第08講第十二章第五節(jié)建筑鋼材(新版)

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁第五節(jié)建造鋼材鋼和鐵的主要成分均是鐵和碳，其中含碳量大于2％的為生鐵，含碳量小于2％的為鋼。一、鋼材的分類：1、按照化學成分劃分：碳素鋼：主要為鐵碳合金，按照含碳量分為低碳鋼（碳含量<0.25%）、中碳鋼（碳含量0.25~0.6%）高碳鋼（碳含量>0.6%）合金鋼：含有合金元素，按照合金元素量分為低合金鋼（合金元素<5%）中合金鋼（合金元素5~10%）高合金鋼（合金元素>10%2、按照脫氧程度劃分：沸騰鋼：脫氧不充足，質(zhì)量差，尤其是韌性差，但是成本低。沉著鋼：脫氧很充足，質(zhì)量好，成本高。半沉著鋼：性能介于沸騰鋼和沉著鋼。3、按照質(zhì)量（主要為硫和磷的含量）劃分為：普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼等二、主要力學性能1、抗拉性能：鋼材在拉伸過程中的應力-應變曲線可分為四個階段，即彈性階段（OA段）、屈服階段（AB段）、強化階段（BC段）和頸縮階段（CD段），祥見下圖。鋼材的拉伸曲線屈服點（s）：是設計時鋼材強度取值的根據(jù)。（2）屈強比（s/b）：屈服點和抗拉強度的比值，該值反映鋼材的安全性和利用率。屈強比越小，表明鋼材在超過屈服點工作時可靠性較高，較為安全。（3）伸長率（）：鋼材拉斷后的伸長值占鋼材原標距長度的百分率，反映了鋼材的塑性變形能力。2、沖擊韌性：指鋼材抵御沖擊荷載的能力。（1）指標：沖擊破壞時單位面積消耗的功。（2）特點：鋼材的沖擊韌性會隨溫度降低而減低，當溫度降低到一定范圍時，會表現(xiàn)出脆性，這種現(xiàn)象稱為鋼材的冷脆性，發(fā)生脆性改變的溫度稱為脆性臨界溫度，脆性臨界溫度越低，低溫沖擊韌性越好。因此，對直接承受動荷載而且可能在負溫下工作的重要結(jié)構(gòu)，必須舉行沖擊韌性檢驗。脆性臨界溫度應低于使用環(huán)境的最低溫度。3、冷彎性能：指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，反映了鋼材在惡劣條件下的塑性。冷彎性能的檢測：以彎曲角度及彎心直徑對試件厚度（或直徑）的比值表示。檢查彎曲處若沒有無裂紋、斷裂及起層等現(xiàn)象。則認為鋼材的冷彎性能合格。4、硬度：指材料表面局部抵御壓入產(chǎn)生塑性變形的能力。用布氏硬度HB表示。5、耐疲勞性：材料在交變應力作用下，在遠低于抗拉強度時驟然發(fā)生斷裂，稱為疲勞破壞。疲勞極限：在規(guī)定的周期基數(shù)內(nèi)不發(fā)生脆斷所承受的最大應力值。三、影響鋼材性能的因素1、鋼材的晶體組織形態(tài)及其對鋼材性能的影響分為：鐵素體、滲碳體和珠光體三種基本組織。鐵素體是碳在鐵中的固溶體，塑性、韌性好，強度和硬度差。滲碳體是鐵碳化合物，脆硬，塑性、韌性差。珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，具有較好的強度，較好的塑性和韌性。含碳量小于0.8%：隨含碳量增強，珠光體含量增強，鐵素體減少，強度、硬度增強，塑性、韌性降低。含碳量大于0.8%：隨含碳量增強，珠光體減少，滲碳體增強，強度會降低硬度增大，塑性、韌性降低2、化學成分（1）含碳量：隨著含碳量的增強，其強度和硬度提高，塑性和韌性降低。當含碳量大于0.3％時，鋼的可焊性顯著降低；當含碳量大于1％時，脆性增大，硬度增強，強度下降。此外，含碳量增強，鋼的冷脆性和時效敏感性增大，耐銹蝕性降低。（2）合金成分：Si：主加元素，硅含量的增強將顯著提高鋼材的強度和硬度，而對塑性和韌性無顯著影響。Mn：錳的增強可提高鋼材的強度、耐腐蝕和耐磨性，消除熱脆性。有害成分：P、S、O、N硫：是有害元素，引起熱脆性，使機械性能、焊接性能及抗腐蝕性能下降。磷：是有害元素，引起冷脆性，降低塑性、韌性、焊接性和冷彎性，提高耐磨性及耐腐蝕性。2、加工處理：冷加工：將鋼材于常溫下舉行冷拉、冷軋或冷拔，使其產(chǎn)生塑性變形，從而提高屈服點的過程。可提高屈服點，抗拉強度不變，塑性、韌性、彈性模量降低。時效處理：經(jīng)過冷加工后的鋼材，在常溫下存放15~20天或加熱到100~200℃并保持一定時光。時效可使屈服點進一步提高，抗拉強度也增大，塑性和韌性繼續(xù)降低，彈性模量恢復四、建造鋼材的標準及其選用（一）鋼材原材1、碳素結(jié)構(gòu)鋼：（1）牌號劃分：牌號包括四個部分：屈服點字母（Q）、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級代號和脫氧程度符號。牌號增大，含碳量及強度增大，冷彎性和伸長率下降。Q235是常用鋼材種類。