土木工程材料第八章建筑鋼材

本章學(xué)習(xí)目標(biāo)了解建筑鋼材的微觀結(jié)構(gòu)及其與性質(zhì)的關(guān)系熟練掌握建筑鋼材的力學(xué)性能（包括強(qiáng)度、彈性及塑性變形，耐疲勞性）的意義，測定方法及影響因素熟悉建筑鋼材的強(qiáng)化機(jī)理及強(qiáng)化方法掌握土木工程中常用的建筑鋼材的分類及其選用原則。第7章建筑鋼材1、了解鋼材的分類2、了解建筑鋼材的技術(shù)性能及其選用本章考試大綱

建筑鋼材鋼結(jié)構(gòu)用鋼鋼筋混凝土用鋼17世紀(jì)70年代人類開始大量應(yīng)用生鐵作建筑材料，到19世紀(jì)初發(fā)展到用熟鐵、軟鋼建造橋梁和房屋。19世紀(jì)中葉起，鋼材的品種、規(guī)格、生產(chǎn)規(guī)模大幅度增長，鋼材的強(qiáng)度不斷提高，相應(yīng)地其連接工藝技術(shù)也大為發(fā)展，為建筑結(jié)構(gòu)向大跨重載方向發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。與此同時，鋼筋混凝土的問世和20世紀(jì)30年代預(yù)應(yīng)力混凝土的誕生，使近代建筑結(jié)構(gòu)的型式和規(guī)模發(fā)生了飛躍性進(jìn)展,隨著鋼的冶煉和加工技術(shù)的進(jìn)步以及新型建筑結(jié)構(gòu)對材料提出更高性能的要求，促使高強(qiáng)耐蝕的合金鋼產(chǎn)量從60年代初開始大幅度增長。鋼材及其與混凝土復(fù)合的鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土，已成為現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的主體材料。土木工程鋼材的基本知識土木工程常用鋼材其他金屬材料鋁及鋁合金銅及銅合金鑄鐵鋼與生鐵的區(qū)分在于含碳量的大小。含碳量小于2.06％的鐵碳合金稱為鋼。含碳量大于2.06％的鐵碳合金稱為生鐵。土木工程鋼材是指用于鋼結(jié)構(gòu)的各種型鋼、鋼板、鋼管和用于鋼筋混凝土中的各種鋼筋、鋼絲等。鋼材是在嚴(yán)格的技術(shù)控制條件下生產(chǎn)的材料，與非金屬材料相比，具有品質(zhì)均勻穩(wěn)定、強(qiáng)度高、塑性韌性好、可焊接和鉚接等優(yōu)異性能。鋼材主要的缺點(diǎn)是易銹蝕、維護(hù)費(fèi)用大、耐火性差、生產(chǎn)能耗大.

鋼的冶煉

將生鐵在煉鋼爐中冶煉，使碳的含量降低到預(yù)定的范圍，其他雜質(zhì)含量降低到允許的范圍，經(jīng)燒鑄即得到鋼錠，再經(jīng)過加工工藝處理后、得到鋼材。鋼主要用三種方法冶煉：氧氣轉(zhuǎn)爐鋼用純氧吹入鐵液中是碳和雜質(zhì)氧化電爐鋼主要用廢鋼返回熔煉活動各種特殊鋼平爐鋼以煤氣或重油作燃料，原料為鐵液、廢鋼鐵和適量的鐵礦石，利用空氣或氧氣和鐵礦石中的氧使碳和雜質(zhì)氧化

鋼的分類

一、按化學(xué)成分碳素鋼合金鋼低碳鋼中碳鋼高碳鋼低合金鋼中合金鋼高合金鋼二、按質(zhì)量分普通鋼優(yōu)質(zhì)鋼高級優(yōu)質(zhì)鋼特級優(yōu)質(zhì)鋼三、按用途分結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊性能鋼：不銹鋼、耐酸鋼、耐熱鋼、磁鋼等四、按冶煉方法分按爐的種類平爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼按脫氧程度沸騰鋼（F）鎮(zhèn)靜鋼（z）半鎮(zhèn)靜鋼（b）建筑用鋼主要用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼中的低碳鋼和低合金鋼承受動荷載的重要焊接結(jié)構(gòu)，只能使用鎮(zhèn)靜鋼焊接結(jié)構(gòu)，不得使用沸騰鋼試題1.脫氧不完全,有害雜質(zhì)磷、硫的偏析較嚴(yán)重的是().A.沸騰鋼B.半鎮(zhèn)靜鋼C.鎮(zhèn)靜鋼D.低碳鋼2.鋼的含碳量為()A.>2.06%B.<0.04%C.0.02~0.03%D.0.04~2.06%3.低碳鋼是指含碳量()A.<0.25%B.0.25~0.6%C.<0.6%D.>0.6%

試題4.鋼的冶煉中加入少量的廢鋼的作用是().A.除去雜質(zhì)B.調(diào)整爐渣的粘度C.調(diào)整爐溫D.再次冶煉5(多選).下列說法正確的是()A.建筑鋼材多為熱軋鋼B.建筑鋼材多為冷軋鋼C.鋼材加工包括軋制、鍛造、冷拔、沖壓、冷拉等D.低碳鋼比高碳鋼的強(qiáng)度大E.低碳鋼比高碳鋼的韌性好試題6(多選).建筑工程中常用的鋼是()A.高級優(yōu)質(zhì)鋼B.優(yōu)質(zhì)碳素鋼C.普通碳素鋼D.低合金鋼E.中高合金鋼鋼的晶體組成和化學(xué)成分

