第七章建筑材本章重點(diǎn)：路橋工程常用建筑鋼材技術(shù)應(yīng)用性

1、第七章建筑材本章重點(diǎn)：路橋工程常用建筑鋼材技術(shù)應(yīng)用性第七章第七章 建筑鋼材建筑鋼材 本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)：路橋工程常用建筑鋼材的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 本章要求：本章要求：要求學(xué)生應(yīng)掌握常用建筑鋼材的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能按設(shè)計(jì)要求選用相應(yīng)規(guī)格的鋼材。第一節(jié)第一節(jié) 建筑鋼材的技術(shù)性質(zhì)建筑鋼材的技術(shù)性質(zhì) 一、鋼材的分類及建筑鋼材的類屬一、鋼材的分類及建筑鋼材的類屬 （一）鋼材的分類（一）鋼材的分類 1、按化學(xué)成分分類 1）碳素鋼 經(jīng)冶煉直接得到的鐵碳合金，其內(nèi)包含有硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)。又按含碳量可分為： （1）低碳鋼 含碳量 0.25%； （2）中碳鋼 含碳量 0.30%0.55%； （3）高碳鋼

2、 含碳量 0.60%。 2）合金鋼 在冶煉時特意往鋼中加入一些合金元素的鋼，經(jīng)常加入的合金元素有錳、桂、鈦、釩、鉻、鉬、鎢等。又按合金含量可分為： （1）低合金鋼 合金元素總含量小于5%； （2）中合金鋼 合金元素總含量5%到10%； （3）高合金鋼 合金元素總含量大于10%。 2、按質(zhì)量分類 根據(jù)鋼中所含有害雜質(zhì)硫（S）、磷（P）的含量來分。(1)普通碳素鋼，S、P含量分別0.055%和0.045%；(2) 優(yōu)質(zhì)碳素鋼，S、P含量均 ； (3)高質(zhì)碳素鋼，S、P含量分別0.030%和0.035%。 3、按用途分類（1）結(jié)構(gòu)鋼 制造各種工程的構(gòu)件和機(jī)械零件的鋼，一般屬于低碳鋼和中碳鋼；（2）工

3、具鋼 制造各種刀具、量具、模具的鋼，一般屬于高碳鋼。 4、按冶煉時脫氧程度分類（1）沸騰鋼 是脫氧不充分的鋼，在澆鑄及鋼液冷卻時，有大量的一氧化碳?xì)怏w逸出，鋼液呈激烈沸騰狀態(tài)；（2）鎮(zhèn)靜鋼 脫氧充分，鋼水較純凈，澆鑄鋼錠時，鋼水平靜，鎮(zhèn)靜鋼材質(zhì)致密均勻，質(zhì)量高于沸騰鋼；（3）半鎮(zhèn)靜鋼 脫氧程度及鋼水質(zhì)量介于上述兩者之間。 5、按成型方法分類 分為鑄造鋼、鍛造鋼、軋壓鋼、冷拔鋼。 （二）建筑鋼材的類屬（二）建筑鋼材的類屬 橋梁用鋼材要求具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性和可焊性。因此，橋梁建筑用鋼材、鋼筋混凝土用的鋼筋，從用途分類來說屬于結(jié)構(gòu)鋼；從質(zhì)量分類來說屬于普通鋼；從含碳量分類來說屬于低碳鋼；所以

4、橋梁結(jié)構(gòu)用鋼和鋼筋混凝土用的鋼筋屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼。 二、建筑鋼材的技術(shù)性質(zhì)二、建筑鋼材的技術(shù)性質(zhì) 建筑用鋼的基本技術(shù)性能包括：強(qiáng)度、沖擊韌性、冷彎性能和硬度等。 （一）強(qiáng)度 由拉伸試驗(yàn)（應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系）圖7-1可知 圖圖7-1 低碳鋼受拉的應(yīng)力低碳鋼受拉的應(yīng)力應(yīng)變圖應(yīng)變圖 1、屈服強(qiáng)度 在屈服階段鋸齒形的最高點(diǎn)所對應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服上限（sv），齒形的最低點(diǎn)所對應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服下限（sz）。屈服點(diǎn)的應(yīng)力作為鋼材的屈服強(qiáng)度（s）以MPa表達(dá)， 并按式7-1計(jì)算： 式中：Fs 相當(dāng)于所求應(yīng)力的荷載（N） A0 試件的原橫截面積（mm2） 屈服強(qiáng)度對鋼材使用有重要意義，當(dāng)構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)力超出屈

