土木工程材料 建筑钢材课件

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1、 文库专用1第七章第七章 建筑钢材建筑钢材l钢材是建筑工程中的重要材料，具有许多优良的特性。n钢材的组织结构均匀密实，性能稳定，并且强度高，塑性、韧性好，可以冷弯、焊接或铆接，易于加工和装配。l钢材也存在着能耗大，成本高，易锈蚀，维护费用高，耐火性差等缺点。 文库专用27.1 钢的冶炼及分类钢的冶炼及分类 7.1.1 钢的冶炼及其对质量的影响l1钢的冶炼n钢由生铁冶炼而成。n钢的冶炼将生铁在熔融状态下进行氧化，将含碳量降低到2.06%以下，使磷、硫等其他杂质也减少到某一规定数值，再加入脱氧剂（锰铁、硅铁、铝等）进行脱氧冶炼而成的。 文库专用3n生铁是将将铁矿石、焦碳及熔剂（石灰石）在炼铁炉中，

2、经高温冶炼，铁矿石内氧化铁还原成碳铁合金，其中碳的含量为2.066.67%，磷、硫等杂质的含量也较高。n生铁按断口颜色分为白口铁和灰口铁。l白口铁用于炼钢，也称炼钢生铁；l灰口铁也称铸铁，用于铸造承受静荷载的次要构件（管材、机座）等。 文库专用4l常用的炼钢方法 l（1）转炉炼钢法n转炉炼钢法又分空气转炉炼钢法和氧气转炉炼钢法两种。n空气转炉法：由转炉底部或侧面吹入高压热空气至熔融状态的铁水中，铁水中的杂质与空气中的氧起氧化作用而被除去。n空气转炉法已淘汰，逐渐被氧气转炉法所取代。 文库专用5n氧气转炉法：以纯氧代替空气吹入炼钢炉内铁水中，克服了空气转炉法的一些缺点，能有效地除去磷、硫等杂质，

3、使钢的质量显著提高，可以炼制优质的碳素钢和合金钢。n氧气转炉法是现代炼钢的主流方法。 文库专用6l（2）平炉炼钢法n平炉钢的冶炼：以固体或液体生铁、废钢铁或铁矿石作原料，用煤气或重油为燃料在平炉中加热冶炼，杂质靠铁矿石或废钢中的氧起氧化作用而除去。n平炉熔炼时间长，有利于化学成分的精确控制，杂质含量少，成品质量高，可用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特殊要求的专用钢。缺点是能耗大、冶炼时间长、成本高。 文库专用7l（3）电炉炼钢法n以生铁和废钢为原料，用电力作能源的冶炼方法。其熔炼温度高，温度可以控制，清除杂质容易彻底。n电炉钢的质量最好，但成本高。它适合产冶炼优质特殊质量的特种钢。 文库专用8l

4、2脱氧和偏析对钢材质量的影响n钢水脱氧后浇铸成钢锭，在钢锭冷却过程中，由于钢内某些元素在铁的液相中的溶解度高于固相，使这些元素向凝固较迟的钢锭中心集中，导致化学成分在钢锭截面上分布不均匀。这种现象称为化学偏析。n其中尤以磷、硫等的偏析最为严重，偏析现象对钢的质量影响很大。 文库专用9根据脱氧程度不同，浇铸的钢锭可分为：l沸腾钢（F）：脱氧不完全的钢，浇铸后在钢液冷却时有大量一氧化碳气体逸出，引起钢液剧烈沸腾，称为沸腾钢。n此种钢的碳和有害杂质磷、硫等的偏析较严重，钢的致密程度较差，故冲击韧性和焊接性能较差，特别是低温冲击韧性的降低更显著。n沸腾钢成本低，被广泛应用于建筑结构。n其代号为“F”。

5、 文库专用10l镇静钢（Z）：浇铸时，钢液平静地冷却凝固，是脱氧较完全的钢。n镇静钢钢锭的组织致密度大，气泡少，偏析程度小，各种力学性能比沸腾钢优越，用于承受冲击荷载或其他重要结构。n代号为“Z”。l半镇静钢（b）：指脱氧程度和质量介于沸腾钢和镇静钢之间的钢。n其质量较好。n代号为“b”。 文库专用11l特殊镇静钢（TZ）：比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，其质量最好。n适用于特别重要的结构工程。n代号为“TZ”。 文库专用127.1.2 钢的分类钢的分类l1按照化学成分分类l（1）碳素钢n低碳钢：含碳量小于0.25% 。n中碳钢：含碳量在0.25% 0.60% 之间。n高碳钢：含碳量大于0.

