建筑鋼材的力學性能及其技術指標筑構造。鋼筋是指鋼筋混凝土用和預應力鋼筋混凝土用鋼材。鋼筋的分類鋼筋可按化學成分、外形、加工方法和供貨形式進展分類。鋼筋按化學成分的不同可分為碳素鋼筋和合金鋼筋高之分。2-1鋼絞線那么由多股高強度光圓鋼筋絞合而成。又分為235、335、400、500四個級別。級別越高，鋼筋的強度也越高，但塑性越差。2350.256mm。335、400、5000.65%〕制成，外10mm2-1。各種級別熱軋鋼筋的符號和牌號 表2-1熱扎鋼筋級別熱扎鋼筋級別235335400500符號牌號HPB235HRB335HRB400、RRB400HRB500曾用牌號Q23520MnSi20MnSiV、20MNnTi、20MnSiNb、K20MnSi40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr注：400K20MnSiRRB400。牌號中的字母HP示光圓，RB拉鋼筋也分為四個級別，符號分別為冷拔鋼筋是在常溫下，使熱軋光圓鋼筋通過硬質合金拔絲模上比鋼筋直徑稍小的錐形孔，強行拉拔而成〔建筑構造第三幅員2-2Q235并依據檢驗所得的抗拉強度分為Ⅰ、Ⅱ兩組，其直徑有4mm5mm3～5mm1111。冷拔鋼筋強度雖高，但外表光滑冷軋鋼筋是在常溫下，將光圓的一般低碳或低合金鋼筋〔Q215、Q235、20MnSi、24MnTi〕經過軋制，使其減小直徑，并且外表帶肋〔一般為三面帶有月牙紋肋〕的鋼筋。目前使用的CRB550、CRB650和CRB800三個牌號。其中，CRB550一般用Q215CRB650用Q235CRB800那么是用20MnSi或24MnTi圓鋼冷軋而成、CRB5504～12mm，CRB6504～6mm，CRB8005mm冷軋鋼筋～Q235光圓鋼筋或冷拔低碳鋼絲。CRB55O鋼筋一般用來取代Q235CRB650和CRB800鋼筋那么一般用來取代甲級冷拔低碳鋼絲，用于中小型預應力構件，如預應力多孔板。熱處理鋼筋是將500比5001111。均很高。鋼筋按供貨形式可分為直條鋼筋和盤園鋼筋兩種10～15mm的鋼筋通常用直條供給，6～12m10mm鋼筋的強度和變形鋼筋的強度和變形方面的性能主要用鋼筋拉伸試驗所得的應力-應變曲線來表示。鋼筋的幅，該類鋼筋又被稱為軟鋼；冷拔、冷軋、熱處理鋼筋、高強鋼絲和鋼絞線的應力-應變曲線那么無明顯流幅，該類鋼筋又被稱為硬鋼。2-3建筑構造第三版a11111111。對應于a點的應力稱為比例極限。abc的“屈服〞，對應于bbcC鋼筋又局部恢復彈性，應力沿曲線上升至最高點d，對應于d點的應力稱為極限強度，cd段稱為強化階段。d點以后，鋼筋在薄弱發生局部頸縮現象，塑性變形快速增加，而應力卻隨之下降，到達eδ表示。強度級別不同的軟鋼，其應力-應變曲線也有所不同。235～500級熱軋鋼筋的應力-應變曲線如圖2-4所示，建筑構造第三版率降低。硬鋼典型的拉伸應力-應變曲線如圖2-5所示建筑構造第三版，由圖可知，這類鋼筋無明顯的流幅和屈服強度。與軟鋼相比，這類鋼筋的極限強度較高而伸長率較小。DαD和α的取值不同，335α=180°，當直徑不大于25D=3d，當直徑d25D=4d。111111111156建筑構造第三版0.2%時相應的強度1111111〔稱為條件屈服強度〕作為設計強度的依據，如圖2-5所示。