5、服點(diǎn)時，將產(chǎn)生不可恢復(fù)的永久變形，因此屈服強(qiáng)度是確定鋼結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力的主要依據(jù)。0AFss 2、抗拉強(qiáng)度 試件在屈服階段以后，其抵抗塑性變形能力重新提高，稱為強(qiáng)化階段。C點(diǎn)的應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度，用b表示，是鋼材所能承受的最大拉應(yīng)力。所以，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度是鋼材力學(xué)性能的主要檢驗(yàn)指標(biāo)。抗拉強(qiáng)度（b）以MPa表達(dá)，并按式7-2計(jì)算： 式中：Fb 試件拉斷前的最大荷載（N）0AFbb（二）塑性（二）塑性鋼材在受力破壞前可以經(jīng)受永久變形的性能稱為塑性。塑性指標(biāo)通常用伸長率和斷面收縮率表示。1、伸長率（）伸長率是鋼材發(fā)生斷裂時所能承受的永久變形的能力，以百分率表示，并按式7-3計(jì)算： 式中：L1 試件拉斷

6、后標(biāo)距部分的長度（mm） L0 試件的原標(biāo)距長度（mm） n 長或短試件的標(biāo)志，即試件標(biāo)距長度為50mm時，n = 5；標(biāo)距長度為100mm時，n = 10。001100LLLn 2、斷面收縮率（） 收縮率是試件拉斷后縮頸處橫斷面積的最大縮減量占橫截面積的百分率，以百分率表示，并按式7-3計(jì)算：式中：A1 試件裂斷處的橫截面積（mm2） A0 試件的原橫截面積（mm2） 伸長率n與收縮率都反映了鋼材的變形性能。n與越大，表明鋼材塑性越好，鋼材越易加工，且易保證質(zhì)量。一般n15%，10%為宜。 010100AAA （三）冷彎性能（三）冷彎性能 冷彎性能是鋼材在常溫條件下承受規(guī)定彎曲程度的彎曲變形

7、的能力，它是鋼材的重要工藝性能之一。鋼材的冷彎性能是以規(guī)定尺寸試件，在常溫下進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。彎曲角度愈大，彎心直徑與試件厚度比愈小，則表示彎曲性能的要求愈高。按我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)金屬材料彎曲試驗(yàn)方法（GB 23299）有下列三種類型： 1、達(dá)到某規(guī)定的角度的彎曲； 2、繞著彎心彎到兩面平行； 3、彎到兩面接觸的重合彎曲。以上試驗(yàn)結(jié)果是試件按規(guī)定彎曲處不產(chǎn)生裂紋、斷裂和起層等工藝現(xiàn)象，即為合格。（四）沖擊韌性（四）沖擊韌性沖擊韌性是鋼材在瞬間荷載作用下，抵抗破壞的能力。試驗(yàn)方法按我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)（GB2106、GB229）以擺沖法、橫梁式為標(biāo)準(zhǔn)辦法。按式7-4計(jì)算。式中：k 鋼材的沖擊韌性 Ak 擺錘沖

8、斷試樣所作的功（kJ） A 試樣斷口的截面積（mm2）k值低的鋼材在斷裂前沒有顯著的塑性變形，屬脆性材料，不宜用作承擔(dān)沖擊荷載的構(gòu)件。 kkAAa （五）硬度（五）硬度 所謂硬度，一般理解為金屬表面局部體積內(nèi)抵抗更硬物體壓入而引起塑性變形的抗力。硬度愈高，即表明金屬抵抗塑性變形能力愈大，金屬產(chǎn)生塑性變形越困難。實(shí)際工作中常用硬度試驗(yàn)方法有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度三種。 三、化學(xué)成分對碳素鋼技術(shù)性能的影響三、化學(xué)成分對碳素鋼技術(shù)性能的影響（一）含碳量對碳素鋼力學(xué)性能的影響（一）含碳量對碳素鋼力學(xué)性能的影響 碳是決定鋼性能的主要元素，隨著含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度和硬度相應(yīng)提高，而塑性和韌性則相應(yīng)

9、降低；含碳量過高會增加鋼的冷脆性和時效敏感性，降低抗大氣腐蝕性和可焊性。 （二）鋼中常存雜質(zhì)元素對碳素鋼性能的影響（二）鋼中常存雜質(zhì)元素對碳素鋼性能的影響 1、錳的影響 錳在鋼中是一種有益元素。在碳鋼中含錳量通常小于0.8%；在含錳合金鋼中含錳量一般控制在1.0%1.2%的范圍內(nèi)。當(dāng)錳含量不多，對鋼的性能影響并不大。 2、硅的影響 硅在鋼中也是一種有益元素。在碳鋼中含硅量通常小于0.35%；當(dāng)硅含量不多，對鋼的性能影響并不大。 3、硫的影響 硫在鋼中是一種有害元素。當(dāng)將鋼材在10001200溫度下加工時，鋼材變得極脆，這種脆性現(xiàn)象稱為“熱脆”。鋼中含硫量必須嚴(yán)格控制，普通鋼含硫量應(yīng)小于或等于0