6、60%。n优质碳素结构钢：保证钢的化学成分和力学性能。 文库专用13l（2）合金钢n低合金钢：合金元素总含量小于5% 。n中合金钢：合金元素总含量在5% 10% 之间。n高合金钢：合金元素总含量在10% 以上。 文库专用14l2按照质量分类n普通碳素钢：含硫量0.045% 0.050% ；含磷量0.045% 。n优质碳素钢：含硫量0.035% ；含磷量0.035% 。n高级优质钢：含硫量0.025% ，高级优质钢的钢号后加“高”字或“A”；含磷量0.025%。n特级优质钢：含硫量0.015% ，特级优质钢后加“E”；含磷量0.025% 。建筑上常用的主要钢种是普通碳素钢中的低碳钢和合金钢中的低

7、合金高强度结构钢。 文库专用157.2 建筑钢材的技术性能建筑钢材的技术性能7.2.1钢材的力学性能l 1抗拉性能l抗拉性能是建筑钢材的重要性能。由拉力试验测得的屈服点、抗拉强度和伸长率是钢材的重要技术指标。 文库专用16l 建筑钢材的抗拉性能，见软钢受拉的应力应变图（见图7.1）。l 软钢拉伸发展的全过程可分为四个阶段： （）弹性阶段（）屈服阶段（）强化阶段（）颈缩阶段。每个阶段都各有其特点。BBB下上ACD=L/ LSbp图7.1 低碳钢受拉时应力应变曲线图 文库专用17n图7.1中的 B上点是这一阶段的最高点，称为屈服上限（ s上）； B下点相应的应力称为屈服下限（s下），又称屈服点或屈

8、服强度，用s表示。 n伸长率%100001lll 文库专用18n伸长率是衡量钢材塑性的一个指标，它的数值愈大，表示钢材塑性愈好。n伸长率与标距有关。通常钢材拉伸试验标距取l0= 10d0和 l0= 5 d0，伸长率分别以10和5表示。对同一钢材5大于10。l2冲击韧性n冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力。是以试样缺口处单位横截面所吸收的功（J/cm2）来表示，即冲击韧性值，其符号为k。 文库专用19 文库专用20n冲击韧性值K：冲击吸收功除以试样缺口底部处横截面面积所得的商。单位为焦耳/厘米2（J/cm2）。即 K= AK/A式中 A试样缺口处的截面积，cm2。 AK冲击吸收功，具有一

9、定形状和尺寸的金属试样，在冲击负荷作用下折断时所吸收的功。单位为焦耳（J）。nAK（或K）值越大，表示冲断时所吸收的功愈多，钢材的冲击韧性愈好。 文库专用21n冲击韧性还随温度的降低而下降，其规律是开始下降缓慢，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，称为钢材的冷脆性。这时的温度称为脆性临界温度。它的数值愈低，钢材耐低温冲击性能愈好。n由于脆性临界温度的测定工作较复杂，规范中通常规定20 或40 的负温冲击值作为指标。 文库专用22l3耐疲劳性n钢材在交变荷载反复多次作用下，可以在远低于抗拉强度的情况下突然破坏。这种破坏称为疲劳破坏。n一般把钢材在荷载交变107次时不破坏的最大应力定义为疲

10、劳强度或疲劳极限。l4硬度n钢材硬度系指比其更坚硬的其他种材料压入钢材表面的性能。测定硬度的方法很多，按压头和压力不同有布氏法和洛氏法。常用的是布氏法，其硬度指标为布氏硬度值。 文库专用23 文库专用247.2.2 钢材的工艺性能钢材的工艺性能l1冷弯性能n冷弯性能，指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是建筑钢材的重要工艺性能。n建筑钢材的冷弯，一般用弯曲角度（及弯心直径d相对于钢材厚度a的比值）来表示。n试验时采用的弯曲角度愈大，弯心直径对试件厚度（或直径）的比值愈小，表示对冷弯性能的要求愈高。 文库专用25钢材冷弯试验钢材冷弯试验dP(c)(d)Pd。ddd+2.1d。L（a）(b)PP（a

11、）试件安装（b）弯曲90（c）弯曲180（d）弯曲至两面重合 文库专用26 文库专用27n按规定的弯曲角和弯心直径进行试验，试件的弯曲处不发生裂缝、裂断或起层，即认为冷弯性能合格。 l2焊接性能n保证焊接质量，要求焊缝及附近过热区不产生裂缝及变脆倾向，焊接后的力学性能，特别是强度不低于原钢材的性能叫可焊性。n可焊性与钢材所含化学成分及含量有关，含碳量高，或含较多的硫，钢材的可焊性都变差。 文库专用28l3钢材的热处理n将钢材按一定规则加热、保温和冷却，以改变其组织结构，从而获得需要性能的加工工艺，总称为钢的热处理。n热处理方法有：n（1）淬火l将钢材加热至基本组织转变温度（如当含碳量大于0.8

12、时，为723）以上30一50 ，保温使组织完全转变。随即故人冷却介质（盐水、冷水或矿物油）中急冷的处理过程称为淬火。l淬火使钢的硬度、强度、耐磨性提高。 文库专用29n（2）回火l经淬火处理的钢，再加热、冷却的处理过程称为回火。l回火的温度低于723。l回火处理可消除淬火产生的内应力，适当降低淬火钢件的硬度并提高其韧性。n （3）退火l将钢材加热至基本组织转变温度以上30一50，保温后以适当的速度缓慢冷却的处理过程称为退火。l退火可降低钢材原有的硬度，改善其塑性及韧性。 文库专用30l（4）正火n将钢材加热至基本组织转变温度以上30一50，保温后在空气中冷却的处理过程称为正火。l正火后的钢材，

