4__建筑钢材与木材.ppt

第4章 建筑钢材与木材 本章教学目的 主要内容：建筑钢材的概念及其分类，建筑钢材的力学性能及工艺性能，钢材的冷加工与热处理。木材的性质及应用等。 1.重点掌握建筑钢材的力学性能及工艺性能，钢材的冷加工与热处理。 2.熟悉建筑钢材的概念及其分类。 3.了解木材的性质及应用等。 4.1 建筑钢材 4.1.1 钢材的概念 理论上，把凡是含碳量0.08%～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。 建筑钢材是指用于钢结构的各种型材(如圆钢、角钢、工字钢等)、钢板、钢管和用于钢筋混凝土中的各种钢筋、钢丝等。 钢材具有强度高、有一定塑性和韧性、有承受冲击和振动荷载的能力、可以焊接或铆接、便于装配等特点，因此，在建筑工程中大量使用钢材作为结构材料。 用型钢制作钢结构，安全性大，自重较轻，适用于大跨度及多层结构；用钢筋制作的钢筋混凝土结构，虽自重较大，但用钢量较少，还克服了钢结构因易锈蚀而维护费用大的缺点。 4.1.2 钢材的分类 1)按化学成分分为： 碳素钢还含有在冶炼中难以除净的少量化学元素硅、锰及少量有害杂质如磷、硫、氧、氮等。 合金钢中含有一种或多种特意加入或超过碳素钢限量的合金元素，如锰、硅、钒、钛等，合金元素的作用是改善钢的性能，或者使其获得某些特殊性能。 2)按质量分: 3)按钢的用途分： 4)按冶炼方法分 空气转炉，一般炼制普通碳素钢；氧气转炉， 炼制优质碳素钢和合金钢；平炉，用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特殊要求的专用钢；电炉，一般用生铁或废铁为原料，炼制纯净的钢。 4.2 钢材的主要性能 4.2.1钢材的力学性能 1）低碳钢(软钢)的拉伸性能 标准试件 按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。 非标准试件 不经过加工，直接在线材上切取的试件。 标准试件 非标准试件 （1）软钢的拉伸试验（万能材料试验机） 1.抗拉性能——是建筑钢材最重要的 力学性能。 拉伸过程分四个阶段： OB—弹性阶段 BC—屈服阶段 CD—强化阶段 DE—颈缩阶段 以下屈服点的应 力作为钢材的屈 服强度。 例：为什么说屈服点（σs）、抗拉强度（σb）和伸长率（δ）是建筑工程用钢的重要技术性能指标？ 屈服点（σs）是结构设计时取值的依据，表示钢材在正常工作时承受应力不超过σs值； 屈服点与抗拉强度的比值（σs／σb）称为屈强比。它反映钢材的利用率和使用中安全可靠程度； 伸长率（δ）:表示钢材的塑性变形能力。 钢材在使用中，为避免正常受力时在缺陷处产生应力集中发生脆断，要求其塑性良好，即具有一定的伸长率，可以使缺陷处应力超过σs时，随着发生塑性变形使应力重分布，而避免结构物的破坏。 2）冲击性能 (1)定义及指标 指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。其大小用冲击韧性值ak表示。 ak 越大，则冲击韧性越好。 ak 是以试件冲击破坏时缺口处单位面积上所消耗的功(J/cm2)。 (2)影响冲击韧性的因素 硫、磷含量高，存在化学偏析，含非金属夹杂物，焊接形成裂纹，温度降低等，均会降低冲击韧性。 温度的影响，发生冷脆性时的温度称为脆性临界温度。 时效作用，冲击韧性还将随时间的延长而下降。 对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材，必须考虑冲击韧性。 3）耐疲劳性 ①疲劳破坏 交变荷载反复作用，钢材在应力低于屈服强度时,突然发出脆性断裂的现象。 ② 危害极大 钢材的疲劳破坏是拉应力引起的，首先在局部开始形成微细裂纹，其后由于裂纹尖端处产生应力集中而使裂纹迅速扩展直至钢材断裂。因此，钢材的内部成分的偏析和夹杂物的多少以及最大应力处的表面光洁程度、加工损伤等，都是影响钢材疲劳强度的因素。疲劳破坏经常是突然发生的，因而具有很大的危险性，往往造成严重事故。 4）硬度 硬度是指金属材料抵抗硬物压入表面的能力。即材