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第五章 建筑钢材 一、钢及其特性 钢 理论上，凡是把含碳量小于2%，含杂质比较少的铁碳合金称为钢。 含碳量超过2%，称为生铁；含碳量小于0.08%，称为工业纯铁。 钢的特点 具有强度高，塑性好，具有良好的韧性和抗冲击能力；工艺性能良好(可焊），易于加工；但是，钢材易锈蚀、耐火性差，维修费用高。 二、建筑钢材的主要品种 1.型钢 简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等； 复杂截面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢轨等。 二、建筑钢材的主要品种 2.线材 如钢筋、钢丝等。 二、建筑钢材的主要品种 3.管材 无缝钢管、焊接钢管等。 二、建筑钢材的主要品种 4.板材 光面钢板、花纹钢板、彩色涂层钢板等。 三、钢的分类 1.按冶炼方法分 沸腾钢：脱氧不完全，钢水浇注后，产生大量CO气体逸出，引起钢水沸腾。结构不致密，气泡多，化学偏析大，成分不均匀，质量差，成本低。可用于一般建筑结构。。 三、钢的分类 镇静钢：脱氧充分，铸锭时无气泡，在锭模内平静凝固。组织致 密，化学成分均匀，机械性能好，质量好，成本高。可用于承受冲击荷载的结构和预应力混凝土中。 半镇静钢：脱氧程度及刚的质量介于沸腾钢和镇静钢之间。 化学偏析：在铸锭冷却过程中，由于钢内某些元素在铁的液相中溶解度高于固相，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。其中尤以硫磷偏析最严重，偏析现象对钢的质量影响很大。 2.按质量分 按S和P元素含量，分为普通质量钢、优质钢和特殊质量钢。 三、钢的分类 3.按化学成分分 4.按用途分 分为结构钢（建筑钢、机械钢） 、工具钢、特殊性能钢（如不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等）。 三、钢的分类 5.按压力加工分： 热加工：将钢锭加热至塑性状态，再施加压力改变其形状，并使钢 锭内部的气泡焊合，疏松组织密实。 可使钢锭轧制成各种型钢、钢筋，提高了钢的强度和质量。通常碾压的次数越多，钢的强度越大。 冷加工：钢材在常温下进行的压力加工。 冷加工方式很多，有冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、冲压、挤压等。冷轧可轧出厚度很薄、表面光洁度较高的钢板。 建筑中，常用冷拉、冷拔来提高钢材的强度和硬度。 一、拉伸性能 1.低碳钢的拉伸性能 （1）拉伸试验过程 屈强比 屈强比=屈服强度/抗拉强度=σs / σb 反映钢材的利用率和结构安全可靠程度。 抗拉强度在结构构件中不能够完全利用。 屈强比越小，结构安全可靠程度越高，若取值过小，说明材料的利用率偏低，安全储备过高，造成钢材的浪费。 建筑结构钢合理的屈强比通常为0.60-0.75 （2）拉伸过程的参数 强度指标 屈服强度： 抗拉强度： 屈强比=屈服强度/抗拉强度 （2）拉伸过程的参数 塑性指标 伸长率： 衡量高才塑性的指标。 δ越大，钢材的塑性越好，强度较低。 好处：钢材具有一定得塑性变形能力，可以保证应力重新分布（可将结构上超过屈服点的应力重新分布），避免应力集中，从而提高结构中钢材的安全性，避免结构过早破坏。 标距 ：塑性变形在标距内分布不均，颈缩处变形最大。 原标距/直径 比值越小，说明颈缩处伸长值在整个伸长值中的比重越大，得到的伸长率就越大 2.硬钢（高碳钢）的拉伸性能 硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈服强度σ0.2来代替屈服强度。 条件屈服点σ0.2 ：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见左图。 二、冲击韧性 定义及指标 指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。其大小用冲击韧性值αk表示。αk 越大，则冲击韧性越好。 αk是以试件冲击破坏时缺口处单位面积上所消耗的功（J/cm2）。 影响因素 硫、磷含量高，存在化学偏析，含非金属夹杂物，焊接形成裂纹，温度降低等，均会降低冲击韧性。 对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材，必须考虑冲击韧性。 二、冲击韧性 冷脆性：冲击韧性随温度降低而降低。开始时下降缓慢，在达到一定温度时，突然下降很多，呈脆性，称为钢材的冷脆性。此时温度称为脆性临界温度（即脆性转变温度范围）。 脆性临界温度越低，钢材的低温冲击韧性越好。 时效;钢材随时间的延长而表现出强度提高、塑性和冲击韧性下降的现象。 时效过程可达数十年。钢材经冷加工或使用中受振动和反复荷载作用，时效可迅速发展。 时效敏感性：因时效导致钢材性能改变的程度。 对于受动荷载和冲击荷载的重要结构，应选用时效敏感性小的钢材。 疲劳强度 疲劳破坏：钢材在交