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1 * 土木工程材料 The materials of Ciliv Engineering 土木工程系 结构工程教研室中心 第四章 建筑钢材 授课教师: 姚 运 土木工程系结构工程教研室 土木工程系结构工程教研室 钢材的分类 钢材是以铁为主要元素，含碳量为0.02%-2.06%，并含有其他元 素的合金材料。 按化学组成分类 碳素钢---含碳量为0.02%-2.06%的铁碳合金为碳素钢。 合金钢---碳素钢中加入一定量的合金元素为合金钢。 按品质分类 普通钢； 优质钢； 高级优质钢；特级优质钢。 按冶炼时脱氧程度分类 沸腾钢(F)---炼钢时脱氧不充分，钢中还含有较多的金属氧化物。 镇静钢(Z)---炼钢时脱氧充分，钢中含有的技术氧化物很少。 半镇静钢(b)---脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间。 特殊镇静钢(TZ)---比镇静钢脱氧程度更充分彻底的钢。 土木工程系结构工程教研室 建筑钢材的主要技术性能 钢材的主要性能包括力学性能和工艺性能；其中力学性能主要为 强度、弹性、塑性和耐疲劳性等，工艺性能主要包括冷弯性能和 可焊性。 抗拉性能 抗拉性能是建筑钢材最重要的力学性能； 建筑钢材(低碳钢)受拉时的应力-应变图分为四个阶段： 弹性阶段(O-A)、屈服阶段(A-B)、强化阶段(B-C)和 颈缩阶段(C-D)。 土木工程系结构工程教研室 建筑钢材的主要技术性能 屈服点及屈服强度(σs) O-A阶段:应力与应变为正比, 变形为弹性变形，Ａ点相对应的应 力为弹性极限σp。 A-B 阶段:当应力超过σp时，产生塑性变形，出现屈服现象。屈 服下限对应的应力为屈服极限值σs。 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。 抗拉强度(σb) B-C阶段：试件在屈服阶段后，内部组织结构发生变化，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σb。 σs/σb 称为屈强比。屈强比越小，表示钢材受力超过屈服点工 作时的可靠性越大，结构越安全。但屈强比过小，钢材有效利用率 太低，造成浪费。建筑结构钢的屈强比般为0.6～0.75。 土木工程系结构工程教研室 建筑钢材的主要技术性能 伸长率(δ)与断面收缩率 C-D阶段：当钢材强化达到最高点后，塑料性变形迅速增加，试件 断面急剧缩小，薄弱处出现“颈缩现象”而断裂。 土木工程系结构工程教研室 建筑钢材的主要技术性能 伸长率：标距长度增量与原标距长度的百分比，其值越大，表明 钢材的塑性越好。 注：同一种钢材δ5大于δ10。 断面收缩率：断面面积的收缩率，其值越大，表面钢材的塑性 越好。 土木工程系结构工程教研室 建筑钢材的主要技术性能 冲击韧性---钢材抵抗冲击荷载的能力。 测试方法：将摆锤从一定高度自由落下将中间开有V型缺口试件 冲断，以试件在缺口处的最小横截面积除所作功的值为冲击韧性， ak单位为J/cm2。 影响冲击韧性的因素 钢材的化学成分、组织状态、冶炼及加工； 试件的环境温度---钢材的冷脆性。 土木工程系结构工程教研室 建筑钢材的主要技术性能 耐疲劳性 钢材在受交变荷载反复作用时，可能在最大应力远低于屈服强度 的情况突然破坏，这种破坏称为疲劳破坏。 作用机理：钢材受交变荷载反复作用时，钢材在局部形成微小裂 纹，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发 生瞬时疲劳脆断。 影响因素 内部组织状态； 成分偏析； 各种缺陷如应力集中。 一般钢材抗拉强度高，其疲劳极限也较高。 钢材的疲劳破坏的应力随应力循环次数的增加而降低，因此实际 测量时常以2×106次应力循环为基准。 土木工程系结构工程教研室 建筑钢材的主要技术性能 钢材的冷弯 冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，以实验时的 弯曲角度和弯心直径为指标表示。 用标准规定的弯头压弯试件到规定的角度(180°或90°)时，检查 弯曲处有无裂纹、断裂及起层等现象。 钢材冷弯时的弯曲角度越大，弯心直径与弯曲角度之比越小，表 示冷弯性能越好。 土木工程系结构工程教研室 建筑钢材的主要技术性能 焊接性能 焊接是把两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半 熔融状态，而牢固的连接起来。 焊接由于局部高温，在焊接部位过热区可能产生微裂纹和应力 集中，钢材的性能发生变化。 钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件下，焊接后钢材的 性能没有发生过大的变化，特别是强度不能低于原来钢材的强度。 随钢材的含碳量、合金元素及杂质元素含量的提高，钢材的可焊 性大大降低。 土木工程系结构工程教研室 建筑钢材的主要技术性能 化学元