13、硬度较退火处理者高，塑性也差，但由于正火后钢的结晶较韧且均匀，故强度有所提高。 文库专用31l（1）钢材的冷加工及时效n冷加工强化处理n钢材在常温下通过冷拉、冷拔、冷轧产生塑性变形，从而提高屈服强度和硬度，但塑性、韧性降低，这个过程称为冷加工强化处理。n冷拉：将热轧后的小直径钢筋，用拉伸设备予以拉长，使之产生一定的塑性变形，使冷拉后的钢筋屈服强度提高，钢筋的长度增加（约410），从而节约钢材。 文库专用32n冷拔：将钢筋或钢管通过冷拔机上的孔模，拔成一定截面尺寸的钢丝或细钢管。孔模用硬质合金钢制成（图7.4）。 模具冷拔钢丝P冷拔n冷轧：将热轧钢筋或钢板通过冷轧机，可以轧成一定规律变形的钢筋或

14、簿钢板。 文库专用33时效l冷加工后的钢材，随着时间的延长，钢材的屈服强度、抗拉强度与硬度提高，塑性、韧性降低的现象称为时效。l时效处理有两种方法。n自然时效：将经冷加工的钢材在常温下放置1520d，称为自然时效，它适用于强度较低的钢材。n人工时效：对强度较高的钢材，自然时效效果不明显，可将经冷加工的钢材后的钢材加热至100200，保持12h，这称为人工时效。 文库专用34 钢筋冷拉前后应力-应变图的变化 OOB11未冷拉冷拉无时效冷拉经时效 文库专用357.2.3 钢的化学成分对钢材性能的影响钢的化学成分对钢材性能的影响 l碳（C）：n当含碳量小于 0.8% 的碳素钢，随着含碳量的增加，钢的

15、抗拉强度（b）和硬度（HB）增加，而塑性和韧性则相应降低。n当含碳量大于 0.8% 时（如高碳钢），随着含碳量的增加，钢的抗拉强度（b）反而下降。 文库专用36l硅（Si）：n炼钢时为了脱氧去硫而加入硅，少量的硅对钢是有益的。n当含硅量小于 1%时，能显著提高钢的强度，对塑性和韧性影响不大，还可提高抗腐蚀能力，改善钢的质量。n当硅含量大于 1%时，可焊性变差，冷脆性增加。 文库专用37l锰（Mn）：n锰加入钢中起脱氧和去硫作用，加入锰能显著提高钢材的强度和硬度，消除钢的热脆性，改善热加工性，几乎不降低塑性和韧性。n但含锰量大于1.0时，将降低钢的塑性、韧性和可焊性。 文库专用38l磷（P）：n

16、磷是钢中的有害元素。对钢材起强化作用，可使钢的屈服点和抗拉强度提高，但塑性和韧性显著降低，特别在低温下的增大钢的冷脆性，并降低可焊性。n磷的含量应严格控制，一般不超过0.085%。l硫（S）：n硫也是钢中的有害元素。硫使钢材在热加工过程中引起断裂，形成热脆现象，称为热脆性，硫将大大降低钢的热加工性、可焊性、冲击韧性、疲劳强度和抗腐蚀性。n硫是极有害的杂质，含量应严格控制，一般不得超过 0.065%。 文库专用39l氧（O）：n氧常以 FeO 的形式存在于钢中，它将降低钢的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能以及强度，并显著降低疲劳强度，增加热脆性。n氧是钢中有害杂质，在钢中其一般不得超过 0.05%

17、。但氧有促进时效性的作用。l氮（N）：n氮虽可以提高钢的屈服点、抗拉强度和硬度，但使塑性，特别是韧性显著下降，并增大钢的时效敏感性和冷脆性，降低焊接性能，冷弯性能。n故钢的含氮量不应超过0.008。 文库专用40l钛（Ti）、钒（V）：n都是较强的脱氧剂。是加入钢中的合金元素，可改善组织结构，使晶体细化，显著提高钢的强度，改善钢的韧性。 文库专用417.3 建筑常用的钢及钢材建筑常用的钢及钢材7.3.1 钢结构用钢材l1普通碳素结构钢n普通碳素结构钢简称为普通碳素钢，包括一般结构钢和工程用热轧用型钢、钢板、钢带。建筑钢材可分为钢结构用钢材和钢筋混凝土结构用钢筋、钢丝等，水工钢结构主要有钢闸门和

18、压力管道等。 文库专用42n（1）牌号的表示方法n普通碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。lQ是钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母； l其中屈服点数值共分195、215、235、255和275（MPa）共五种；l质量等级按有害成分硫、磷含量由多到少的规律，分别由A、B、C、D四个质量等级由低到高表示，A最差，D等级质量最好；l按脱氧程度不同分为：沸腾钢（F）、半镇静钢（b）、镇静钢（Z）、特殊镇静钢（TZ）。l牌号中Z、TZ可以省略。 文库专用43n普通碳素结构钢的牌号表示： Q屈服点等级质量等级脱氧程度n例：nQ215Bb表示 屈