鋼是一種多晶體材料。但晶體具有各向異性的特征，而多晶體則為各向同性。鋼的宏觀力學(xué)性能由其內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分所決定。純鐵的晶格類型鋼材和一切金屬材料一樣，也為晶體結(jié)構(gòu)，它是鐵-碳合金晶體，鋼的晶格有兩種構(gòu)架，即體心立方晶格和面心立方晶格(見圖2-15)。其晶體結(jié)構(gòu)中，各個原子以金屬鍵相互結(jié)合在一起，這種結(jié)合方式就決定了鋼材具有很高的強(qiáng)度和良好的塑性。鋼晶格的兩種構(gòu)架鋼材的晶格并不都是完好無缺的規(guī)則排列，而是存在許多缺陷，它們將顯著地影響鋼材的性能，這是鋼材的實(shí)際強(qiáng)度遠(yuǎn)比理論強(qiáng)度小的根本原因。其主要的缺陷有三種：點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。鋼的基本晶體組織

鋼是以鐵（Fe）為主的Fe-C合金。Fe-C合金于一定條件下能形成具有一定形態(tài)的聚合體，稱為鋼的組織，在顯微鏡下能觀察到它們的微觀形貌圖象，故也稱顯微組織。片狀珠光體（1000倍）

針狀和塊狀鐵素體（100倍）

鋼材在常溫下主要有三種顯微組織：鐵素體:鋼材中的鐵素體系碳在α-Fe中的固溶體，由于α-Fe體心立方晶格的原子間空隙小，溶碳能力較差，故鐵素體含碳量很少（小于0.02％），由此決定其塑性、韌性好；但強(qiáng)度、硬度低。滲碳體:滲碳體為鐵和碳的化合物Fe3C，其含碳量高達(dá)6.67％，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，塑性差，性硬脆，抗拉強(qiáng)度低。珠光體:珠光體為鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，含碳量較低(0.8％)，層狀結(jié)構(gòu)，塑性較好，強(qiáng)度和硬度較高。

此外，鋼材在溫度高于723℃時，還存在奧氏體。奧氏體為碳在γ-Fe中的固溶體，溶碳能力較強(qiáng)，高溫時含碳量可達(dá)2.06％，低溫下降至0.8％。其強(qiáng)度、硬度不高，但塑性好。碳鋼處于紅熱狀態(tài)時即存在這種組織，這時鋼易于軋制成型。

化學(xué)成分對鋼性能的影響

除鐵、碳外，鋼材在冶煉過程中會從原料、燃料中引入一些的其他元素。這些成分可分為兩類：一類能改善優(yōu)化鋼材的性能稱為合金元素，主要有Si、Mn、Ti、V、Nb等；另一類能劣化鋼材的性能，其中硅、錳、鈦、釩、鈮等為合金元素。磷、氮、硫、氧等為雜質(zhì)。

屬鋼材的雜質(zhì)，主要有氧、硫、氮、磷等。這些成分含量少，但對鋼的性能影響很大?；瘜W(xué)元素強(qiáng)度硬度塑性韌性可焊性其他碳（C）<0.8%↑↑↑↓↓↓冷脆性↑硅（Si）>1%↑↓↓↓↓冷脆性↑錳（Mn）↑↑↑↑脫氧、硫劑鈦（Ti）↑↑↑↓↑強(qiáng)脫氧劑釩（V)↑↑時效↓磷（P）↑↑↓↓↓偏析、冷脆↑↑氮（N）↑↑↓↓↓↓冷脆性↑硫（S）↑↓↓熱脆性↑氧（O）↑↓↓↓化學(xué)元素對鋼材性能的影響

試題1(多選).鋼材化學(xué)成分中的有害成分是()A.碳B.磷C.硅D.錳E.氧F.硫2(多選).鋼材中S含量的提高會導(dǎo)致()A.熱脆提高B.可焊性下降C.韌性提高D.耐疲勞性下降E.耐蝕性上升3(多選).鋼材中O含量的提高會導(dǎo)致()A.韌性下降B.可焊性下降C.耐磨性上升D.強(qiáng)度下降E.耐蝕性上升試題4（多選）.下列能使鋼材發(fā)生冷脆的化學(xué)成分是()A.碳B.磷C.氧D.硫

鋼材的力學(xué)性能

鋼材的力學(xué)性能主要有抗拉性能、沖擊韌性、耐疲勞和硬度等?？估阅芸估阅苁墙ㄖ摬淖钪匾募夹g(shù)性質(zhì)。建筑鋼材的抗拉性能，可用低碳鋼受拉時的應(yīng)力一應(yīng)變圖來闡明，圖中明顯地分為以下四個階段：二、鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系Stress-StrainRelation

ABCDE彈性階段(OA段)：在OA階段，如卸去荷載，試件將恢復(fù)原狀，表現(xiàn)為彈性變形，與A點(diǎn)相對應(yīng)的應(yīng)力為彈性極限。此階段應(yīng)力與應(yīng)變成正比，即產(chǎn)生單位彈性應(yīng)變時所需的應(yīng)力大小。它是鋼材在受力條件下計(jì)算結(jié)構(gòu)變形的重要指標(biāo)。屈服階段(AB段)：當(dāng)荷載增大，試件應(yīng)力超過A時，應(yīng)變增加的速度大于應(yīng)力增長速度，應(yīng)力與應(yīng)變不再成比例，開始產(chǎn)生塑性變形。圖中B上點(diǎn)是這一階段應(yīng)力最高點(diǎn)，稱為屈服上限，B下點(diǎn)稱為屈服下限。由于B下比較穩(wěn)定易測，