建筑構造第三版鋼筋混凝土構造及預應力混凝土構造對鋼筋性能的要求鋼筋混凝土構造及預應力混凝土構造對鋼筋性能的要求主要有以下幾點：有較高的強度和適宜的屈強比。這里的強度是指屈服強度或條件屈服強度。屈強比是指屈服強度與極限強度之比，該值可反映構造的牢靠程度：屈強比小，構造牢靠，但鋼材強度的利用率低，不經濟；屈強比太大，那么構造不行靠。性的措施是鋼筋拉伸率不小于規定值，并且冷彎試驗合格。與混凝土之間有良好粘結力。這是鋼筋與混凝土共同工作的根底。具有較好的可焊性。保證焊接后接頭的受力性能良好，拉伸破壞不發生在接頭處。此外，在嚴寒地區〔例如-20加工鋼筋，以免發生脆性破壞。鋼筋的選用鋼筋混凝土構造及預應力混凝土構造的鋼筋，應按以下規定選用：鋼筋混凝土構造中的鋼筋和預應力混凝土構造中的非預應力鋼筋宜承受牌號為HRB335﹑HRB400HPB235〔d≤12預應力鋼筋宜承受鋼絞線和消退應力鋼絲，也可承受熱處理鋼筋；對中小型構件中的預應力鋼筋，宜承受牌號為CRB650CRB800影響建筑鋼材力學性能的因素影響鋼材機械和加工等性能的因素有很多，其中鋼材的化學成分及其微觀組織構造是最主要的，而冶煉﹑澆鑄﹑軋制的過程，剩余應力﹑溫度﹑鋼材硬化﹑熱處理的影響等也是重要的因素，先分述如下。一、化學成分鋼材是含碳量小于22碳素構造鋼中的低碳鋼和低合金構造鋼。碳素構造鋼由純鐵﹑碳及雜質元素組成，其中純鐵約占99%，碳及雜質元素約占1%；低合金構造鋼種，除了鐵﹑碳之外還參與總量不超過3%的合金元素。碳及其他元素雖然所占比例不大，但對鋼材性能卻有重要影響。碳的含量對鋼的強度﹑塑性﹑韌性和焊接性有打算性的影響。含碳量增加，鋼材的抗拉強度和屈服強度也隨之提高。但是其塑性﹑冷彎性能和沖擊韌性，特別是在低溫沖擊韌性降低，可焊性變壞。因此鋼構造的含碳量不宜太高，一般不超過0.22%，在焊接構造中0.22﹪以內。錳是構造鋼中的常有元素。錳能夠顯著提高鋼材強度而不過多降低塑性和沖擊韌性。錳有脫氧作用，是弱脫氧劑。錳還能消退硫對鋼材的熱脆作用。碳素鋼種錳是有益雜質，低合金鋼中錳是合金元素。我國低合金鋼中錳的含量在1.2%～1.6﹪。錳可使鋼材的可焊性降低，故含量應受限制。硅是有益元素，有更強的脫氧作用，是強脫氧劑。而且硅能使鋼材的晶粒變細，適量的硅可提高鋼材的強度而對其塑性、冷彎性能、沖擊韌性和可焊性不會產生不良的影響。過量的硅將降低鋼材的塑性和沖擊韌性，惡化其抗繡力量和焊接性。硅的含量，在碳素冷靜0.12﹪～0.3﹪，0.2﹪～0.55﹪。釩是熔煉錳釩低合金時特意添加的一種合金元素，可提高鋼材強度和細化鋼的晶粒，15MnV16Mn加上適量的釩而熔煉成功的一種的強度較高的低合金構造鋼。硫和磷是兩種極為有害的元素。硫與鐵化合成硫化鐵〔FeS〕,閑逛在純鐵體晶粒的間層中。含硫量過大時，會降低鋼材的塑性、沖擊韌性、疲乏強度和抗銹性等。當溫度在800℃～1200℃時，如在焊、鉚和熱加工時，硫化鐵將溶化使鋼材變脆而產生裂紋“熱脆〞。故應限制構造尤其是焊接構造的含硫量，一般要求不超過0.033%～0.050%。磷的有害作用主要是使鋼在低溫時韌性降低并且簡潔產生脆性破壞，稱之為“冷脆〞。故也0.035%～0.045%。氧和氮簡潔從鐵液中逸出，含量較少。