19、服点为215 Mpa的B级半镇静钢。nQ235A表示 屈服点为235 Mpa的A级镇静钢。 文库专用44牌号牌号等级等级化学成分（化学成分（%）脱氧方法脱氧方法CMnSiSPQ1950.060.120.250.500.300.0500.045F、b、ZQ215A0.090.150.250.550.300.0500.045F、b、ZB0.045Q235A0.140.220.300.650.0350.0500.045F、b、ZB0.120.200.300.700.045C0.180.350.800.0400.040ZD0.170.035TZQ255A0.180.280.400.700.300.05

20、00.045ZB0.045Q2750.200.380.500.800.350.0500.045Z碳素结构钢的牌号、等级和化学成分碳素结构钢的牌号、等级和化学成分 文库专用45l2低合金高强度结构钢n低合金高强度结构钢是在普通碳素钢的基础上加入含量一般不超过 5%的一种或多种合金元素经氧气转炉、平炉、电炉炼制成的镇静钢。其添加的合金元素有硅、锰、钒、钛、铌、铬、镍等，用以提高钢的强度、耐腐蚀性、耐磨性或耐低温冲击韧性，并便于大量生产和应用。 文库专用46n（1）牌号的表示方法n低合金高强度结构钢的牌号表示方法与普通碳素结构钢相似。牌号也是由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符

21、号等四个部分按顺序组成。n与普通碳素结构钢牌号不同的是：l屈服点数值共分295、345、390、420、460（MPa）共五种；l质量等级按有害成分硫、磷含量由多到少的规律，分别由A、B、C、D、E五个质量等级由低到高表示；l低合金高强度结构钢均为镇静钢。 文库专用47n低合金高强度结构钢的牌号表示： Q屈服点等级质量等级n例：nQ295B表示 屈服点为295 Mpa的B级镇静钢。nQ390E表示 屈服点为390 Mpa的E级镇静钢。 文库专用48n（2）标准和选用n低合金高强度结构钢分五个牌号。具有较高的屈服点和抗拉强度、良好的塑性和冲击韧性，具有耐锈蚀，耐低温性能，综合性能好。n由于低合金

22、高强度结构钢冶炼成本也不高，广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中。低合金高强度结构钢主要用于轧制各种型钢（角钢、槽钢、工字钢）、钢板、钢管及钢筋），特别适用于各种重型、大跨度、大柱网、高层结构及桥梁工程等。 文库专用49n3水工钢结构钢材的选用n（1）型钢与钢板n常用的型钢与钢板都是由碳素结构钢和低合金结构钢轧制而成的。n型钢按其断面形式可分为圆钢、方钢、角钢、槽钢、工字钢等，它们各有不同的钢号、规格和技术条件，具体可参阅有关标准。n钢材按其厚度可分为薄板（0.354mm）、厚板（大于4mm），各具有规定的宽度和长度。钢板的化学成分和力学性能、工艺性能应符合所用钢的技术条件规定。n在水工中，钢板与

23、各种型钢组成钢结构，如钢闸门、桥梁和用于隧洞的衬砌或制作压力管道等。 文库专用50l （2）水工钢结构钢材的选用l 根据水利水电钢闸门设计规范（SL7495），水工钢闸门及埋件应按表7.6选用。 使用条件使用条件计算温度计算温度钢号钢号闸门闸门1 1、大型工程的、大型工程的工作闸门、重工作闸门、重要事故闸门、要事故闸门、局部开启的工局部开启的工作闸门作闸门Q235Q235A A16Mn 16Mn 、16Mnq16Mnq（Q345Q345B B Q345Q345D D）2020Q235Q235B B00Q235Q235C C2020Q235Q235D D2 2、中小型工程、中小型工程不作局部开启

24、不作局部开启的工作闸门、的工作闸门、其他事故闸门其他事故闸门2020Q235Q235AFAF或或16Mn 16Mn （Q345Q345D D）2020Q235Q235A A、Q235Q235B B、Q235Q235C C、Q235Q235D D或或16Mn 16Mn 、16Mnq16Mnq（Q345Q345B Q345B Q345D D）3 3、各类检修闸、各类检修闸门、拦污棚门、拦污棚3030Q235Q235AFAF或或16Mn16Mn埋件埋件4 4、主要受力、主要受力Q235Q235AFAF5 5、按构造要求、按构造要求设置的埋件设置的埋件Q195Q195 文库专用517.3.2 钢筋混凝

25、土用用钢材钢筋混凝土用用钢材 l1热轧钢筋n热轧钢筋按轧制的外形分为热轧光圆钢筋和带肋钢筋。n热轧钢筋按屈服点及抗拉强度分为、四个等级，强度等级代号分别为HPB235、HRB335、HRB400、HRB500。HPB235为热轧光圆钢筋；HRB为热轧带肋钢筋，其牌号由HRB和屈服点最小值构成。n级钢筋用碳素结构钢轧制，、级钢筋用低合金结构钢轧制。 文库专用52钢筋混凝土用热轧钢筋的力学性能与冷弯性能 表面表面形状形状钢筋钢筋级别级别牌号牌号公称直径公称直径（mmmm）屈服点屈服点s s MPaMPa抗拉抗拉强度强度bbMPaMPa伸长率伸长率55% %冷弯冷弯d d弯心直径弯心直径a a钢筋公