故—般以B下點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力作為屈服點(diǎn)。鋼材受力達(dá)屈服點(diǎn)后，變形即迅速發(fā)展，盡管尚未破壞但已不能滿足使用要求。故設(shè)計(jì)中一般以屈服點(diǎn)作為強(qiáng)度取值依據(jù)。強(qiáng)化階段(BC段)：當(dāng)荷載超過屈服點(diǎn)以后，由了試件內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，抵抗變形能力又重新提高，故稱為強(qiáng)化階段。對應(yīng)于最高點(diǎn)C的應(yīng)力，稱為抗拉強(qiáng)度。

工程上使用的鋼材，不僅希望具有高的屈服強(qiáng)度，還希望具有一定的屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比越小，鋼材在受力超過屈服點(diǎn)工作時的可靠性越大，結(jié)構(gòu)愈安全。

但如果屈強(qiáng)比過小，則鋼材有效利用率太低，造成浪費(fèi)。常用碳素鋼的屈強(qiáng)比為0.58～0.63，合金鋼為0．6～0．75。頸縮階段(CD段)

當(dāng)鋼材強(qiáng)化達(dá)到最高點(diǎn)后，在試件薄弱處的截面將顯著縮小，產(chǎn)生“頸縮現(xiàn)象”，由于試件斷面急劇縮小，塑性變形迅速增加，拉力也就隨著下降，最后發(fā)生斷裂。將拉斷后的試件于斷裂處對接在一起，測得其斷后標(biāo)距Ll。標(biāo)距的伸長值與原始標(biāo)距(L0)的百分比稱為伸長率。冷彎性能

冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，為鋼材的重要工藝性質(zhì)。鋼材的冷彎性能是以試驗(yàn)時的彎曲角度(a)和彎心直徑(d)為指標(biāo)表示。鋼材冷彎試驗(yàn)是通過直徑(或厚度)為a的試件，采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的彎心直徑d(d=na)，彎曲到規(guī)定的角度(180或90)時，檢查彎曲處有無裂紋、斷裂及起層等現(xiàn)象，若無則認(rèn)為冷彎性能合格。鋼材冷彎時的彎曲角度愈大，彎心直徑愈小，則表示其冷彎性能愈好。

鋼材的冷彎性能和其伸長率一樣，也是表明鋼材在靜荷下的塑性，而且冷彎是在苛刻條件下對鋼材塑性的嚴(yán)格檢驗(yàn)，它能揭示鋼材內(nèi)部組織是否均勻，是否存在內(nèi)應(yīng)力及夾雜物等缺陷。在工程中，冷彎試驗(yàn)還被用作對鋼材焊接質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)的一種手段。沖擊韌性

沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。將有缺口的標(biāo)準(zhǔn)試件放在沖擊試驗(yàn)機(jī)的支座上，用擺錘打斷試件，測得試件單位面積上所消耗的功，作為沖擊韌性指標(biāo)，用沖擊值ak表示ak值愈大，表明鋼材在斷裂時所吸收的能量越多，則沖擊韌性越好。

鋼的化學(xué)成分及冶煉、加工質(zhì)量都對沖擊韌性能有明顯的影響。例如，鋼中磷、硫含量較高，存在偏析、非金屬夾雜物、氣孔和焊接中形成的微裂紋等，都會使沖擊韌性顯著降低。除此以外，鋼的沖擊韌性受溫度的影響較大，沖擊韌性隨溫度的下降而減小，當(dāng)降到一定溫度范圍時，。ak值急劇下降，從而可使鋼材出現(xiàn)脆性斷裂．這種性質(zhì)稱為鋼的冷脆性。所以，在負(fù)溫下使用的鋼材，特別是承受動荷載的重要結(jié)構(gòu)，必須要檢驗(yàn)其低溫下的沖擊韌性。硬度:硬度是衡量鋼的軟硬程度的一個指標(biāo)，它是表示鋼材表面局部體積內(nèi)，抵抗變形或破裂的能力，也即指抵抗其他更硬的物體壓入鋼材表面的能力。測定鋼材硬度的方法很多，建筑鋼材常用的是布氏法，所測硬度稱布氏硬度。布氏硬度是用一定直徑D(mm)的硬質(zhì)鋼球,在規(guī)定荷載P(N)作用下壓入試件表面，并持續(xù)一定時間后卸裁，量出壓痕直徑d(mm)，然后計(jì)算每單位壓痕球面積所承受的荷載值，即布氏硬度值(HD)，見圖。

疲勞強(qiáng)度受交變荷載反復(fù)作用，鋼材在應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度的情況下突然發(fā)生脆性斷裂破壞的現(xiàn)象,稱為疲勞破壞。

鋼材的疲勞破壞一般是由拉應(yīng)力引起的，首先在局部開始形成細(xì)小斷裂，隨后由于微裂紋尖端的應(yīng)力集中而使其逐漸擴(kuò)大，直至突然發(fā)生瞬時疲勞斷裂。疲勞破壞是在低應(yīng)力狀態(tài)下突然發(fā)生的，所以危害極大，往往造成災(zāi)難性的事故。在一定條件下，鋼材疲勞破壞的應(yīng)力值隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而降低（如圖所示）。

鋼材在無窮次交變荷載作用下而不至引起斷裂的最大循環(huán)應(yīng)力值，稱為疲勞強(qiáng)度極限，實(shí)際測量時常以2×10^6次應(yīng)力循環(huán)為基準(zhǔn)。鋼材的疲勞強(qiáng)度與很多因素有關(guān)，如組織結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)、合金成分、夾雜物和應(yīng)力集中幾種情況。一般來說，鋼材的抗拉強(qiáng)度高，其疲勞極限也較高。

