实验手册_建设钢材.doc

第2章 建筑钢材 学习指导 本章着重阐述公路工程常用建筑钢材的技术标准和性质。通过本章的学习要求学生掌握钢材的技术性质和技术标准，并能按设计要求选用相应规格的钢材。 金属材料包括黑色金属和有色金属两大类，黑色金属是指以铁元素为主要成分的金属及其合金，常用的黑色金属材料有钢和生铁。有色金属是指黑色金属以外的金属，如铝、铜、铅、锌等金属及其合金。 建筑钢材是指用于钢结构的各种型材（如圆钢、角钢、工字钢、管钢等）、钢板和用于钢筋混凝土中的各种钢筋、钢丝、钢绞线等。 钢材具有良好的技术性质：材质均匀，性能可靠，强度高，能承受较大的弹塑性变形，加工性能好，因此，在土木工程中被广泛应用。 2.1 钢材的分类与结构 2.1.1 钢按化学成分分类 钢材以铁为主要原素，含碳量为0.2％～2.06％，并含有其他的元素的合金材料。钢按化学成分分类可分为碳素钢和合金钢两大类。 1.碳素钢 碳素钢根据含碳量可分为：低碳钢（含碳小于0.25%）、中碳钢（含碳0.25%～0.6%）、高碳钢（含碳大于0.6%）。 2.合金钢 合金钢中含有一种或多种特意加人或超过碳素钢限量的合金元素（如锰、硅、矾、钛等）。这些合金元素用于改善钢的性能，或者使其获得某些特殊性能。 低合金钢（合金元素总含量小于5%）； 中合金钢（合金元素总含量为5%～10%）； 高合金钢（合金元素总含量大于10%）。 2.1.2 按钢在熔炼过程中脱氧程度不同分类 按钢在熔炼过程中脱氧程度不同分类,可分为：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢、和特殊镇静钢四类。 1.沸腾钢 如果炼钢时脱氧不充分,钢液终还有较多的金属氧化物，浇铸钢锭后钢液冷却到一定温度，其中的碳会与金属氧化物发生反应，生成大量一氧化碳气体外逸，引起钢液激烈沸腾，因而这种钢材称为沸腾钢，其代号为“F”。沸腾钢中碳和有害杂质在钢中分布不均匀，富集于某些区间的现象特别严重，钢的致密程度差。故沸腾钢的冲击韧性和可焊接性较差，特别是低温冲级韧性的降低更显著。但从经济上比较，沸腾钢只消耗少量的脱氧剂，钢锭的有哪些信誉好的足球投注网站孔减少，成品效率高，故成本较低。 2.镇静钢 如果炼钢时脱氧充分，钢液中金属氧化物很少或没有,在浇铸钢锭时钢液会平静的冷却凝固，这种钢称为镇静钢，其代号为“Z”。镇静钢组织致密，气泡少，偏析程度小，各种力学性能比沸腾钢优越。可用于受冲击荷载的结构和其他重要结构。 3.半镇静钢。。。 半镇静钢是指脱氧程度和性能都介于沸腾钢和镇静钢之间的钢材，其代号为“b”。 4.特殊镇静钢 比镇静钢脱氧程度更充分彻底的钢，称为特殊镇静钢，代号为“TZ”。特殊镇静钢的质量最好，适用于特别重要的结构工程。 钢按压力加工方式分类，可分为热加工钢材和冷加工钢材。 钢按用途分类，可分为钢结构用钢和混凝土结构用钢两种。 2.1.3 钢按主要质量等级（钢中有害杂质的多少）分类 普通钢：含硫量≤0.050％，含磷量≤0.045％； 优质钢：含硫量≤0.035％，含磷量≤0.035％； 高级优质钢：含硫量≤0.025％，含磷量≤0.025％，高级优质钢的钢号后面加“高”字或“A”； 特级优质钢：含硫量≤0.015％，含磷量≤0.025％，特级优质钢后加“E”。 2.2 建筑钢材的技术性质 2.2.1 建筑钢材的物理力学性质 1.抗拉性能 抗拉性能是表示钢材性能的重要指标。由于拉伸是建筑钢材的主要受力形式，因此抗拉性能采用拉伸试验测定，以屈服点、抗拉强度和伸长率等指标表征。以低碳钢（软钢）受拉的应力-应变图2.1为例，可以较好地阐述这些重要的技术指标。 从图中可以看出，低碳钢受拉经历了四个阶段：弹性阶段（O→A）、屈服阶段（A→B）、强化阶段（B→C）、颈缩阶段C→D）。 （1）屈服强度 当试件拉力在OA范围内时，如卸去拉力，试件能恢复原状，应力与应变的比值为常数，即弹性模量（E），E=σ/ε。该阶段被称为弹性阶段。弹性模量反映钢材抵抗变形的能力，是计算结构受力变形的重要指标。 当对试件的拉伸进入塑性变形的屈服阶段AB时，称屈服下限B下所对应的应力为屈服强度或屈服点，记做σS。设计时一般以σS作为强度取值的依据。对屈服现象不明显的钢，规定以0.2%残余变形时的应力σ0.2作为屈服强度。屈服强度可按式（2.1）计算。 （2.1） 式中：——屈服点，MPa； ——屈服点荷载，N； ——试件的公称横截面积，mm2。 （2）抗拉强度 从图2.1中BC曲线逐步上升可以看出：试件在屈服阶段以后，其抵抗塑性变形的能力又重新提高，称为强化阶段。对应于最高点C的应力称为抗拉强度，用σb表示。抗拉强度按式（2.2）计算。