；含磷量含磷量(sulphur content)0.045)0.045。2.2.优质钢：含硫量优质钢：含硫量0.0350.035；含磷量；含磷量0.0350.035。3.3.高级优质钢：含硫量高级优质钢：含硫量0.0250.025；含磷量；含磷量0.0250.025。4.4.特级优质钢：含硫量特级优质钢：含硫量0.0150.015；含磷量；含磷量0.0250.025。2.2.3 2.2.3 按冶炼时脱氧程
14、度分类按冶炼时脱氧程度分类 1.1.沸腾钢沸腾钢 rimmed steel;rimming steel 炼钢时脱氧不充分，钢液中还有较多金属氧化物，浇铸钢锭炼钢时脱氧不充分，钢液中还有较多金属氧化物，浇铸钢锭后钢液冷却到一定的温度，其中的碳会与金属氧化物发生反应，后钢液冷却到一定的温度，其中的碳会与金属氧化物发生反应，生成大量一氧化碳气体外逸，引起钢液激烈沸腾。这种钢材称为生成大量一氧化碳气体外逸，引起钢液激烈沸腾。这种钢材称为沸腾钢，其代号为沸腾钢，其代号为“F”F”。其冲击韧性和可焊性较差。其冲击韧性和可焊性较差。2.2.镇静钢镇静钢(fully-killed steel;killed s
15、teel)炼钢时脱氧充分，钢液中金属氧化物很少，在浇铸钢锭时钢炼钢时脱氧充分，钢液中金属氧化物很少，在浇铸钢锭时钢液会平静地冷却凝固，这种钢称为镇静钢，其代号为液会平静地冷却凝固，这种钢称为镇静钢，其代号为“Z”Z”。3.3.半镇静钢半镇静钢balanced steel;semikilled steel balanced steel;semikilled steel 指脱氧程度和性能都介于沸腾钢和镇静钢之间的钢材，其代指脱氧程度和性能都介于沸腾钢和镇静钢之间的钢材，其代号为号为“b”b”。4.4.特殊镇静钢特殊镇静钢 比镇静钢脱氧程度更彻底的钢，故称为特殊镇静钢，代号为比镇静钢脱氧程度更彻底的
16、钢，故称为特殊镇静钢，代号为“TZ”“TZ”。特殊镇静钢的质量最好，适用于特别重要的结构工程。特殊镇静钢的质量最好，适用于特别重要的结构工程。基础知识基础知识 2.3.1 2.3.1 抗拉性能抗拉性能 2 2.3.2 3.2 冲击韧性冲击韧性2.3.3 2.3.3 耐疲劳性耐疲劳性 2.3.4 2.3.4 工艺性能工艺性能2.3.1 2.3.1 抗拉性能抗拉性能 3.1.2.1 3.1.2.1 抗拉性能抗拉性能弹性阶段为OA 弹性：卸去拉力，试件能完全恢复原状。与A点对应的应力称为弹性极限，用p表示（fE)。elastic此阶段应力与应变的比值为常数，称为弹性模量，用E表示。弹性模量反映钢材的
17、刚度。土木工程中常用的碳素结构钢Q235的弹性模量E为(2.0-2.1)105MPa。3.1.2.1 3.1.2.1 抗拉性能抗拉性能屈服阶段为AB应力超过应力超过A A点后，应变的速度大于应力的速度点后，应变的速度大于应力的速度卸去拉力，试件上已有不能消失的塑性变形。卸去拉力，试件上已有不能消失的塑性变形。B B上点是屈服阶段的应力最高点，为屈服上限，上点是屈服阶段的应力最高点，为屈服上限，B B下点为屈服下限。下点为屈服下限。B B下点比较稳定，容易测定，所以一般以下点比较稳定，容易测定，所以一般以B B下下点对应的应力，作为屈服强度点对应的应力，作为屈服强度(yield strength
18、)(yield strength)s s(f fy y)Q235Q235钢的屈服点应在钢的屈服点应在235MPa235MPa以上。以上。2.硬钢（高碳钢）的拉伸性能P26 硬钢强度高，塑性差，硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈屈服强度。用条件屈服强度服强度0.2来代替屈服来代替屈服强度。（强度。（f0.2)条件屈服点条件屈服点0.2（f0.2)：使硬钢产生使硬钢产生0.2%塑性塑性变形时的应力。见左变形时的应力。见左图。书图。书Fig.3.30A0.2%aboa总变形。ba弹性变形99.8%。ob塑性变形0.2%。2.