焊接性能

焊接是把兩塊金屬局部加熱，并使其接縫部分迅速呈熔融或半熔融狀態(tài)，而牢固的連接起來。它是鋼結(jié)構(gòu)的主要連接形式。焊接是把兩塊金屬局部加熱，并使其接縫部分迅速呈熔融或半熔融狀態(tài)，而牢固的連接起來。它是鋼結(jié)構(gòu)的主要連接形式。

鋼材的焊接性能是指在一定的焊接工藝條件下，在焊縫及其附近過熱區(qū)不產(chǎn)生裂紋及硬脆傾向，焊接后鋼材的力學(xué)性能，特別是強(qiáng)度不低于原有鋼材的強(qiáng)度。

鋼材的化學(xué)成分對鋼材的可焊性有很大的影響。隨鋼材的含碳量、合金元素及雜質(zhì)元素含量的提高，鋼材的可焊性降低。鋼材的含碳量超過0.25％時，可焊性明顯降低；硫含量較多時，會使焊口處產(chǎn)生熱裂紋，嚴(yán)重降低焊接質(zhì)量。鋼材的焊接須執(zhí)行有關(guān)規(guī)定

鋼材的焊接性能是指在一定的焊接工藝條件下，在焊縫及其附近過熱區(qū)不產(chǎn)生裂紋及硬脆傾向，焊接后鋼材的力學(xué)性能，特別是強(qiáng)度不低于原有鋼材的強(qiáng)度。

鋼材的化學(xué)成分對鋼材的可焊性有很大的影響。隨鋼材的含碳量、合金元素及雜質(zhì)元素含量的提高，鋼材的可焊性降低。鋼材的含碳量超過0.25％時，可焊性明顯降低；硫含量較多時，會使焊口處產(chǎn)生熱裂紋，嚴(yán)重降低焊接質(zhì)量。鋼材的焊接須執(zhí)行有關(guān)規(guī)定。

冷加工時效及其應(yīng)用

將鋼材于常溫下進(jìn)行冷拉、冷拔或冷軋，使之產(chǎn)生一定的塑性變形，強(qiáng)度明顯提高，塑性和韌性有所降低，這個過程稱為鋼材的冷加工強(qiáng)化。

工程中常對鋼筋進(jìn)行冷拉或冷拔加工，以期達(dá)到提高鋼材強(qiáng)度和節(jié)約鋼材的目的。鋼筋冷拉是在常溫下將其拉至應(yīng)力超過屈服點(diǎn)，但遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度時即卸荷。冷拔是將6一8mm的光圓鋼筋，通過一鎢合金拔絲?？锥粡?qiáng)力拉拔，使其徑向擠壓縮小而縱向伸長。冷加工強(qiáng)化

將經(jīng)過冷拉的鋼筋。于常溫下存放15—20d，或加熱到100—200℃并保持2～3h后，則鋼筋強(qiáng)度將進(jìn)一步提高，這個過程稱為時效處理，前者稱自然時效，后者稱為人工時效、通常對強(qiáng)度較低的鋼筋可采用自然時效，強(qiáng)度較高的鋼筋則需采用人工時效。時效作用：屈服強(qiáng)度提高，抗拉強(qiáng)度提高，塑性、韌性降低，鋼材利用率增加

時效冷加工強(qiáng)化作用：屈服強(qiáng)度提高，塑性、韌性降低，鋼材長度增加試題1(多選).檢測碳素結(jié)構(gòu)質(zhì)量，必須作的檢驗(yàn)項(xiàng)目是()A.硬度B.冷彎C.拉伸D.沖擊韌性E.疲勞強(qiáng)度2.工程結(jié)構(gòu)鋼不必作的檢測項(xiàng)目是()A.屈服強(qiáng)度B.冷彎C.沖擊韌性D.硬度3.當(dāng)含碳量()時,碳素鋼具有良好的可焊性.A.<2.06%B.<0.25%C.>0.04%D.0.04~2.06%試題4.表明鋼材超過屈服點(diǎn)工作時的可靠指標(biāo)是()A.屈強(qiáng)比B.屈服比C.比強(qiáng)度D.屈服強(qiáng)度5.合金鋼的屈強(qiáng)比一般為A.0.58~0.63B.0.6~0.75C.0.7~0.85D.>0.86(多選).下列關(guān)于屈強(qiáng)比的說法正確的是()A.屈強(qiáng)比越大越好B.屈強(qiáng)比越小越好C.屈強(qiáng)比越小,材料越安全D.屈強(qiáng)比越小越經(jīng)濟(jì)E.屈強(qiáng)比越大越經(jīng)濟(jì)試題7.既能揭示鋼材內(nèi)部組織缺陷,又能反映鋼材在靜載下的塑性的是()A.冷拉B.冷拔C.冷彎D.沖擊韌性8.冷彎()條件下鋼材的塑性.A.高溫B.正常C.惡劣D.低溫9.同一鋼材分別以5倍和10倍直徑作為原始標(biāo)距,所測得的伸長率的關(guān)系是()A.>B.<C.=D.不確定

建筑工程用鋼主要有鋼結(jié)構(gòu)用鋼和鋼筋混凝土用鋼兩類。

主要鋼種

碳素結(jié)構(gòu)鋼

國家標(biāo)準(zhǔn)GB700-88《碳素結(jié)構(gòu)鋼》中規(guī)定，牌號由代表屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法等四部分按順序組成。其中以“Q”代表屈服點(diǎn)；屈服點(diǎn)數(shù)值共分195MPa、215MPa、235MPa、255MPa和275MPa五種；質(zhì)量等級以硫、磷等雜質(zhì)含量由多到少，分別為A、B、C、D符號表示；

試題10(12,多選)鋼筋成型前加工的工作內(nèi)容主要包括()A.調(diào)直B.綁扎C.安裝D.除銹E.冷拉

脫氧方法以F表示沸騰鋼、b表示半鎮(zhèn)靜鋼、Z、TZ表示鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼，Z和TZ在鋼的牌號中予以省略。隨著牌號的增大，對鋼材屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的要求增大，對拉長率的要求降低。

碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號和化學(xué)成分應(yīng)符合表8.1規(guī)定。碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能、牌號、等級指標(biāo)見表8.2。其冷彎性能指標(biāo)見表8.3。例如：Q235－A·F表示屈服點(diǎn)為235Mpa的A級沸騰鋼。

隨著牌號的增大，其含碳量增加，強(qiáng)度提高，塑性和韌性降低，冷彎性能逐漸變差。同一鋼號內(nèi)質(zhì)量等級越高，鋼材的質(zhì)量越好，如Q235C、Q235D級優(yōu)于Q235A、Q235B級。

鋼結(jié)構(gòu)中，主要應(yīng)用的是碳素鋼Q235。還有其它幾種碳素結(jié)構(gòu)鋼常用于土木工程中。Q195——強(qiáng)度不高，塑性、韌性、加工性能與焊接性能較好，主要用于軋制薄板和盤等。Q215——與Q195鋼基本相同，其強(qiáng)度稍高，大量用做管坯、螺栓等。Q235——強(qiáng)度適中，有良好的承載性，又具有較好的塑性和韌性，可焊性和可加工性也較好，是鋼結(jié)構(gòu)常用的牌號，大量制作成鋼筋、型鋼和鋼板用于建造房屋和橋梁等。Q235良好的塑性可保證鋼結(jié)構(gòu)在超載、沖擊、焊接、溫度應(yīng)力等不利因素作用下的安全性，因而Q235能滿足一般鋼結(jié)構(gòu)用鋼的要求Q235-A一般用于只承受靜荷載作用的鋼結(jié)構(gòu)。Q235-B適合用于承受動荷載焊接的普通鋼結(jié)構(gòu)，Q235-C適合用于承受動荷載焊接的重要鋼結(jié)構(gòu)，

Q235-D適合用于低溫環(huán)境使用的承受動荷載焊接的重要鋼結(jié)構(gòu)。Q255——強(qiáng)度高、塑性和韌性稍差，不易冷彎加工，可焊性較差，主要用做鉚接或栓接結(jié)構(gòu)，以及鋼筋混凝土的配筋。Q275——強(qiáng)度、硬度較高，耐磨性較好，但塑性、沖擊韌性和可焊性差，不宜在建筑結(jié)構(gòu)中使用，主要用于制造軸類、農(nóng)具、耐磨零件和墊板等。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號的表示方法為：屈服強(qiáng)度－質(zhì)量等級，它以屈服強(qiáng)度劃分成五個等級：Ｑ295、Q345、Q390、Q420、Q460，質(zhì)量也分為五個等級：E、D、C、B、A。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB1591-94《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》

規(guī)定了各牌號的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成力學(xué)性能和工藝性能。由于合金元素的強(qiáng)化作用，使低合金結(jié)構(gòu)鋼不但具有較高的強(qiáng)度，且具有較好的塑性、韌性和可焊性。

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，特別是大型結(jié)構(gòu)、重型結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑、橋梁工程、承受動力荷載和沖擊荷載的結(jié)構(gòu)。

鋼筋混凝土用鋼材

熱軋鋼筋

鋼筋混凝土用熱軋鋼筋，根據(jù)其表面狀態(tài)特征分為光圓鋼筋和帶肋鋼筋。其力學(xué)性能和用途見表8.6和表8.7I級鋼筋由碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制，其余均由低合金鋼軋制。I級鋼筋的強(qiáng)度較低，但塑性及焊接性能很好，便于各種冷加工，因而廣泛用作普通鋼筋混凝土構(gòu)件的受力筋及各種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造筋。

II級和III級鋼筋的強(qiáng)度較高，塑性和焊接性能也較好，故廣泛用作大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋。

IV級鋼筋強(qiáng)度高，但塑性和可焊性較差，可用作預(yù)應(yīng)力鋼筋。力學(xué)性能和工藝性能表面形狀鋼筋級別強(qiáng)度等級代號公稱直徑(mm)屈服點(diǎn)σs(MPa)抗拉強(qiáng)度σb(MPa伸長率δ(%)冷彎d-彎心直徑a-鋼筋直徑不小于光圓ⅠHPB2358～2023541023180°d=0.5a光圓鋼筋的力學(xué)性能和工藝性能（GB/T701-1997）熱軋帶肋鋼筋的力學(xué)性能和工藝性能(GB1499-1998)牌號公稱直徑(mm)屈服點(diǎn)σs(MPa)抗拉強(qiáng)度σb(MPa伸長率δ(%)冷彎d-彎心直徑a-鋼筋直徑不小于HRB3356～2528～50335490163a4aHRB4006～2528～50400570144a5aHRB5006～2528～50500630126a7a

預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋熱處理鋼筋是鋼廠將熱軋的帶肋鋼筋(中碳低合金鋼)經(jīng)淬火和高溫回火調(diào)質(zhì)處理而成的。

其特點(diǎn)是塑性降低不大，但強(qiáng)度提高很多，綜合性能比較理想。其主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕，代替碳素鋼絲。

冷拔低碳鋼絲冷拔低碳鋼絲是將直徑為6.5～8mm的Q235熱軋盤條鋼筋，經(jīng)冷拔加工而成。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB50204一92的規(guī)定，冷拔低碳鋼絲分為甲、乙兩級，

甲級絲適用于作預(yù)應(yīng)力筋，乙級絲適用于作焊接網(wǎng)、焊接骨架、箍筋和構(gòu)造鋼筋。預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線