26、称钢筋公称直径直径不小于不小于光圆光圆I IQ235Q2358208202352353703702525180180d=ad=a带带肋肋钢钢筋筋月月牙牙肋肋IIIIHRB335HRB3356256253353354904901616180180d=3ad=3a28502850d=4ad=4aIIIIIIHRB400HRB4006256254004005705701414180180d=4ad=4a28502850d=4ad=4a等等高高肋肋IVIVHRB500HRB5006256255005006306301212180180d=6ad=6a28502850d=7ad=7a 文库专用53月牙肋

27、 等高肋 文库专用54表7.7 钢筋混凝土用热轧钢筋的力学性能与冷弯性能（GB/T7011997、GB14991998）表面表面形状形状钢筋钢筋级别级别牌号牌号公称直公称直径径（mmmm）屈服点屈服点s s MPaMPa抗拉抗拉强度强度bbMPaMPa伸长率伸长率55% %冷弯冷弯d d弯心直弯心直径径a a钢筋公钢筋公称直径称直径不小于不小于光圆光圆I IQ235Q2358208202352353703702525180180d=ad=a带带肋肋钢钢筋筋月月牙牙肋肋IIIIHRB335HRB3356256253353354904901616180180d=3ad=3a28502850d=4a

28、d=4aIIIIIIHRB400HRB4006256254004005705701414180180d=4ad=4a28502850d=4ad=4a等等高高肋肋IVIVHRB500HRB5006256255005006306301212180180d=6ad=6a28502850d=7ad=7a 文库专用55l2预应力钢筋混凝土用热处理钢筋n按照（GB46384）技术规定，热处理钢筋是用热轧的螺纹钢筋经淬火和回火调质热处理而成，它具有高强度、高韧性及高粘结力，但塑性并不降低的优点。n按螺纹外形分为有纵肋和无纵肋两种 。 文库专用56l3冷轧带肋钢筋n冷轧带肋钢筋按抗拉强度分为5级，其代号为CR

29、B550、CRB650 、CRB800 、CRB970 、和CRB1170，后面的数字表示钢筋抗拉强度等级数值。n冷轧带肋钢筋是近几年发展起来的一种新型、高效节能建筑用钢材。冷轧带肋钢筋主要尺寸为（410）m m。n广泛应用于多层和高层建筑的多孔楼板、现浇楼板、高速公路、机场跑道、水泥电杆、输水管、桥梁、铁路轨枕、水电站坝基及各种建筑工程。 文库专用57l4预应力混凝土用钢丝和钢绞线n大型预应力混凝土构件，由于受力很大，常采用强度很高的预应力高强度钢丝和钢铰线作为主要受力钢筋。n按外形预应力钢丝分为光面钢丝、刻痕钢丝、螺旋肋钢丝三种；n按代号又分为冷拉钢丝（RCD）、消除应力钢丝（S）、消除应

30、力刻痕（SI）、消除应力螺旋肋钢丝（SH）四种。 文库专用58二面刻痕钢丝 三面刻痕钢丝 螺旋肋钢丝 文库专用59n钢绞线都具有强度高、柔性好，而且安全可靠、施工简便等特点。n对于钢绞线还特别适用于需要曲线配筋的预应力钢筋混凝土结构，如大跨度、重负荷的后张法预应力屋架、桥梁、薄腹梁等结构。n钢丝、钢绞线的缺点是成本较高。 文库专用607.4 钢材的锈蚀及防止钢材的锈蚀及防止 7.4.1 钢材锈蚀l1化学锈蚀l指钢材与干燥气体及非电解质液体的反应而产生的锈蚀，通常是由于氧化作用引起，使金属形成体积疏松的氧化物而引起锈蚀。 文库专用61l2电化学锈蚀l电化学锈蚀是指钢材与电解质溶液相接触而产生电流

31、，形成原电池而产生的锈蚀，是最主要的钢材锈蚀形式。l钢材锈蚀时，会体积膨胀，最严重的可达原体积的6倍，在钢筋混凝土中会使周围的混凝土胀裂。 文库专用627.4.2 防止锈蚀的方法防止锈蚀的方法l1保护层法n保护层法是在钢材的表面施加保护层，使钢与周围介质隔离，从而防止锈蚀，分金属保护法和非金属保护法。l2制成合金钢n在钢中加入能提高抗锈蚀能力的元素，如将镍、铬加入到铁合金中可制得不锈钢等。这种方法最有效，但成本很高。 文库专用63l3阴极保护法n阴极保护法是根据电化学原理进行保护的一种方法。这种方法可通过两种途径来实现。n（1）牺牲阳极保护法n位于水下的钢结构，接上比钢材更为活泼的金属。在介质