19、3.1 2.3.1 抗拉性能抗拉性能弹性阶段为OA 弹性：卸去拉力，试件能完全恢复原状。与A点对应的应力称为弹性极限，用p表示。此阶段应力与应变的比值为常数，称为弹性模量，用E表示。弹性模量反映钢材的刚度。土木工程中常用的碳素结构钢Q235的弹性模量为(2.0-2.1)105MPa。2.3.1 2.3.1 抗拉性能抗拉性能屈服阶段为AB应力超过A点后，应变的速度大于应力的速度卸去拉力，试件上已有不能消失的塑性变形。B上点是屈服阶段的应力最高点，为屈服上限，B下点为屈服下限。B下点比较稳定，容易测定，所以一般以B下点对应的应力，作为屈服强度s（fy)。Q235钢的屈服点应在235MPa以上。2.
20、3.1 2.3.1 抗拉性能抗拉性能强化阶段为BC内部组织发生晶格畸变、错位等，使其抵抗塑性变形的能力又重新提高，故称为强化阶段。对应C点的应力称为抗拉强度，用b表示。Q235的抗拉强度在375MPa以上。伸长率：断面收缩率：%100001lll%100010AAA E为常量，低碳钢有明显屈服点，为常量，低碳钢有明显屈服点，fy作为作为破坏标志，破坏标志，fy/fu强屈比强屈比*抗拉强度与抗拉强度与屈服强度之比屈服强度之比（P26）为强度储备，伸长）为强度储备，伸长率率、表示塑性变形能力。表示塑性变形能力。2 2.3.2 3.2 冲击韧性冲击韧性 *P27 钢材的冲击韧性是处在简支梁状态的金属
21、试样在钢材的冲击韧性是处在简支梁状态的金属试样在冲击负荷作用下折断时的冲击吸收功。钢材的冲击韧冲击负荷作用下折断时的冲击吸收功。钢材的冲击韧性试验是将标准弯曲试样置于冲击机的支架上，并使性试验是将标准弯曲试样置于冲击机的支架上，并使切槽位于受拉的一侧，在试样中间开切槽位于受拉的一侧，在试样中间开V V形形缺口。缺口。2.3.3 2.3.3 耐疲劳性耐疲劳性 受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象下突然发生脆性断裂破坏的现象,称为疲劳破坏。钢材的疲劳称为疲劳破坏。钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，首先在局
22、部开始形成细小裂纹，破坏一般是由拉应力引起的，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。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所生瞬时疲劳断裂。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。以危害极大，往往造成灾难性的事故。关于疲劳的几个概念关于疲劳的几个概念 疲劳极限(fatigue limit;fatigue value)：试件在交变荷载作用下，在规定的周期基数N内(一般为200万次或400万次以上)不发生断裂所能承受的最大应力。疲劳强度(fatigue s
23、trength)：金属材料在重复或交变应力作用下，经过周次（N）后断裂时所能承受的最大应力，叫作疲劳强度。此时，N称为材料的疲劳寿命。某些金属材料在重复或交变应力作用下，没有明显的疲劳极限，常用疲劳强度表示。2.3.4 2.3.4 工艺性能工艺性能 1.1.冷弯性能冷弯性能(cold-bend performance):(cold-bend performance):指指钢钢材在常材在常温温下承受下承受弯弯曲曲变变形的能力，以形的能力，以试验时试验时的的弯弯曲曲角度角度和和弯弯心直心直径径d d为为指指标标表示，如下表示，如下图图所示。所示。2.3.4 2.3.4 工艺性能工艺性能 2.焊焊接