根據(jù)GB/T5223--1995《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲》規(guī)定，預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲是用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼制成，抗增強(qiáng)度高達(dá)1470～1770MPa，分為消除應(yīng)力光圓鋼絲（代號為S）、消除應(yīng)力刻痕鋼絲（SI）、消除應(yīng)力螺旋力鋼絲（SH）和冷拉鋼絲（RCD）四種?？毯垆摻z和螺旋肋鋼絲與混凝土的粘結(jié)力好，亦即鋼絲與混凝土的整體性能好；消除

應(yīng)力鋼絲的塑性比冷拉鋼絲好。預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲按松弛分為兩級：Ⅰ級松弛（普通松弛）、Ⅱ級松弛（低松弛）。

預(yù)應(yīng)力混凝土鋼絲和標(biāo)記方式為：

預(yù)應(yīng)力鋼絲直徑—抗拉強(qiáng)度—代號—松弛等級—--GB/T5223—1995

根據(jù)GB5224—1995《預(yù)應(yīng)力混凝鋼絞線》規(guī)定，預(yù)應(yīng)力混凝鋼絞線是以數(shù)根優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼絲以絞捻和消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理而制成。根據(jù)鋼絲的股數(shù)分為三種結(jié)構(gòu)類型：1×2、1×3、和1×7。1×7結(jié)構(gòu)鋼絞線以一根鋼絲為芯、6根鋼絲圍繞其

周圍捻制而成。鋼絞線與混凝土的粘結(jié)力較好。鋼絞線的標(biāo)記方式為：

預(yù)應(yīng)力鋼絞線結(jié)構(gòu)類型—公稱直徑—強(qiáng)度級別—松弛等級—GB/T5224-1995冷軋帶肋鋼筋（GB13788-2000）

冷軋帶肋鋼筋分為CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1175五個牌號。CRB550為普通鋼筋混凝土用鋼筋，其它牌號為預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼筋CRB550冷軋帶肋鋼筋的力學(xué)性能和工藝性能(GB13788-2000)牌號抗拉強(qiáng)度不小于(MPa)伸長率不小于δ10（%）彎曲180°CRB5505508.0D=3d冷軋扭鋼筋（JG3046-1998）

冷軋扭鋼筋是用低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)專用冷軋扭機(jī)調(diào)直、冷軋并冷扭一次成型，具有規(guī)定截面形狀和節(jié)距的連續(xù)螺旋狀鋼筋冷軋扭鋼筋的力學(xué)性能和工藝性能(JG3046-1998)抗拉強(qiáng)度不小于(MPa)伸長率不小于δ10（%）彎曲180°5804.5D=3d試題1.Q235-BF表示()A.屈服點(diǎn)為235MPa的半鎮(zhèn)靜鋼B.屈服點(diǎn)為235MPa的B級沸騰鋼

C.屈服點(diǎn)為235MPa,半鎮(zhèn)靜沸騰鋼

D.屈服點(diǎn)為235MPa,沸騰鋼2(多選).下列屬于低合金結(jié)構(gòu)鋼的是().A.Q235B.Q255

C.Q275D.Q295E.Q345試題3(多選).下列說法正確的是().A.建筑鋼材應(yīng)用最廣泛的是Q235B.建筑鋼材應(yīng)用最廣泛的是Q255C.Q235D的質(zhì)量比Q235C的質(zhì)量好D.Q235A可用于承受動荷載結(jié)構(gòu)E.Q235C用于承受低溫下動荷載焊接的重要鋼結(jié)構(gòu)4.(多選)下列可用于預(yù)應(yīng)力鋼筋的是()A.HRB500B.CRB550C.CRB650D.CRB800E.HRB400

鋼結(jié)構(gòu)用鋼材

鋼結(jié)構(gòu)用鋼主要是熱軋成形的鋼板和型鋼等；薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)中主要采用薄壁型鋼、圓鋼和小角鋼；鋼材所用的母材主要是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼及低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。

熱軋型鋼

鋼結(jié)構(gòu)常用的型鋼有：工字鋼、H型鋼、T型鋼、槽鋼、等邊角鋼、不等邊型鋼等。型鋼由于截面形式合理，材料在截面上分布對受力最為有利，且構(gòu)件間連接方便，所以它是鋼結(jié)構(gòu)中采用的

主要鋼材。型鋼的規(guī)格通常以反映其斷面形狀的主要輪廓尺寸來表示。熱軋普通工字鋼

工字鋼是截面為工字型、腿部內(nèi)側(cè)有1:6斜度的長條鋼材。工字鋼廣泛應(yīng)用于各種建筑結(jié)構(gòu)和橋梁，主要用于承受橫向彎曲（腹板平面內(nèi)受彎）的桿件，但不宜單獨(dú)用作軸心受壓構(gòu)件或雙向彎曲的構(gòu)件。熱軋H型鋼和剖分T型鋼

H型鋼由工字鋼發(fā)展而來，優(yōu)化了截面的

分布。與工字鋼相比，H型鋼具有翼緣寬、側(cè)向剛度大、抗彎能力強(qiáng)、翼緣兩表面相互平行、連接構(gòu)件方便、省勞力、重量輕、節(jié)省鋼材等優(yōu)點(diǎn)。H型鋼分為寬翼緣（代號為HW）、中翼緣（HM）和窄翼緣H型鋼（HN）以及H型鋼樁（HP）。H型鋼截面形狀經(jīng)濟(jì)合理，力學(xué)性能好，常用于要求承載力大、截面穩(wěn)定性好的大型建筑（如高層建筑）。T型鋼由H型鋼對半剖分而成。熱軋普通槽鋼