32、中形成原电池时，这些更为活泼的金属成为阳极而遭到腐蚀，而钢结构作为阴极得到保护。n（2）外加电流法n将废钢铁或其它难熔金属（高硅铁、铅银合金等）放置在要保护的结构钢的附近，外接直流电流，负极接在要保护的钢结构上，正极接在废钢铁或难熔金属上，通电后作为废钢铁的阳极被腐蚀，钢结构成为阴极得到保护。 文库专用64习题（七）习题（七） 文库专用65例例7-1 7-1 钢材如何按化学成分分类？钢材如何按化学成分分类？土木工程中常用什么钢材？土木工程中常用什么钢材？l解 l钢材按化学成分可以分为碳素钢和合金钢两大类。l碳素钢可以分为：l低碳钢（含碳量小于0.25）l中碳钢（合碳量 0.250.60）l高碳

33、钢（合碳量大于0.60） 文库专用66l合金钢可以分为：合金钢可以分为：l低合金钢（合金元素总含量小于低合金钢（合金元素总含量小于5.05.0）l中合金钢（合金元素总含量中合金钢（合金元素总含量 5.0% 5.0%10.0%10.0%）l高合金钢（合金元素总含量大于高合金钢（合金元素总含量大于10.0%10.0%） l土木工程中常用的钢材主要是普通碳土木工程中常用的钢材主要是普通碳素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金钢。钢。l 评注评注 碳素钢在冶炼时不特意掺加合碳素钢在冶炼时不特意掺加合金，故又称非合金钢。金，故又称非合金钢。 文库专用67例7-2 为什么说屈服点

34、（s）、抗拉强度（b）和伸长率（）是建筑工程用钢的重要技术性能指标？l解解l屈服点（屈服点（ss）是结构设计时取值的依）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据，表示钢材在正常工作时承受应力不超过超过ss值；屈服点与抗拉强度的比值值；屈服点与抗拉强度的比值（ssb b）称为屈强比。它反映钢材）称为屈强比。它反映钢材的利用率和使用中的安全可靠程度；的利用率和使用中的安全可靠程度； 文库专用68l伸长率（伸长率（）表示钢材的塑性变形能力。钢）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，即生

35、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具有一定的伸长率，可以使缺陷处应力超过ss时，随着发生塑性变形使应力重分布，而时，随着发生塑性变形使应力重分布，而避免结构物的破坏。避免结构物的破坏。l 评注评注 常温下将钢材加工成一定形状，也要常温下将钢材加工成一定形状，也要求钢材要具有一定塑性（伸长率）。但伸长求钢材要具有一定塑性（伸长率）。但伸长率不能过大，否则会使钢材在使用中发生超率不能过大，否则会使钢材在使用中发生超过允许的变形值。过允许的变形值。 文库专用69例例7-3 7-3 什么是钢材的冷弯性能？它的表什么是钢材的冷弯性能？它的表示方法及实际意义是什么？

36、示方法及实际意义是什么？l解解l冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。钢材的冷弯性能，常用弯曲形的能力。钢材的冷弯性能，常用弯曲的角度、弯心直径与试件直径（或厚的角度、弯心直径与试件直径（或厚度度a a）的比值来表示。弯曲角度愈大，）的比值来表示。弯曲角度愈大，愈小，说明试件受弯程度愈高。当愈小，说明试件受弯程度愈高。当按规定的弯曲角度和值对试件进按规定的弯曲角度和值对试件进行冷弯时试件受弯处不发生裂缝、断裂行冷弯时试件受弯处不发生裂缝、断裂或起层，即认为冷弯性能合格。或起层，即认为冷弯性能合格。 文库专用70l冷弯性能表示钢材在常温下易于加工而不冷弯性

37、能表示钢材在常温下易于加工而不破坏的能力。其实质反映了钢材内部组织破坏的能力。其实质反映了钢材内部组织状态、含有内应力及杂质等缺陷的程度。状态、含有内应力及杂质等缺陷的程度。因此，可以利用冷弯的方法，使焊口处受因此，可以利用冷弯的方法，使焊口处受到不均匀变形，来检验建筑钢材各种焊接到不均匀变形，来检验建筑钢材各种焊接接头的焊接质量。接头的焊接质量。l 评注评注 钢材的冷弯性能和伸长率均是塑性钢材的冷弯性能和伸长率均是塑性变形能力的反映。但伸长率是在试件轴向变形能力的反映。但伸长率是在试件轴向均匀变形条件下测定的，而冷弯性能则是均匀变形条件下测定的，而冷弯性能则是在更严格条件下钢材局部变形的能力

38、。它在更严格条件下钢材局部变形的能力。它可揭示钢材内部结构是否均匀，是否存在可揭示钢材内部结构是否均匀，是否存在内应力和夹杂物等缺陷。内应力和夹杂物等缺陷。 文库专用71例例7-4 7-4 低温冷脆性、脆性转变温度、时低温冷脆性、脆性转变温度、时效和时效敏感性的概念及其实际意义是效和时效敏感性的概念及其实际意义是什么？什么？l解解l钢材的冲击韧性随环境温度降低而下降，钢材的冲击韧性随环境温度降低而下降，当达到某一温度时，其冲击韧性值显著当达到某一温度时，其冲击韧性值显著降低的现象称为钢材的低温冷脆性。出降低的现象称为钢材的低温冷脆性。出现低温冷脆性时的温度（范围），称为现低温冷脆性时的温度（范