（2）特性：碳素結(jié)構(gòu)鋼冶煉方便，成本較低，具有良好的塑性及各種加工性能。在惡劣的條件下，如沖擊、溫度大幅度變化或超載時具有良好的安全性。但與低合金鋼相比，其強度較低，在一些異常情況下不能滿意性能要求。2、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼（1）牌號劃分：屈服點字母（Q）、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級代號劃分牌號。性能要求有屈服點、抗拉強度、伸長率、沖擊韌性及冷彎。（2）特性：強度較高，耐腐蝕、耐低溫性、抗沖擊韌性及使用壽命等綜合性能良好，焊接性及冷加工性能好，易于加工和施工。（二）常用建造鋼材1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋（1）熱軋鋼筋：Ⅰ級光圓，用Q235碳素鋼軋制，做非預應力鋼筋。Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ級鋼筋為帶肋鋼筋，由合金鋼軋制而成，Ⅱ或Ⅲ做非預應力或預應力鋼筋，Ⅳ做預應力鋼筋。（2）冷拉鋼筋：為了提高鋼筋的強度及節(jié)約鋼筋，常對熱軋鋼筋舉行冷拉，屈服點提高17~27%。（3）冷拔低碳鋼絲：將直徑為6.5～8mm（4）預應力混凝土用鋼絲及鋼絞線：預應力高強度鋼絲是用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼盤條經(jīng)酸洗、冷拉等工藝制成。鋼膠線是用7根直徑為2.5～7.0（5）冷軋帶肋鋼筋：將熱軋鋼筋再冷軋成肋。強度提高，塑性較好，與混凝土的握裹力好。LL550用于非預應力混凝土受力主筋，LL650和LL800用于預應力混凝土受力主筋。（6）熱處理鋼筋：熱軋低碳鋼筋經(jīng)淬火和回火處理而成。強度提高，韌性好，塑性不小。不能焊接，電焊切割。用于預應力砼。（7）冷軋扭鋼筋：強度高，與砼握裹力大。用于預應力及承受較大荷載的部位如梁、柱。2、鋼結(jié)構(gòu)用鋼（1）熱軋型鋼：角鋼、I字鋼、槽鋼、T型鋼、H型鋼、Z型鋼等。其標記包括型鋼名稱、橫斷面主要尺寸、型鋼標準及鋼號與鋼種標準。主要用于鋼結(jié)構(gòu)中。（2）冷彎薄壁型鋼：有角鋼、槽鋼等開口薄壁型鋼及方形、矩形等空心薄壁型鋼。通常由2～6mm薄鋼板冷彎或模壓而成，用于輕型鋼結(jié)構(gòu)。（3）鋼板和壓型鋼板：熱軋鋼板按厚度分為中厚板（>4mm）和薄板（0.35～4mm）；冷軋鋼板惟獨薄板（厚度為0.2~4mm）一種。薄鋼板可在面層鍍鋅（俗稱白鐵皮）、敷以有機涂層（或稱彩色鋼板）。薄鋼板經(jīng)冷壓或冷軋成波形、雙曲形、V型等形狀，稱為壓型鋼板。五、鋼材的防銹與防火（一）鋼材防銹鋼結(jié)構(gòu)防銹主意：涂刷防銹漆，如底漆紅丹、環(huán)氧富鋅漆、鐵紅環(huán)氧底漆，面漆有鉛灰油、醇酸磁漆、酚醛磁漆?；虮砻驽冧\或涂塑。鋼筋防銹：限制水灰比和水泥用量、限制氯鹽外加劑、提高密實度、加防銹劑等。（二）鋼材防火裸露的、表面未做防火處理的鋼結(jié)構(gòu)耐火極限為15min，所以對鋼結(jié)構(gòu)，尤其是有可能經(jīng)歷高溫環(huán)境的鋼結(jié)構(gòu)，需要做好防火處理。主要主意是涂敷防火隔熱層。六、練習題1、鋼和生鐵的區(qū)別在于其含碳量值小于：A、4.0%B、3.5%C、2.5%D、2.0%提醒：含碳量小于2%的鐵碳合金為鋼材。答案：D2、鋼筋冷彎是檢驗鋼筋的什么性質(zhì)?A低溫下承受塑形變形的性能B常溫下的抵御塑性變形性能C常溫下抵御沖擊作用的性能D常溫下抵御彈性變形的能力解析：冷彎是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。冷彎反映了鋼材在惡劣條件下的塑性。答案：B3、鋼材對冷彎性的要求越高，實驗時采用的：A、彎心直徑越大，彎心直徑對試件直徑的比值越大B、彎心直徑越小，彎心直徑對試件直徑的比值越小C、彎心直徑越小，彎心直徑對試件直徑的比值越大D、彎心直徑越大，彎心直徑對試件直徑的比值越小提醒：彎心直徑約小，彎心直徑對試件直徑比值越小，表明鋼材的冷彎性能要求越高。答案：B4、鋼材中的含碳量提高，可提高鋼材的：A、強度B、塑性C、可焊性D、韌性提醒：隨著含碳量增強，鋼材的強度和硬度提高，塑性、韌性和可焊性下降。答案：A5、金屬晶體是各向異性的，而金屬材料卻是各向同性的，其緣故是：A、因金屬材料的原子羅列是徹低隨機的B、因金屬材料中的晶粒是隨機取向的C、因金屬材料是玻璃體和晶體的混合物D、因金屬材料多為金屬鍵結(jié)合提醒：金屬晶體是各向異性的，但是金屬材料是由許多晶粒組成的，而晶粒是隨機取向羅列，使晶體的各向異性得以抵消，表現(xiàn)為各向同性。答案：B6