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第五章 钢材
　 [重点内容和学习要求]
& &本章着重阐述路桥常用建筑钢材的技术性质和技术标准。
& &通过本章学习，要求学生了解钢材的主要技术性能和技术标准，并能按设计要求选用相应规格的钢材。
& &金属材料按其成分可分为黑色金属及有色金属两大类：黑色金属为铁碳合金，按其含碳量多少，又可为钢和生铁。碳的质量分数小于2%且含有害杂质较少的铁碳合金为钢，碳的质量分数大于2%的铁碳合金为生铁。除黑色金属以外，如铜、锡、锌、铝、铅及其合金等为有色金属。在中所有的及混凝土中所用的钢筋均属于钢（其含碳量为0.006%～2.06%）。
5.1 建筑钢材的分类和类属
& &建筑钢材是指在中用于的型材、钢板和用于结构的钢筋、钢丝等，是中应用最广泛的金属材料，在当今的桥梁建造中更是主要的原材料。由于大型结构工程中，钢筋砼结构、钢结构被日益广泛地使用，因而建筑钢材在土建工程中的地位更加显著。
5.1.1钢材的分类
钢的分类方法很多，较常用的有下列分类方法：
& &1．按化学成分的不同可分为：
& &&&（1）碳素钢：亦称“碳钢”，是含碳量低于2.0%的铁碳合金，常包含硅、锰、磷等杂质。碳钢按含碳量可分为：
& && & ①低碳钢 含碳量≤0.25%；
& && & ②中碳钢 含碳量为0.30%～0.60%；
& && & ③高碳钢 含碳量≥0.60%。
& &&&（2）合金钢：为了改善钢的机械性能、性能或物理、化学性能，在冶炼时特意往钢中加入一些合金元素，这种钢就称为合金钢。经常加入的合金元素有锰、硅、钛、铬、钼、钨等。合金钢按合金元素含量可分为：
& && & ①低合金钢 合金元素总含量＜5%；
& && & ②中合金钢 合金元素总含量为5%～10%；
& && & ③高合金钢 合金元素总含量＞10%。
& & 2．按质量分类根据碳素钢质量的高低，即主要根据钢中所含有害杂质硫（S）、磷（P）的含量来分，通常分三类：
& &&&（1） S含量≤0.055%，P含量≤0.045%；
& &&&（2）优质碳素钢 S、P含量均≤0.040%；
& &&&（3）高质碳素钢 S含量≤0.030%，P含量≤0.035%。
& &3．按冶炼时脱氧程度分类
& &&&（1）沸腾钢 是脱氧不充分的钢，在浇铸及钢液冷却时，有大量的一氧化碳气体逸出，钢液呈激烈沸腾状。
& &&&（2）镇静钢 脱氧充分，钢水较纯净，浇铸钢锭时，钢水平静。镇静钢材质致密均匀，质量高于沸腾钢。
& &&&（3）半镇静钢 脱氧程度及钢水质量介于上述两者之间。
& &&&4．按用途分类
& &&&（1） 制造各种工程的构件（如桥梁、船舶、建筑等）和。这类钢一般属于低碳钢和中碳钢。
& &&&（2）工具钢 制造各种刀具、量具、模具。这类钢含碳量较高，一般属于高碳钢。
& &&&（3）特殊钢 具有特殊用途或具有特殊的物理、化学性能的钢（如不锈耐酸钢、耐热钢和电热合金钢等等）。
& &5．按成型方法分类
& &&&分为铸造钢、锻造钢、轧制钢、冷拔钢。
5.1.2建筑钢材的类属
& &由于桥梁结构需要承受车辆荷载的作用，同时需要经受各种大气因素的考验，因此桥梁用钢材要求具有较高的、良好的塑性和可焊性。桥梁建筑用钢材、钢筋混凝土用的钢筋，就其用途分类来说，均属于结构钢；就其质量分类来说，都属于普通钢；按其含碳量的分类来说，均属于低碳钢。所以桥梁结构用钢和钢筋混凝土用的钢筋是属于或。
5.2 钢材的技术性能
& &桥梁建筑用钢和材和钢筋的技术性能可以从其物理性能、力学性能、化学性能和工艺性能等诸方面加以衡量。本课程仅就其力学性能、工艺性能等加以简述。
5.2.1力学性能（亦称机械性能）
& &钢材的力学性能包括：屈服强度、抗拉强度、塑性、冲击韧性和硬度等。其中如屈服强度和抗拉强度等在中已讲述过，本课程仅就与材料性能有关的内容加以简述。
& & 1.强度 是指金属材料抵抗外力作用下发生破坏的能力，一般通过屈服强度、抗拉强度、抗弯强度、疲劳强度等强度指标来反映。钢材（以低碳结构钢为例）在做抗拉试验时，可绘出拉伸图（应力-应变关系）。见图5-1。