24、性能接性能(welding performance)钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强度应不低于原有钢材的强度。度应不低于原有钢材的强度。2.4.3 2.4.3 钢材的成分对性能的影响（钢材的成分对性能的影响（1 1）除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中引入一些的其他元素。钢材的成分对性能有重料中引入一些的其他元素。钢材的成分对性能有重要影响。这些成分可分
25、为两类：一类能改善优化钢要影响。这些成分可分为两类：一类能改善优化钢材的性能称为合金元素，主要有材的性能称为合金元素，主要有SiSi、MnMn、TiTi、V V、NbNb等；另一类能劣化钢材的性能，属钢材的杂质，主等；另一类能劣化钢材的性能，属钢材的杂质，主要有氧、硫、氮、磷等。要有氧、硫、氮、磷等。Refering P32 Table 2-2 Refering P32 Table 2-2 2.4.3 2.4.3 钢材的成分对性能的影响（钢材的成分对性能的影响（2 2）碳（碳（C C）：钢材强度的主要来源，但是随其含量增加，强度）：钢材强度的主要来源，但是随其含量增加，强度增加，塑性降低，可焊
26、性降低，抗腐蚀性降低。一般控制在增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。一般控制在0.0.22%22%以下，在以下，在0.20.2以下时，可焊性良好。以下时，可焊性良好。硫（硫（S S）：热脆性。不得超过）：热脆性。不得超过0.05%0.05%。磷（磷（P P）：冷脆性。抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。）：冷脆性。抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。不得超过不得超过0.045%0.045%。锰（锰（MnMn）：合金元素。弱脱氧剂。与）：合金元素。弱脱氧剂。与S S形成形成MnSMnS，（熔点为，（熔点为1 1600600），可以消除一部分），可以消除一部分S S的有害作用。的有害作用。硅（硅（S
27、iSi）：合金元素。强脱氧剂。）：合金元素。强脱氧剂。钒（钒（V V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。氧（氧（O O）：有害杂质。）：有害杂质。氮（氮（N N）：有害杂质。）：有害杂质。冶金缺陷、构造、加荷速度对性能的影响冶金缺陷、构造、加荷速度对性能的影响 2.4.4 2.4.4 钢材的冶金缺陷对性能的影响钢材的冶金缺陷对性能的影响 常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹等。偏析裂纹等。偏析化学成分分布的不均匀程度
28、。化学成分分布的不均匀程度。2.4.5 2.4.5 构件的构造对性能的影响构件的构造对性能的影响 试件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变试件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变时，应力不均匀，力线变曲折，缺陷处有高峰应时，应力不均匀，力线变曲折，缺陷处有高峰应力力应力集中。应力集中。2.4.6 2.4.6 加荷速度对性能的影响加荷速度对性能的影响 加荷速度高，钢材屈服点提高，呈脆性。加荷速度高，钢材屈服点提高，呈脆性。因此，（因此，（1 1）性试验要求缓慢加载）性试验要求缓慢加载 （2 2）要考虑动荷载对结构的不利影响）要考虑动荷载对结构的不利影响*例题：从新进货的一批钢筋中抽样，并截取两根钢筋