槽鋼是截面為凹槽形、腿部內(nèi)側(cè)有1:10斜度的長條

鋼材。規(guī)格以“腰高度×腿寬度×腰厚度”（mm）或“腰高度?！保╟m）表示。同一腰高的槽鋼，若有幾種不同的腿寬和腰厚，則在其后標(biāo)注a、b、c表示該腰高度下的相應(yīng)規(guī)格。槽鋼的規(guī)格范圍為5?！?0＃。槽鋼可用做承受軸向力的桿件、承受橫向彎曲的梁以及聯(lián)系桿件，主要用于建筑鋼結(jié)構(gòu)、車輛制造等。

鋼板和壓型鋼板用光面軋輥軋制而成的扁平鋼材，以平扳狀態(tài)供貨的稱鋼板；以卷狀供貨的稱鋼帶。根據(jù)軋制溫度

不同，又可分為熱軋和冷軋兩種。建筑用鋼板及鋼帶的鋼種主要是砍紊結(jié)構(gòu)鋼，重型結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁、高壓容器等由采用低臺金鋼鋼板。

按厚度來分，熱軋鋼板分為厚板(厚度大于4mm)和薄板(厚度為0.35—4mm)兩種；冷軋鋼板只有薄板(厚度為0.2-0.4mm)一種。厚板可用于焊接結(jié)構(gòu);薄板可用作屋面或場面等圍護(hù)結(jié)構(gòu)．或作為涂層鋼板的原料．如制作壓型鋼板等：鋼板可用來彎曲型鋼.

薄鋼板經(jīng)冷壓或冷軋成波形、雙曲形、v形等形狀，稱為壓型鋼板。制作壓型鋼板的板材采用有機(jī)

涂層薄鋼板(或稱彩色鋼板)般鋅薄鋼板、防腐薄鋼板或其他薄鋼板。

壓型鋼板具有單位質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抗震性能好、施工快、外形美觀等特點(diǎn)，主要用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)、樓板、屋面等。

冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)用冷彎空心型鋼

空心型鋼是用連續(xù)輥式冷彎機(jī)組生產(chǎn)的，按形狀可分為方形空心型鋼（代號為F）和矩形空心型鋼（代號為J）。

通用冷彎開口型鋼

冷彎開口型鋼是用可冷加工變形的冷軋或熱軋鋼帶在連續(xù)輥式冷彎機(jī)組上生產(chǎn)的，按形狀分為8種：冷彎等邊角鋼、冷彎不等邊角鋼、冷彎等邊槽鋼、冷彎不等邊槽鋼、冷彎內(nèi)卷邊槽鋼、冷彎外卷邊槽鋼、冷彎Z型鋼、冷彎卷邊Z型鋼。

鋼材的銹蝕和防止

鋼材的腐蝕

鋼材表面與周圍介質(zhì)發(fā)生作用而引起破壞的現(xiàn)象稱作腐蝕（銹蝕）。鋼材腐蝕的現(xiàn)象普遍存在，如在大氣中生銹，特別是當(dāng)環(huán)境中有各種侵蝕性介質(zhì)或濕度較大時，情況就更為嚴(yán)重。腐蝕不僅使鋼材有效截面積均勻減小，還會產(chǎn)生局部銹坑，引起應(yīng)力集中；腐蝕會顯著降低鋼的強(qiáng)度、塑性韌性等力學(xué)性能。根據(jù)鋼材與環(huán)境介質(zhì)的作用原理，腐蝕可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

化學(xué)腐蝕指鋼材與周圍的介質(zhì)（如氧氣、二氧化碳、二氧化硫和水等）直接發(fā)生化學(xué)作用，生成疏松的氧化物而引起的腐蝕。在干燥環(huán)境中化學(xué)腐蝕的速度緩慢，但在溫度高和濕度較大時腐蝕速度大大加快。

電化學(xué)腐蝕

化學(xué)腐蝕

鋼材由不同的晶體組織構(gòu)成，并含有雜質(zhì)，由于這些成分的電極電位不同，當(dāng)有電解質(zhì)溶液(如水)存在時，就會在鋼材表面形成許多微小的局部原電池。整個電化學(xué)腐蝕過程如下：

陽極區(qū)：Fe=Fe2++2e

陰極區(qū)：2H2O+2e+1/2O2=2OH-+H2O

溶液區(qū)：Fe2++2OH-=Fe(OH)2

Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

水是弱電解質(zhì)溶液，而溶有CO2的水則成為有效的電解質(zhì)溶液，從而加速電化學(xué)腐蝕的過程。鋼材在大氣中的腐蝕，實(shí)際上是化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕共同作用所致，但以電化學(xué)腐蝕為主。

鋼材的防護(hù)

鋼材的腐蝕既有內(nèi)因（材質(zhì)），又有外因（環(huán)境介質(zhì)的作用），因此要防止或減少鋼材的腐蝕可以從改變鋼材本身的易腐蝕性，隔離環(huán)境中的侵蝕性介質(zhì)或改變鋼材表面的電化學(xué)過程三方面入手。采用耐候鋼

耐候鋼即耐大氣腐蝕鋼。耐候鋼是在碳素鋼和低合金鋼中加入少量銅、鉻、鎳、鉬等合金元素而制成。這種鋼在大氣作用下，能在表面形成一種致密的防腐保護(hù)層，起到耐腐蝕作用，同時保持鋼材良好的焊接性能。耐候鋼的強(qiáng)度級別與常用碳素鋼和低合金

鋼一致，技術(shù)指標(biāo)也相近，但其耐腐蝕能力卻高出數(shù)倍。耐候鋼的牌號、化學(xué)成分、力學(xué)性能和工藝性能可參見國家標(biāo)準(zhǔn)GB4172－84《焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼》和GB4171－84《高耐候性結(jié)構(gòu)鋼》。金屬覆蓋