10、.055%，優(yōu)質(zhì)鋼含硫量應(yīng)小于或等于0.040%，高級優(yōu)質(zhì)鋼含硫量應(yīng)小于或等于0.030%。 4、磷的影響 磷在鋼中也是一種有害元素?？墒逛撝械蔫F素體的強(qiáng)度、硬度有所提高，但卻使室溫下鋼的塑性、韌性急劇降低，使鋼變脆，這種脆性現(xiàn)象稱為“冷脆”。還使鋼的可焊性能降低，因此鋼中的含磷量必須嚴(yán)格控制，普通鋼含磷量應(yīng)小于或等于0.045%，優(yōu)質(zhì)鋼含磷量應(yīng)小于或等于0.040%，高級優(yōu)質(zhì)鋼含磷量應(yīng)小于或等于0.035%。 第二節(jié)第二節(jié) 建筑鋼材在路橋結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)建筑鋼材在路橋結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用與技術(shù)要求用與技術(shù)要求 建筑鋼材包括鋼結(jié)構(gòu)用鋼材和鋼筋混凝土用鋼筋和鋼絲。 一、鋼結(jié)構(gòu)用鋼材一、鋼結(jié)構(gòu)用鋼材（一

11、）碳素結(jié)構(gòu)鋼（一）碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼有稱普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，簡稱“普通鋼”。 1、碳素結(jié)構(gòu)鋼的分類：按國家標(biāo)準(zhǔn)分為下列三類： 1）甲類鋼 這類鋼按保證機(jī)械性能供應(yīng)。其鋼號以“甲”或“A”字加上阿拉伯?dāng)?shù)表示，共有1-7級。數(shù)字愈大的甲類鋼，其屈服強(qiáng)度（s）和抗拉強(qiáng)度（b）愈大，但延伸率（5或10）卻愈小。 甲類鋼使用范圍：A1、A2、A3鋼塑性較高，有一定強(qiáng)度，用于橋梁建筑等鋼結(jié)構(gòu)；A4、A5鋼強(qiáng)度較高，用于各種型條鋼或鋼板等；A6、A7鋼強(qiáng)度更高，用于制造工具等。 甲類鋼與特類鋼的機(jī)械性能見教材中表7-1所示。 2、碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號 碳素結(jié)構(gòu)鋼按其化學(xué)成分和力學(xué)性能分為Q195、Q215、Q2

12、35、Q255、Q275等五個牌號。 1）牌號表示方法 根據(jù)國標(biāo)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB 70088），鋼的牌號表示如下圖7-2。 2）碳素結(jié)構(gòu)鋼的性能 碳素結(jié)構(gòu)鋼的塑性好，適宜于各種加工，在焊接、沖擊及超載等不利條件下也能保證安全，化學(xué)性能穩(wěn)定，對軋制、加熱及驟冷的敏感性較小。碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分與力學(xué)性能見教材中表7-3和表7-4所示。 脫氧方法：F（沸騰鋼）、b（半鎮(zhèn)靜鋼）、 Z（鎮(zhèn)靜鋼）、TZ（特殊鎮(zhèn)靜鋼）質(zhì)量等級（A、B、C、D）屈服點(diǎn)數(shù)值（MPa）圖圖7-2 鋼的牌號表示鋼的牌號表示鋼材種類代號（專用代號Q）（二）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（二）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 低合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度、耐沖擊韌性、

13、耐磨性和耐腐蝕性均較高，按照國家標(biāo)準(zhǔn)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（GB/T 159194）的規(guī)定，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級三個部分按順序排列。如： Q390A屈服強(qiáng)度390MPa的A級低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度大大高于碳素結(jié)構(gòu)鋼，并具有良好的工藝性能，其耐磨性、耐腐蝕性及耐低溫性等均較良好。且質(zhì)量較輕，可降低結(jié)構(gòu)自重，因而適用于大型結(jié)構(gòu)及橋梁等工程。 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分與力學(xué)性能見教材中表7-5和表7-6所示。 二、鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼筋和鋼絲二、鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼筋和鋼絲 橋梁建筑的鋼材，除具有較高屈服點(diǎn)與抗拉強(qiáng)

14、度外，還應(yīng)具有良好塑性冷彎、沖擊韌性，良好的焊接性和良好的抗腐蝕性。用于鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的鋼材主要選取熱軋鋼筋、碳素鋼絲和精軋螺紋鋼筋等三大類。 1、熱軋鋼筋是將鋼材在高于結(jié)晶溫度狀態(tài)下，用機(jī)械方法軋制成不同外形的鋼筋，按外形可分： 1）光面鋼筋 其強(qiáng)度等級代號為R235，公稱直徑范圍為8-20mm。 2）帶肋鋼筋 按強(qiáng)度分為HRB335和HRB400或KL400兩個等級。公稱直徑范圍為6-50mm；廠家生產(chǎn)的公稱直徑范圍為8-40mm。 2、碳素鋼絲 又稱高強(qiáng)鋼絲，一般是將熱軋8高碳鋼盤條加熱到850950oC的鉛浴中淬火，使其具有較高的塑性，然后再經(jīng)酸洗、鍍銅、拉拔、矯直、回火、卷盤等工藝生產(chǎn)而得。碳素鋼絲具有強(qiáng)度高、無