29、做拉伸试验，测得如下结果，屈服下限荷载分别为45kN，46kN，抗拉极限荷载分别为62.0kN，63kN，钢筋公称直径为12mm，标距为60.0mm，拉断时长度分别为70mm，71mm。试计算该钢筋的屈服强度，抗拉强度及伸长率。解：2221.1134124Ammd 解：MPaAFfyy9.3971.1131045311MPaAFfyy7.4061.1131046322MPafffyyy3.40227.4069.397221 MPaAFfuu2.5481.1131062311MPaAFfuu5571.1131063322MPafffuuu6.55225572.548221%67.16606070
30、0011lll%33.186060710012lll%5.172%33.18%67.16221 基础知识基础知识 2.5.1 2.5.1 冷加工强化冷加工强化2.5.2 2.5.2 时效处理时效处理2.5.3 2.5.3 热处理热处理2.5.1 2.5.1 冷加工强化冷加工强化*P30P30 钢材在常温下进行冷加工(冷拉、冷拔或冷轧)使其产生塑性变形，而屈服强度得到提高，这个过程称为冷加工强化。*冷加工的结果：产生塑性变形，晶格缺陷增多，发生畸变，对进一步变形起到阻碍作用，因此，钢材的屈服点提高（冷拉可提高15%20%，冷拔可提高40%60%。），塑性、韧性和弹性模量下降。*2.5.2 2.5
31、.2 时效处理时效处理 将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放151520 20 d d，或加热至，或加热至100100200 200 后保持一定时间（后保持一定时间（2 23 3 h h），其屈服强度进一步提高，且抗拉强度也提高，），其屈服强度进一步提高，且抗拉强度也提高，同时塑性和韧性也进一步降低，弹性模量则基本恢同时塑性和韧性也进一步降低，弹性模量则基本恢复。这个过程称为时效处理。复。这个过程称为时效处理。时效处理方法有两种：在常温下存放时效处理方法有两种：在常温下存放151520 d20 d，称为自然时效，适合用于低强度钢筋；加热至称为自然时效，适合用于低
32、强度钢筋；加热至100100200 200 后保持一定时间（后保持一定时间（2 23 h3 h），称人工时效，），称人工时效，适合于高强钢筋。适合于高强钢筋。2.5.3 2.5.3 热处理热处理 热处理是将钢材按规定的温度制度，进行加热、热处理是将钢材按规定的温度制度，进行加热、保温和冷却处理，以改变其晶格组织，得到所需要的保温和冷却处理，以改变其晶格组织，得到所需要的性能的一种工艺。性能的一种工艺。热处理包括淬火、回火、退火和正火，见下图。热处理包括淬火、回火、退火和正火，见下图。钢的热处理工艺钢的热处理工艺 基础知识基础知识 2.6.1 2.6.1 建筑常用钢种建筑常用钢种2.6.2 2.
33、6.2 钢结构用钢钢结构用钢 2.6.3 2.6.3 混凝土结构用钢混凝土结构用钢 2.6.4 2.6.4 铝合金铝合金 2.6.6 2.6.6 实例实例钢材的选用钢材的选用 2.6.5 2.6.5 黄铜黄铜 2.6.1 2.6.1 建筑常用钢种建筑常用钢种1.1.碳素结构钢碳素结构钢 碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成 2.2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢 优质碳素结构钢根据锰含量的不同可分为普通锰含量钢优质碳素结构钢根据锰含量的不同可分为普通锰含量钢
34、和较高锰含量钢两组。和较高锰含量钢两组。3.3.低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢是一种在碳素钢的基础上添加总量小低合金高强度结构钢是一种在碳素钢的基础上添加总量小于于5 5的合金元素的钢材，具有强度高，塑性和低温冲击韧性的合金元素的钢材，具有强度高，塑性和低温冲击韧性好、耐锈蚀等特点。好、耐锈蚀等特点。高提度程氧脱高提级等量质“脱氧程度”“质量等级”“屈服强度”“屈”TZZbFDCBAQ275235215195碳碳素素结构钢结构钢的牌的牌号号由代表屈服点的字母、屈服点由代表屈服点的字母、屈服点数值数值、质质量等量等级级符符号号、脱氧脱氧方法等四部分按方法等四部分按顺顺序