用耐腐蝕性好的金屬，以電鍍或噴鍍的方法覆蓋在鋼材表面，提高鋼材的耐腐蝕能力。常用的方法有：鍍鋅（如白鐵皮）、鍍錫（如馬口鐵）、鍍銅和鍍鉻等。根據(jù)防腐的作用原理可分為陰極覆蓋和陽極覆蓋。

A.陰極覆蓋采用電位比鋼材高的金屬覆蓋，如鍍錫。所蓋金屬膜僅為機(jī)械地保護(hù)鋼材，當(dāng)保護(hù)膜

破裂后，反而會加速鋼材在電解質(zhì)中的腐蝕。

B.陽極覆蓋采用電位比鋼材低的金屬覆蓋，如鍍鋅，所覆金屬膜因電化學(xué)作用而保護(hù)鋼材。非金屬覆蓋

在鋼材表面用非金屬材料作為保護(hù)膜，與環(huán)境介質(zhì)隔離，以避免或減緩腐蝕。如噴涂涂料、搪瓷和塑料等。

涂料通常分為底漆、中間漆和面漆。底漆要求有比較好的附著力和防銹能力，中間漆為防銹漆，面漆要求有較好的牢度和耐候性以保護(hù)底漆不受損傷或風(fēng)化。一般應(yīng)用為兩道底漆（或一道底漆和

一道中間漆）與兩道面漆，要求高時可增加一道中間漆或面漆。使用防銹涂料時，應(yīng)注意鋼構(gòu)件表面的除銹以及低漆、中間漆和面漆的匹配。

常用底漆有：紅丹底漆、環(huán)氧富鋅漆、云母氧化底漆、鐵紅環(huán)氧低漆等。

中間漆有：紅丹防銹漆、鐵紅防銹漆等。

面漆有：灰鉛漆、醇酸磁漆和酚醛磁漆等?；炷劣娩摻畹姆冷P

在正常的混凝土中pH值約為12，這時在鋼材表面能形成堿性氧化膜（鈍化膜），對鋼筋起保護(hù)作用。

若混凝土碳化后，由于堿度降低（中性化）會失去對鋼筋的保護(hù)作用。此外，混凝土中氯離子達(dá)到一定濃度，也會嚴(yán)重破壞表面的鈍化膜。

為防止鋼筋銹蝕，應(yīng)保證混凝土的密實(shí)度以及鋼筋外側(cè)混凝土保護(hù)層的厚度，在二氧化碳濃度高的工業(yè)區(qū)采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，限制含氯鹽外加劑摻量并使用混凝土用鋼筋防銹劑。預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)禁止使用含氯鹽的骨料和外加劑。鋼筋涂覆下氧樹脂或鍍鋅也是一種有效的防銹措施。

鋁及鋁合金

基本知識

鋁是一種銀白色的輕金屬，屬于有色金屬，純鋁的比重削，僅2.7g/cm3，為鐵的三分之一，熔點(diǎn)較低（660℃），具有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、反輻射性能及耐腐蝕性能，并有易于加工和焊接等特點(diǎn)。

防銹鋁

防銹鋁是鋁鎂或鋁錳的合金。其特點(diǎn)是耐蝕性較高，拋光性好，能長期保持其光亮的表面，其強(qiáng)度比純鋁高，塑性及焊接性能良好，但切削加工性

不良，可用于承受中等或低負(fù)載及要求耐腐蝕及光潔表面的構(gòu)件、管道等。硬鋁

硬鋁是鋁和銅或再加入鎂、錳等組合的合金，建筑工程上主要為含銅（3.8％～4.8％）、鎂（0.4％～0.8％）、錳（0.4％～0.8％）、硅（不大于0.8％）的鋁合金，稱為硬鋁。經(jīng)熱處理強(qiáng)化后，可獲得較高的強(qiáng)度和硬度，耐腐蝕性好。建筑上可用于作承重結(jié)構(gòu)或其他裝飾制件，其強(qiáng)度極限可達(dá)330～490MPa，伸長率可達(dá)12％～20％，布氏硬度值HB可達(dá)1000MPa，是發(fā)展輕型結(jié)構(gòu)的好材料。超硬鋁

超硬鋁是鋁和鋅、鎂、銅等的合金。經(jīng)熱處理強(qiáng)化后，其強(qiáng)度和硬度比普通硬鋁更高，塑性及耐蝕性中等，切削加工性和點(diǎn)焊性能良好，但在負(fù)荷狀態(tài)下易受腐蝕，常用包鋁方法保護(hù)，可用于承重構(gòu)件和高荷載零件。鍛鋁

鍛鋁是鋁和鎂、硅及銅的合金。除具有較高的強(qiáng)度外，還有良好的高溫塑性及焊接性，但易腐蝕，適宜作承重中等荷載的構(gòu)件。

鋁在建筑上，早在80多年千就已被作為裝飾材料，逐漸發(fā)展應(yīng)用到窗框、幕墻，以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件。1970年美國建筑上用鋁量約為100多萬噸，20年中，增長了4倍，占其全國鋁消耗量的1/4以上。1973年日本在建筑上使用鋁占其全國總耗鋁量的1/3，在房屋建筑中使用600kt以上。

鋁合金制品鋁合金門窗

鋁合金門窗用已表面處理過的型材和配件組合裝配而成。主要有推拉窗，平開窗，懸掛窗等。具有

質(zhì)量輕、氣密性，水密性和隔聲性能好，色澤美觀，不銹蝕，不褪色，經(jīng)久耐用，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。鋁合金裝飾板

鋁合金花紋板采用鋁合金壞料花紋軋輥制成。有針狀、扁