& &图中的曲线可明显地划分为四个阶段：弹性阶段（O-A）、屈服阶段（B-B＇）、强化阶段（B-C）和缩颈阶段（C-D）。OA是一直线，在OA范围内如卸去荷载，试件恢复原状，即呈弹性变形。与A点对应的应力称为弹性极限，用RP表示。A点以后是钢材开始丧失对变形的抵抗能力，并开始产生大量塑性变形。& && &(1)屈服强度：在图5-1中的AB段，曲线A点开始向横轴弯转B点，形成锯齿形水平线。此时卸去荷载，将不能完全恢复变形，表明试件已出现塑性变形，这一段称为屈服阶段。在这一段的最高点B所对应的应力称为屈服上限（ReH），最低点B＇所对应的应力称为屈服下限（ReL）。上屈服点与试验过程中许多因素有关，而下屈服点较为稳定而易测，所以规范规定以B′对应的应力为屈服点。屈服点的应力作为钢材的屈服极限，屈服强度（Re）以MPa表达，并按式（5-1）计算：
　　　　　(5-1)
& & 式中 F——相当于所求应力的荷载（N）；
& && &&&S0 ——试件的原横截面积（mm2）。
& &中碳钢和高碳钢没有明显的屈服点，通常以残余变形0.2%的应力作为屈服强度，称为协定流限，表示为RP(0.2)，按式(5-1′)计算：
　　　　　(5-1′)
& & 式中 F0.2——相当于所求应力的荷载（N）；
& && &&&S0 —— 试样原横截面积（mm2）。
& &&&屈服强度对合理选用钢材有重要意义。当构件的实际应力超过屈服点时，将产生不可恢复的永久变形；另一方面，当应力超过屈服点时，受力较大的部位应力不再提高，即自动将荷载重新分配给某些应力较小的部分。因此，屈服强度是确定钢结构容许应力的主要依据。
& &&&(2)抗拉强度：试件在屈服阶段以后，其抵抗塑性变形能力重新提高，故称为强化阶段。C点的应力称为抗拉强度，用Rm表示，是钢材所能承受的最大应力。即当拉应力达到时，钢材完全丧失了对变形的抵抗能力而断裂。抗拉强度虽然不能直接利用，但屈服强度和抗拉强度的比值即屈强比（ReL/Rm）对使用有较大的意义。此值越小则结构的可靠性越高，即延缓结构损坏的潜力愈大。但此值太小时，有效利用率低，不够经济。所以，屈服强度和抗拉强度是钢材力学性能的主要检验指标。抗拉强度（Rm）以MPa表达，并按5-2计算：
　　　　(5-2)
& & 2．塑性是指金属材料受力后发生永久变形但不产生破坏的性能。在工程应用中钢材的塑性指标通常用伸长率和断面收缩率表示。
　　　(1)伸长率：是钢材发生断裂时所能承受的永久变形的能力。试件拉断后标距长度的增量与标距长度之比的百分数即为伸长率。伸长率（An）以%表示并按式(5-3)计算：
　　　　(5-3)
& & 式中 Lu——试件拉断后标距部分的长度（mm）；
& && &&&L0 ——试件的原标距长度（mm）；
& && &&&n ——长或短试件的标志，即试件长度与直径之比（试件直径为l0mm，标距长度为50mm时，n=5；若标距长度为l00mm，n=10）。
& &工程上一般把伸长率不低于5%的材料如钢、铜、铝等称为塑性材料，而把伸长率低于5%的材料如铸铁、玻璃、陶瓷等称为脆性材料。
　　　(2)断面收缩率：是试件拉断后缩颈处积的最大缩减量占横截面积的百分率。断面收缩率（Z）以%表示并按式(5-4)计算：
　　　　　　(5-4)
& & 式中S0——试样的原始横截面积（mm2）；
& && &&&Su——试样裂断后的最小横截面积（mm2）。
& &伸长率An与收缩率Z都反映了钢材的变形性能。An与Z越大，表明钢材塑性越好，钢材越易加工，且易保证质量。一般An≥15%，Z≥10%为宜。
& & 3．冲击韧性是钢材在瞬间荷载作用下，抵抗破坏的能力，通常用冲击吸收功Ak或冲击值αk来反映。试验方法按我国现行国标（GB 2106—80 和 GB229—84）是以摆冲法、横梁式为标准方法
（见图5-2所示）。按规定制成有槽口的标准试件，以横梁式放在试验机的支座上，然后将试验机的摆锤放至规定高度，突然松开，摆锤自由下落，冲断试件。试验表盘上指示出冲断试样时所消耗的能量，按式(5-5)计算：
　　　　　(5-5)
& & 式中αk——钢材的冲击韧性；
& && &&&Ak——摆锤冲断试样所做的功（kJ）；
& && &&&A——试样断口的截面积（mm2）。
& &αk值低的钢材在断裂前没有显著的塑性变形，属脆性材料，不宜用作承担冲击荷载的构件，如连杆、桥梁轨道等。
& & 4.硬度&&一般理解为金属表面局部体积内抵抗更硬物体压入而引起塑性变形的抗力。硬度愈高，即表明金属抵抗塑性变形能力愈大，金属产生塑性变形越困难。硬度不是一个单纯的物理量，它与其强度指标（如Rm，Re）和塑性指标（An，Z）之间有内在联系。