39、围），称为脆性转变温度（范围）。脆性转变温度（范围）。l随时间的推移，钢材的机械强度提高，随时间的推移，钢材的机械强度提高，而塑性和韧性降低的现象称为时效。因而塑性和韧性降低的现象称为时效。因时效作用导致钢材性能改变的程度称为时效作用导致钢材性能改变的程度称为钢材的时效敏感性钢材的时效敏感性。 文库专用72l承受动荷载的结构，选用钢材时，必须按规范承受动荷载的结构，选用钢材时，必须按规范要求测定其冲击韧性值。处于低温条件下的钢要求测定其冲击韧性值。处于低温条件下的钢结构要选用脆性临界温度低于环境最低温度的结构要选用脆性临界温度低于环境最低温度的钢材。若在严寒地区，露天焊接钢结构，受振钢材。若在

40、严寒地区，露天焊接钢结构，受振动荷载作用时，要选用脆性临界温度低和时效动荷载作用时，要选用脆性临界温度低和时效敏感性小的钢材。敏感性小的钢材。l 评注评注 冲击韧性是指在冲击振动荷载作用下，冲击韧性是指在冲击振动荷载作用下，钢材吸收能量、抵抗破坏的能力。冲击韧性以钢材吸收能量、抵抗破坏的能力。冲击韧性以冲断试件时单位面积所消耗的功，称为冲击功冲断试件时单位面积所消耗的功，称为冲击功（值）来表示。（值）来表示。 文库专用73例例7-5 7-5 简述碳元素对钢材基本组织和性能的简述碳元素对钢材基本组织和性能的影响规律。影响规律。l解：碳素钢中基本组织的相对含量与其含解：碳素钢中基本组织的相对含量与

41、其含量关系密切，当含量小于量关系密切，当含量小于0.80.8时，钢的基时，钢的基本组织由铁素体和珠光体组成，其间随着含本组织由铁素体和珠光体组成，其间随着含量提高，铁素体逐渐减少而珠光体逐渐增量提高，铁素体逐渐减少而珠光体逐渐增多，钢材则随之强度、硬度逐渐提高而塑性、多，钢材则随之强度、硬度逐渐提高而塑性、韧性逐渐降低。韧性逐渐降低。l 当含当含C C量为量为0.80.8时，钢的基本组织仅为时，钢的基本组织仅为珠光体。当含珠光体。当含C C量大于量大于0.80.8时，钢的基本组时，钢的基本组织由珠光体和渗碳体组成，此后随含量增织由珠光体和渗碳体组成，此后随含量增加，珠光体逐渐减少而渗碳体相对渐

42、增，从加，珠光体逐渐减少而渗碳体相对渐增，从而使钢的硬度逐渐增大而塑性、韧性逐渐减而使钢的硬度逐渐增大而塑性、韧性逐渐减小，且强度下降。小，且强度下降。 文库专用74例7-6碳素结构钢是如何划分牌号的？说明Q235AF和Q235号钢在性能上有何区别？l解解l碳素结构钢的牌号按顺序由代表屈碳素结构钢的牌号按顺序由代表屈服点的字母（服点的字母（Q Q）、屈服点数值（）、屈服点数值（/mm/mm2 2）、质量等级符号）、质量等级符号(A(A、B B、C C、D)D)、脱氧程度符号、脱氧程度符号(F(F、B B、Z Z、TZ)TZ)等等四部分组成。四部分组成。 文库专用75lQ235Q235A AF

43、F和和Q235Q235D D均为均为235235碳素结构钢，是碳素结构钢，是建筑中应用最多的碳素钢。二者性能差别主要建筑中应用最多的碳素钢。二者性能差别主要表现在质量等级和脱氧程度上。按硫、磷含量表现在质量等级和脱氧程度上。按硫、磷含量多少来衡量，多少来衡量，Q235Q235D D磷、硫含量均少于磷、硫含量均少于Q235Q235A AF, F, 质量较好，按脱氧程度衡量质量较好，按脱氧程度衡量Q235Q235D D为为震静钢，质量最好，震静钢，质量最好，Q235Q235A AF F 为沸腾钢。为沸腾钢。Q235Q235A AF F钢，仅适用于承受间接动荷载的静荷钢，仅适用于承受间接动荷载的静荷

44、载的结构。而载的结构。而Q235Q235D D可适用于动荷载作用或处可适用于动荷载作用或处在低温环境下的工作条件。在低温环境下的工作条件。l 评注评注 碳素结构钢分五个牌号，即碳素结构钢分五个牌号，即195195、Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255和和Q275Q275。各牌号钢又按其硫、。各牌号钢又按其硫、磷含量由多至少分为、四个质量磷含量由多至少分为、四个质量等级。等级。 文库专用76例例7-77-7钢筋混凝土用热轧钢筋按力学性钢筋混凝土用热轧钢筋按力学性能分为几级？各级钢筋性质差别及主要能分为几级？各级钢筋性质差别及主要用途如何？用途如何？l解解l我国热轧钢筋标准，按屈服

