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第二章 建筑材料
知識點四、建筑鋼材(本部分重點,在所有建筑工程相關(guān)考試中均如此)
建筑鋼材主要有型鋼、鋼板、鋼管和各種鋼筋、鋼絲、鋼絞線等。鋼材的優(yōu)點是材質(zhì)均勻、性能可靠、強度高而結(jié)構(gòu)自重輕:具有良好的塑性和韌性:能承受較大的沖擊荷載和振動荷載:既可以采用焊縫連接,又可以采用螺栓和鉚釘連接:便于裝配,易于拆卸。適用于重型工業(yè)廠房、大跨度結(jié)構(gòu)、可裝配移動的結(jié)構(gòu)以及高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑。鋼材的缺點是易銹蝕,需經(jīng)常進行維護,維護費高,且耐火性差。在鋼筋混凝土中,鋼材能彌補混凝土抗拉、抗彎、抗剪和抗裂性能低的缺點。
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1.按化學(xué)成分分類。按所含化學(xué)成分不同,鋼材可分為碳素鋼和合金鋼。
鋼的含碳量越高,鋼材的硬度、強度越高,但其塑性、韌性越差。
硫(S)、磷(P)是鋼材中的有害物質(zhì),硫的含量越高,會提高鋼材熱脆性:磷的含量越高,會提高鋼材的低溫冷脆性。
加入少量合金元素后,鋼材的強度會提高,具有彈性、韌性和良好的可焊性。
低合金鋼:合金元素總含量小于5%的合金鋼。
中合金鋼:合金元素總含量為5%一l0%的合金鋼。
高合金鋼:合金元素總含量大于l0%的合金鋼。
2.按用途分類。根據(jù)用途不同,鋼材可分為:結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊鋼(如不銹鋼、耐酸鋼、耐熱鋼等)。建筑工程常用的鋼材多為普通碳素鋼中的結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼,軋材占絕大部分。
?。ǘ╀摬牡募夹g(shù)性能
鋼材的主要技術(shù)性能包括抗拉性能、沖擊韌性、疲勞強度、硬度、冷彎性能、時效反應(yīng)、焊接性能等。
1.抗拉性能??估阅苁墙ㄖ摬淖钪匾妥畛S玫男阅堋Mㄟ^拉伸試驗可以測出彈性極限(或比例極限)、屈服強度、抗拉強度及伸長率等技術(shù)指標(biāo)。
*教材中的實驗過程比較復(fù)雜,不必投入過多精力去理解。實際上很多理工科畢業(yè)生和工程師也不能很好的理解這些問題。
屈服強度是鋼材的重要指標(biāo),是鋼材彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃蔚霓D(zhuǎn)折點。如果鋼材在超過屈服強度下工作,將會引起塑性變形。鋼材在正常使用情況下,不允許超過屈服點。
抗拉強度較屈服強度更高,在結(jié)構(gòu)設(shè)計上雖然不能應(yīng)用,超過抗拉強度鋼材會被拉斷,但是屈服強度與抗拉強度的比值,即屈強比fy/fu卻有一定的意義。在一定范圍內(nèi),屈強比小,則表明鋼材在超過屈服點工作時結(jié)構(gòu)的可靠性較高,較為安全。
頸縮階段是鋼材從拉伸到破壞的最后階段。
2.沖擊韌性。沖擊韌性是指在抗沖擊荷載作用下,鋼材抵抗破壞的能力。
3.疲勞強度。鋼材在交變荷載的作用下,在遠低于抗拉強度時突然發(fā)生斷裂破壞,稱為疲勞破壞。一般把鋼材承受規(guī)定次數(shù)交變荷載發(fā)生破壞所能承受的最大應(yīng)力稱為疲勞強度。
4.硬度。硬度是指材料抵抗其他較硬物體壓入的能力,也可以說是材料表面抵抗變形的能力。
5.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。承受彎曲變形程度越大,說明鋼材冷彎性能越好。
6.鋼材的冷加工強化與時效反應(yīng)。將鋼材在常溫下進行冷拉、冷拔或冷軋,使之產(chǎn)生一定的塑性變形,強度明顯提高,塑性和韌性有所降低,這個過程稱為鋼材的冷加工強化。
對鋼筋冷拉或冷拔加工——提高鋼材強度和節(jié)約鋼材的目的。
將經(jīng)過冷拉的鋼筋,常溫下存放15~20天,或加熱到100~200℃并保持2~3小時后,則鋼筋強度將進一步提高,這個過程稱為時效處理,前者稱為自然時效,后者稱為人工時效。通常對強度較低的鋼筋可采用自然時效,強度較高的鋼筋則需采用人工時效。
7.焊接性能。焊接后的力學(xué)性能,特別是強度不得低于原材料。
鋼材的可焊性主要受化學(xué)成分及其含量的影響,含碳量高將增加焊接的硬脆性,含碳量低于0.25%的碳素鋼具有良好的可焊性,加入合金元素如硅、錳、釩、鈦等,也將增大焊接的硬脆性,降低可焊性。尤其是硫能使焊接產(chǎn)生熱裂紋和熱脆性。
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建筑工程用鋼有鋼結(jié)構(gòu)用鋼和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼兩類,前者主要應(yīng)用型鋼和鋼板,后者主要采用鋼筋和鋼絲,二者所用的原料鋼鋼種多為碳素鋼和低合金鋼。
1.鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼。
?。?)鋼筋。鋼筋混凝土中常用的鋼筋為熱軋鋼筋、冷拉鋼筋、熱處理鋼筋等,一般按外形可分為光面筋及變形鋼筋(螺紋筋、月牙紋筋等)。
鋼筋混凝土用鋼筋要有足夠的強度,還要有一定的塑性,使鋼筋在斷裂前有足夠的變形??珊感砸约芭c混凝土要有足夠的握裹力也是鋼筋混凝土用鋼筋的非常重要的要求。
鋼筋按強度一般分為HPB235、HRB335、HRB400、RRB400等不同型號,屈服及抗拉強度逐級增加,塑性逐級降低。
(2)鋼絲及鋼絞線。大型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,由于受力很大,常采用高強度鋼絲或鋼絞線作為主要受力鋼筋。
主要用于大跨度屋架及薄腹梁、大跨度吊車梁、橋梁、電桿、軌枕等的預(yù)應(yīng)力鋼筋。
2.鋼結(jié)構(gòu)用鋼。鋼材中的型鋼、鋼板與鋼管都是鋼結(jié)構(gòu)中常用的鋼材品種。
(1)型鋼。角鋼、工字鋼、槽鋼、H型鋼和T型鋼等。
?。?)鋼板。鋼板有厚鋼材、薄鋼板和扁鋼(帶鋼)三種規(guī)格。
?。?)鋼管。根據(jù)制作方法不同,鋼管分為無縫鋼管和焊接鋼管。無縫鋼管是由優(yōu)質(zhì)碳素鋼或合金鋼制作,有熱軋和冷拔兩種。主要用于地質(zhì)鉆探及輸送各種液體、氣體的工業(yè)管道等。焊接鋼管按表面處理的不同,分為鍍鋅鋼管和不鍍鋅鋼管兩種。一般用作輸水管、煤氣管、暖氣管及結(jié)構(gòu)零件等。
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