35、序组组成如成如Q235-AFQ235-AF表示屈服点强度为表示屈服点强度为235N/mm235N/mm2 2的的A A级沸腾钢级沸腾钢？Q275-CQ275-C 高提级等量质“质量等级”“屈服强度”“屈”EDCBAQ460420390345295 特点：强度高，塑性、韧性和可焊性好，抗冲击性强、耐低温和腐蚀。轧制成型钢、钢板、钢管及钢筋，用于钢筋混凝土结构和钢结构中，特别是重型、大跨度、高层结构和桥梁中。2.6.3 2.6.3 混凝土结构用钢混凝土结构用钢 混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。用钢筋增强混凝土，可大大扩展混凝土的应用范围，用钢筋增
36、强混凝土，可大大扩展混凝土的应用范围，而混凝土又对钢筋起保护作用。钢筋混凝土结构的钢而混凝土又对钢筋起保护作用。钢筋混凝土结构的钢筋，主要由碳素结构钢和优质碳素钢制成，包括热轧筋，主要由碳素结构钢和优质碳素钢制成，包括热轧钢筋、冷轧扭钢筋和冷轧带肋钢筋、预应力混凝土用钢筋、冷轧扭钢筋和冷轧带肋钢筋、预应力混凝土用钢丝和钢绞线。钢丝和钢绞线。2.6.3 混凝土混凝土结构结构用用钢钢*P35 热轧钢筋的表面形状热轧钢筋的表面形状 光圆光圆(代号代号HPB=Hotrolled Plain Bar）带肋带肋(代号代号HRB=Hotrolled Ribbed Bar)月牙肋月牙肋 等高肋等高肋2.6.3
37、 混凝土混凝土结构结构用用钢钢热轧钢筋的级别和代号*I级：用Q235碳素结构钢轧制而成，光圆。用于普通钢筋混凝土的主要受力钢筋、构造筋和箍筋等。代号：HPB235（Hot Rolled Plain Steel Bar热轧光面钢筋）级：用低合金镇静钢和半镇静钢轧制而成，带肋。用于大、中型钢筋混凝土结构。经冷拉后，可用做预应力钢筋。代号：HRB335（Hot Rolled Ribbed Steel Bar热轧带肋钢筋 ）级：同级钢。代号：HRB400 级：用中碳低合金钢轧制而成，带肋。用做预应力钢筋。代号：HRB5002.6.3 混凝土混凝土结构结构用用钢钢冷轧扭钢筋的级别 用光圆低碳钢用专用冷轧
38、扭机调直、冷轧并冷扭一次成型。特点：刚度大、不易变形，与混凝土握裹力大，无需弯钩，节约钢材。2.6.3 混凝土混凝土结构结构用用钢钢冷轧带肋钢筋的级别 用光圆低碳钢经冷轧后，在其表面上轧出三面或两面的横肋。根据冷轧带肋钢筋（GB 13788-2000)规定，钢筋牌号由CRB和钢筋最小抗拉强度值表示：CRB550,CRB650,CRB800,CRB970,CRB1170五个牌号，CRB550用于钢筋混凝土，其他宜用于预应力混凝土（CRB=Cold Rolled Ribbed Steel Bar)。说明：为改善预应力结构的力学性能，现行钢筋混凝土设计规范已不再收入冷加工钢筋。基础知识基础知识 2.
39、7.1 2.7.1 钢材的腐蚀钢材的腐蚀 2.7.2 2.7.2 钢材的防护钢材的防护 2.7.1 2.7.1 钢材的腐蚀钢材的腐蚀*钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐蚀（锈蚀）。钢材腐蚀的现象普遍存在，如在大气中生锈，蚀（锈蚀）。钢材腐蚀的现象普遍存在，如在大气中生锈，特别是当环境中有各种侵蚀性介质或湿度较大时，情况就更特别是当环境中有各种侵蚀性介质或湿度较大时，情况就更为严重。腐蚀不仅使钢材有效截面积均匀减小，还会产生局为严重。腐蚀不仅使钢材有效截面积均匀减小，还会产生局部锈坑，引起应力集中；腐蚀会显著降低钢的强度、塑性韧部锈坑