45、强度、抗拉强我国热轧钢筋标准，按屈服强度、抗拉强度等力学性能分为度等力学性能分为I IIVIV级。由级。由I I级到级到IVIV级，级，钢筋的机械强度不断提高，而塑性、韧性钢筋的机械强度不断提高，而塑性、韧性降低，可焊性亦相应降低。级钢筋是由降低，可焊性亦相应降低。级钢筋是由235235碳素结构钢热轧的光圆钢筋，适合做碳素结构钢热轧的光圆钢筋，适合做非预应力混凝土用钢筋。非预应力混凝土用钢筋。IIII、 III III、 IV IV级级钢筋由普通低合金结构钢轧制的热轧带肋钢筋由普通低合金结构钢轧制的热轧带肋钢筋钢筋, , 可用于非预应力也可以用于预应力可用于非预应力也可以用于预应力混凝构件中。

46、混凝构件中。 文库专用77l 评注评注 II II、 III III、 IV IV级由普级由普通低合金结构钢轧制的热轧带通低合金结构钢轧制的热轧带肋钢筋肋钢筋, , 其牌号由其牌号由HRBHRB和规定屈和规定屈服强度最小值构成，分别为：服强度最小值构成，分别为：HRB335 HRB335 、HRB400HRB400、HRB500HRB500。、。、分别为热轧、肋、钢筋、分别为热轧、肋、钢筋的英文名称的第一个字母。的英文名称的第一个字母。 文库专用78例例7-8 7-8 何谓钢的冷加工强化及时效处理？冷何谓钢的冷加工强化及时效处理？冷拉并时效处理后的钢筋性能有何变化？拉并时效处理后的钢筋性能有何

47、变化？l解解l在常温下将钢材进行机械加工，使其产生塑性在常温下将钢材进行机械加工，使其产生塑性变形，以提高其屈服强度的过程称为冷加工强变形，以提高其屈服强度的过程称为冷加工强化。机械加工方法主要是对钢筋进行冷拉和冷化。机械加工方法主要是对钢筋进行冷拉和冷拔。冷轧主要在钢厂进行。拔。冷轧主要在钢厂进行。l时效处理是将经过冷加工的钢材，在常温下存时效处理是将经过冷加工的钢材，在常温下存放放15152020天，或者加热到天，或者加热到100100200200，并保，并保持持2 2小时以内，这个过程称为时效处理。常温小时以内，这个过程称为时效处理。常温放置称为自然时效，加热处理称为人工时效。放置称为自

48、然时效，加热处理称为人工时效。 文库专用79l冷拉并时效处理后的钢筋，其屈服点提高冷拉并时效处理后的钢筋，其屈服点提高，抗拉强度也有提高，塑性和韧性，抗拉强度也有提高，塑性和韧性降低较大，弹性模量基本恢复。降低较大，弹性模量基本恢复。l 评注评注 在建筑工地和混凝土预制厂，经常对在建筑工地和混凝土预制厂，经常对比使用要求的强度偏低和塑性偏大的钢筋或低比使用要求的强度偏低和塑性偏大的钢筋或低碳盘条钢筋进行冷拉或冷拔并时效处理，以提碳盘条钢筋进行冷拉或冷拔并时效处理，以提高屈服强度和利用率，节省钢材。同时还兼有高屈服强度和利用率，节省钢材。同时还兼有调直、除锈的作用。这种加工所用机械比较简调直、除

49、锈的作用。这种加工所用机械比较简单，容易操作，效果明显，所以建筑工程中常单，容易操作，效果明显，所以建筑工程中常采取此法。采取此法。 文库专用80例7-10 从一批钢筋中抽样，并截取两根钢筋做拉伸试验，测得如下结果：屈服下限荷载分别为42.4、42.8kN; 抗拉极限荷载分别为62.0kN、63.4kN，钢筋公称直径为12，标距为60，拉断时长度分别为70.6和71.4mm,评定其级别？说明其利用率及使用中安全可靠程度如何？ 1.钢筋试样屈服点为：2231/3756104 .42mmNAPs2232/3946108 .42mmNAPss =(394+375)2 = 385 N/mm2 文库专用81 文库专用82l查表查表7-27-2知知s1s1、s2s2 均大于均大于335 N/mm335 N/mm2 2, ,l b1b1、b2b2 均大于均大于490 N/mm490 N/mm2 2, ,l 1 1、2 2均大于均大于16%16%l故该钢筋为故该钢筋为IIII级钢。级钢。l2. 2. 该钢筋的屈强比为：该钢筋的屈强比为：ls s/b b = 385/555 =0.69 = 385/555 =0.69l该该IIII级钢筋的屈强比在级钢筋的屈强比在0.650.750.650.75范围内，范围内，表明其利用率较高，使用中安全可靠度较表明其利用率较高，使用中安全可靠度较好。好。