這兩種物質是及其有害的元素，使鋼材變脆。氧的作用與硫類似，是引起熱脆的因素之一。氮能使鋼材強化，與磷的作用相像，顯著降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和冷彎性能，增大時效傾向和冷脆性。因此，重要的鋼構造，特別是在低溫動載下的構造用鋼也應嚴格限制其含量。二、冶煉、澆鑄、軋制過程的影響1.冶煉和澆鑄過程冶煉和澆鑄這一冶金過程形成了鋼的化學成分與含量、金相組織構造以及不行防止的冶金缺陷，從而確定不同的鋼種鋼號和相應的力學性能。我國目前鋼構造冶煉的方法主要是平爐和氧氣頂吹轉爐兩種，其質量大體相當。電路鋼構造精良，但本錢高，鋼構造中一般不用。注錠過程中因脫氧程度不同，分別稱為冷靜鋼、半冷靜鋼和沸騰鋼。冷靜鋼由于澆鑄時投入錳和適量的硅作脫氧劑，保溫時間長，氣體簡潔逸出，沒有沸騰現象。冷靜鋼雜質少，偏析等冶金缺陷不嚴峻，因而性能比沸騰鋼好，但價格略高。脫氧程度的不同和脫氧劑局部進入鋼材，對鋼材的化學成分產生影響，冷靜鋼中硅的含量較多，因而與沸騰鋼相比，其強度和沖擊韌性較高。冶煉和澆鑄的過程會產生偏析、非金屬夾雜、氣孔等冶金缺陷，從而降低鋼材的力學性能。偏析是指鋼材中化學成分分布不均；非金屬夾雜是指鋼中混有硫化物、氧化物等雜志；氣泡是指澆鑄時氣體不能充分逸出而留在鋼錠內形成的缺陷。2.軋制過程薄板因屢次的輥扎而比厚板強度更高。澆鑄時的非金屬夾雜物在軋制后可能造成鋼材的分層，在設計中應防止拉力垂直板面的狀況，以防止層間撕裂發生。三、應力集中的影響前述的鋼材的工作性能及力學性能指標，通常是以軸心受力構件中應力均勻分布的狀況為根底的，事實上鋼構件當中不行防止地存在著孔洞、刻槽、凹角、裂紋以及厚度或寬度的突然轉變，此時構件中的應力不再保持均勻分布，而是在某些區域產生頂峰應力，另外一些區域那么應力降低，即所謂應力集中的現象見圖2-5鋼構造設計原理通常把截面頂峰應力與平均應力〔當截面受軸心力作用時〕的比值稱之為應力集中系數，其數值取決去構件外形轉變的急劇程度，說明應力集中程度的上下。在應力集中的頂峰應力區內，通常存在著同號的平面或三向應力狀態。力學學問告知直到材料斷裂也不屈服。所以，三向拉應力的應力狀態使得鋼材塑性變形的開展受到制約而導致脆性破壞。四、鋼材的硬化1.時效硬化鋼材隨著時間推移，其屈服強度和抗拉強度提高，而塑性、沖擊韌性降低的現象，稱2-6。鋼構造設計原理由于鋼在冶煉時留在其純鐵體中少量的氮的固溶體，隨著時間的增長漸漸析出并形成氮化物，它阻擋了純鐵體晶粒間的滑移，從而約束了鋼材的塑性開展。時效硬化的過程有長有短，可以從幾小時至幾十年。對重要構造用的鋼材，為了加快測定其時效后的機械性能，常使鋼材在產生10﹪的塑性變形，再加熱到肯定溫度進展試驗，這樣可以大大縮短時效的過程，稱之為人工時效。冷作硬化如前述，鋼材在彈性階段加、卸載后，不產生剩余變形，也不影響鋼材性能，但超過此范圍那么引起鋼材性能的變化。當重復加載、卸載，其屈服點提高如圖2-7。鋼構造設計原理鋼材在制造時一般需經過冷拉、冷拔、冷彎、沖孔、剪切等冷加工過程，使得鋼材有很大的塑性變形，因而產生冷作硬化。冷作硬化雖然可提高鋼材的屈服強度，但同時降低了塑性和韌性，增加了脆性破壞的危急。為了消退其不利影響，對重要構造，如重級工作制吊車梁，須刨去因剪切形成的冷作硬化邊緣金屬。