40、，引起应力集中；腐蚀会显著降低钢的强度、塑性韧性等力学性能。根据钢材与环境介质的作用原理，腐蚀可分性等力学性能。根据钢材与环境介质的作用原理，腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。为化学腐蚀和电化学腐蚀。*化化学学腐腐蚀蚀:钢与钢与周周围围介介质质（氧气氧气、二、二氧氧化化碳碳、二、二氧氧化硫化硫和水等）直接和水等）直接发发生化生化学学作用，生成疏松的作用，生成疏松的氧氧化物。化物。*电电化化学学腐腐蚀蚀：钢钢中不同成分的中不同成分的电极电电极电位不同，有位不同，有电电解解质质（如水）存在（如水）存在时时，就，就会会在在钢钢表面形成表面形成许许多微小的原多微小的原电电池，使池，使钢钢中的中的铁铁逐逐
41、渐渐失去。（失去。（为为主）主）2.7.2 2.7.2 钢材的防护钢材的防护 3.钢材的防腐钢材的防腐*p35 具体措施有采用耐候钢、金属覆盖、非金属覆盖和混具体措施有采用耐候钢、金属覆盖、非金属覆盖和混凝土用钢筋的防锈。凝土用钢筋的防锈。（1）耐候钢（耐蚀钢）耐候钢（耐蚀钢）“耐蚀钢耐蚀钢”是一个统称，包括高性能耐蚀钢，（如是一个统称，包括高性能耐蚀钢，（如不锈钢）和中等程度的耐蚀钢。不锈钢虽好，但由于不锈钢）和中等程度的耐蚀钢。不锈钢虽好，但由于资源、价格等因素，大量应用于主体结构，在未来很资源、价格等因素，大量应用于主体结构，在未来很长的时期内，都是困难的（仅部分使用于附属、围护长的时期
42、内，都是困难的（仅部分使用于附属、围护结构与装饰）。因此，介于碳钢与不锈钢之间的不同结构与装饰）。因此，介于碳钢与不锈钢之间的不同程度、不同用途的耐蚀钢，成为发展的方向之一。程度、不同用途的耐蚀钢，成为发展的方向之一。2.7.2 2.7.2 钢材的防护钢材的防护 （2 2）涂层防护涂层防护最大限度地隔绝腐蚀环境：最大限度地隔绝腐蚀环境：这是把钢结构封闭起来、与腐蚀环境隔绝的这是把钢结构封闭起来、与腐蚀环境隔绝的技术路线，也是目前国内外最普遍应用的防护方技术路线，也是目前国内外最普遍应用的防护方法。涂层品种繁多，有金属涂（镀）层法。涂层品种繁多，有金属涂（镀）层包括包括电镀、浸镀、化学转化层等金
43、属层、非金属涂电镀、浸镀、化学转化层等金属层、非金属涂层层 涂料、搪瓷和塑料（镀塑）等。涂料、搪瓷和塑料（镀塑）等。用涂层将钢结构与环境完全隔离是很难做到的，用涂层将钢结构与环境完全隔离是很难做到的，因为涂层总会有缺陷，并且涂层本身性能也随时因为涂层总会有缺陷，并且涂层本身性能也随时间而变化（如老化）间而变化（如老化）。2.7.2 2.7.2 钢材的防护钢材的防护 （3 3）电化学防护技术电化学防护技术阴极保护（牺牲阳极）阴极保护（牺牲阳极）（Cathodic(al)ProtectionCathodic(al)Protection）这是一种电化学保护方法。按照电化学腐蚀原理，这是一种电化学保护
44、方法。按照电化学腐蚀原理，处于腐蚀电池的处于腐蚀电池的“阳极阳极”是受腐蚀者，而是受腐蚀者，而“阴极阴极”则则不腐蚀。如果使钢结构处于阴极状态，则可实现不腐不腐蚀。如果使钢结构处于阴极状态，则可实现不腐蚀（被保护）的目的。可用蚀（被保护）的目的。可用“外加电流外加电流”或或“牺牲阳牺牲阳极极”两种方法，就能够使其进入两种方法，就能够使其进入“免蚀区免蚀区”（变成阴（变成阴极而不腐蚀），使被保护的钢结构处于阴极状态。阴极而不腐蚀），使被保护的钢结构处于阴极状态。阴极保护技术已经是一项常规性应用技术，其新的发展极保护技术已经是一项常规性应用技术，其新的发展主要是阳极材料、辅助电极的创新等方面。主要
45、是阳极材料、辅助电极的创新等方面。阴极保护方法多用于水、土介质条件下的钢体、阴极保护方法多用于水、土介质条件下的钢体、钢结构，如钢桩、海洋钢结构平台、地下油气管线等。钢结构，如钢桩、海洋钢结构平台、地下油气管线等。2.7.2 2.7.2 钢材的防护钢材的防护 2.2.钢结构的防火保护钢结构的防火保护温度对钢材的影响：温度对钢材的影响：100100以内以内 对钢材性能无影响；对钢材性能无影响；100100以上以上 随温度升高，总的趋势是强度、随温度升高，总的趋势是强度、弹性模量降低，塑性增大。弹性模量降低，塑性增大。250250左右左右 抗拉强度略有提高，塑性降低，抗拉强度略有提高，塑性降低，脆
46、性增加脆性增加兰脆现象，该温度兰脆现象，该温度 区段称为区段称为“兰脆区兰脆区”。250250350350 产生徐变现象。产生徐变现象。400 400 钢材的强度、弹性模量都显著降低钢材的强度、弹性模量都显著降低600600左右左右 弹性模量趋于零弹性模量趋于零 ，承载能力几乎，承载能力几乎 完全丧失。完全丧失。2.7.2 2.7.2 钢材的防护钢材的防护 钢结构的防火保护方法钢结构的防火保护方法 （1 1）截流法：截断或阻滞火灾产生的热量向）截流法：截断或阻滞火灾产生的热量向构件传输，从而使构件在规定的时间内温度不构件传输，从而使构件在规定的时间内温度不超过临界温度幻超过临界温度幻灯片灯片喷
47、涂法喷涂法 包覆法包覆法 复合法复合法 蔽屏法蔽屏法 （2 2）疏导法：允许热量传到构件上，然后设）疏导法：允许热量传到构件上，然后设法把热量导走火消耗掉，同样可以构件温度法把热量导走火消耗掉，同样可以构件温度不至升高到临界温度，从而起到保护作用。不至升高到临界温度，从而起到保护作用。2.7.2 2.7.2 钢材的防护钢材的防护 喷涂法喷涂法：目前，我国在大型钢结构防火工程：目前，我国在大型钢结构防火工程中常采用喷涂法，这种方法有利于梁柱结点中常采用喷涂法，这种方法有利于梁柱结点及桁架的处理，但施工时对环境略有污染。及桁架的处理，但施工时对环境略有污染。防火涂料包括以无机材料为主的厚型非膨胀防
48、火涂料包括以无机材料为主的厚型非膨胀涂料涂料厚型涂料呈颗粒状，涂层厚度通常厚型涂料呈颗粒状，涂层厚度通常在在8 8毫米以上，一般在毫米以上，一般在101040mm40mm，施工方，施工方法为喷涂，高温时依靠涂料本身的厚度及较法为喷涂，高温时依靠涂料本身的厚度及较低的导热率起到对钢构件的隔热作用。低的导热率起到对钢构件的隔热作用。胶凝材料:指进过一系列物理、化学作用，能将散粒状或块状材料粘接成整体并具有一定强度的材料。分类：*气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化、保持和发展强度的胶凝材料。*水硬性胶凝材料：既能在空气中，还能更好地在水中硬化、保持和发展强度的胶凝材料。第第3 3章章 无机胶凝材料无机
49、胶凝材料P44 P44 水硬性胶凝材料：水泥、石膏、水玻璃气硬性胶凝材料：石灰无机胶凝材料树脂有机胶凝材料：沥青、胶凝材料基础知识基础知识基础知识基础知识 3.1.1 3.1.1 石灰的生产及分类石灰的生产及分类3.1.2 3.1.2 石灰的熟化与硬化石灰的熟化与硬化3.1.33.1.3 石灰的性质与技术要求石灰的性质与技术要求3.1.4 3.1.4 石灰的应用石灰的应用3.1.1 3.1.1 石灰的生产及分类石灰的生产及分类1 1、石灰的生产、石灰的生产 采用石灰石、白云石、白垩、采用石灰石、白云石、白垩、贝壳等原料贝壳等原料(CaCO(CaCO3 3)经经90090011001100煅烧后
50、煅烧后 ，即得到块状的生石灰，即得到块状的生石灰CaOCaO。2 2、石灰的分类、石灰的分类 “欠火石灰欠火石灰”：温度过低或煅烧时间不足，：温度过低或煅烧时间不足，CaCOCaCO3 3 未完全分解，未完全分解，(CaO)(CaO)含量低。含量低。“过火石灰过火石灰”：温度过高或煅烧时间过长，：温度过高或煅烧时间过长，CaOCaO表面有一层玻璃体，使水解速度极慢。表面有一层玻璃体，使水解速度极慢。“钙质石灰钙质石灰”：石灰中：石灰中MgOMgO的含量的含量5%5%。“镁质石灰镁质石灰”石灰中石灰中MgOMgO的含量的含量5%5%。3.1.1 3.1.1 石灰的生产及分类石灰的生产及分类 生石