五、溫度變化的影響鋼材的力學性能隨著溫度的變化而有所轉變。鋼材在低溫下的性能相比較而言更為重要。正溫范圍鋼材在正溫范圍內，各項力學性能與溫度的關系詳見圖2-8，鋼構造設計原理其總的趨勢是隨溫度的增加，強度降低而變形加大。溫度在200250值，塑性、韌性下降，鋼材外表氧化膜呈藍色，稱之為“藍脆〞現象，在藍脆區進展熱加工，可能引起裂紋。溫度超過300℃時，屈服強度、抗拉強度、彈性模量均有所下降，而400600℃時強度很低，已不能承受荷載。負溫范圍鋼材在負溫范圍內屈服強度和抗拉強度都增加，而塑性、韌性降低，材料轉脆。圖2-9鋼構造設計原理是沖擊韌性與溫度的關系示意曲線。圖中左邊和右邊局部曲線變化比較平緩，溫度帶來的變化較小，而中間局部曲線陡峭，破壞時需要的能量隨溫度急劇變化，其所對應的溫度分別為T1和T2，稱之為溫度轉化區。在此區間內塑性破壞轉變為脆性破壞，曲線的反彎點所對應的溫度T0冷脆轉變溫度因受力狀況、缺口外形和截取方向的不同而不同。構件設計中應防止脆性破壞，即所處溫度不大于T1；但不肯定大于T2，以免不必要的鋪張。六.重復荷載作用的影響在重復荷載的作用下，鋼材的破壞強度低于靜力作用下的抗拉強度，且呈現突發性的脆性破壞特征，這種現象稱之為疲乏。七.剩余應力的影響剩余應力是鋼材在軋制、焊接、氣割過程中，由于不均勻的加熱和冷卻而產生的。對構件的不同外形、不同尺寸、不同的加工方式，其剩余應力的分布和大小也不盡一樣。剩余應力的存在，使得構件的剛度和穩定性都有所降低。建筑鋼材的種類及選用在品種繁多的鋼材中，鋼構造常有的鋼材主要有碳素構造鋼和低合金構造鋼兩種。后磷、鉻、鎳等元素而具有較高抗繡力量的高耐候構造鋼。鋼和低合金鋼的牌號和性能〔緊固件中的一般螺栓、高強度螺栓和焊條的鋼材〕碳素構造鋼我國生產的碳素鋼分為Q195、Q215、Q235、Q255Q275QN∕㎜2Q195到Q275鋼主要是Q2350.12﹪～0.22﹪之間。碳素構造鋼的表示方法為Q235—#.#,#分別表示質量等級和澆鑄方法。例如Q235—A.F,Q235—CQ235A、B、C、DDAA、B程度分為沸騰鋼〔FbCZDTZ鋼〔Z〕.特別冷靜鋼〔TZ〕可以不寫。質量優劣主要是以V形缺口試件的沖擊韌性的要求來區分的要求時菜進展。B、C、D20℃、0℃、-20℃時的沖擊韌性值，B、C、DQ235C、D制也應得到保證。低合金構造鋼5﹪5金鋼，其牌號和性能如下：由于生產和使用閱歷的關系，標準推舉使用低合金鋼有兩種：16Mn(16錳)和15MnV1516Mnq(16錳釩橋)鋼。低合金鋼的品牌前兩位數表示平均含碳量的萬分數，后面再標出所含合金元素的符號。當其平均含量低于1.5﹪時只列元素的符號，當高于1.5﹪時在元素符號后列百分之幾16Mn0.16﹪及主要合金元素為錳且合金量低于1.5﹪。16Mn和15MnV的屈服強度比Q2354766綜合使用性能好的鋼材。用于鋼構造可比碳素構造鋼節約材料15%～25%，當僅用于受拉及受彎時那么節約比例更大。鋼材選用的和考慮因素降低造價。對于不同的使用條件，應當有不同的質量要求。鋼材的力學性質中，屈服點、抗拉強度、伸長率、冷彎性能、沖擊韌性等各項指標是從不同的方面來衡量鋼材的質量。明顯，沒有必要在不同的使用條件下都要符合