& &实际工作中常用硬度试验方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。以上论述了强度、塑性、硬度、韧性等钢材的最基本力学性质，其中常用指标是强度和塑性，前者表示钢材的塑性变形抗力和断裂拉力，后者表示材料塑性变形能力。
5.2.2工艺性能
& &工艺性能是指金属材料适应各种加工方法的性能，如焊接性能、冷弯性能等。
& & 1. 焊接性能是指金属材料在给定的工艺条件和结构方案下，用获得预期质量要求的焊接接头的能力。
& &通常，低碳钢具有良好的焊接性能，而高碳钢和高合金钢的焊接性能就较差。
钢材的焊接性能，可通过测定钢材在焊接时产生裂纹的倾向及焊接区域机械性能的变化来评定，也可用碳当量法做近似评定。
& & 2. 冷弯性能是钢材在常温条件下承受规定弯曲程度的弯曲变形而不产生破裂的能力，它是钢材的重要工艺性能之一。钢材的冷弯性能是以规定尺寸试件，在常温下进行弯曲试验，冷弯试验装置如图5-3。弯曲的指标与试件被弯曲的角度、弯心的直径与试件的厚度（或直径）比值有关。弯曲角度愈大，弯心直径与试件厚度比愈小，则表示弯曲性能的要求愈高。按我国现行（GB/T232-99）有下列三种类型：（1）达到某规定的角度的弯曲（图5-3a）；（2）绕着弯心弯到两面平行（图5-3b）；（3）弯到两面接触的重合弯曲（图5-3c）。按规定试件弯曲处不产生肉眼可见裂纹、断裂和起层等现象即认为合格。
& &冷弯性能是建筑钢材的重要工艺性能，它表明钢材在静压下的塑性。钢筋混凝土所用钢筋，多需进行弯曲加工，必须满足冷弯性能要求。
5.2.3化学成分对钢材技术性能的影响
& & 1.碳（C）对钢材力学性能影响碳是钢中除铁之外含量最多的元素，是决定钢性能的主要元素。一般来说，钢的强度和硬度随含碳量的增加相应提高，而塑性和韧性则相应降低。当碳的质量增至0.8%时，强度最大，但当碳的质量超过0.8%以后，强度反而下降。并且，含碳量过高会增加钢的冷脆性和时效敏感性，可焊性、抗大气也都会恶化。
& & 2.钢中常存杂质元素对碳钢性能的影响
　　　(1)锰（Mn）的影响：一般认为锰在钢中是一种有益元素。它是钢的主要脱氧剂之一，而且能够脱硫。锰含量在0.8%～1.0%以下时，能在保持原有塑性和冲击韧性的条件下，显著地提高的屈服强度和抗拉强度，并消除硫化铁（FeS）及氧化铁（FeO）的有害作用，改善钢材的热加工性能。但含量进一步增加时，会降低钢材的可焊性，并减弱钢材的抗腐蚀性。而锰含量大于13%时，可使钢的组织发生特殊的变化，此高锰钢在压力的冲击载荷的作用下，借助于加工硬化的作用可获得很高的抗磨性。
　　　(2)硅(Si)的影响：硅是有效的脱氧剂，能提高钢的抗腐蚀性能和抗高温氧化的能力。少量的硅（碳素钢中不大于0.4%，低合金钢中不大于0.6%）是钢中的有益元素，能显著地提高钢的强度和硬度，当硅含量较高时，在提高钢的淬透性、强化钢的回火组织的同时，回较多的降低钢的塑性和韧性，特别是硅含量大于2%时，将可能使钢几乎失去韧性。
　　　(3)硫(S)的影响：硫在钢中是有害元素。硫不溶于铁，而以FeS形式存在。它能显著降低钢的可焊性，降低钢的冲击韧性、疲劳强度和耐腐蚀性。为了保证钢材的质量，应尽量减少钢中的硫含量。普通钢含硫量应≤0.055%，优质钢含硫量应≤0.040%，高级优质钢含硫量应≤0.030%。
　　　(4)磷(P)的影响：磷也是一种有害杂质。磷虽然可以提高钢的强度和硬度，但却会显著降低钢在室温下的塑性和韧性（称为“冷脆”现象），并降低钢材的可焊性。因此，普通钢中磷含量应不大于0.045%，优质钢中磷含量应不大于0.040%，高级优质钢中磷的含量应不大于0.035%。在含铜的钢中，合理地加入磷元素可提高钢材的抗大气腐蚀性。含磷钢的冲击韧性会随磷含量和硅含量的增加而急剧恶化。
5.3桥梁建筑用钢材及其制品
5.3.1桥梁建筑用钢的
　　用于桥梁建筑的钢材，根据工程使用条件和特点，这类钢材应具备下列技术要求：
　　1. 良好的综合力学性能桥梁结构在使用中承受复杂的交通荷载，同时在无遮盖的条件下还要经受大气条件的严酷环境考验，为此必须具有良好的综合力学性能，即除具有较高的屈服点与抗拉强度外，还应具有良好的塑性、冷弯性能、冲击韧性和抵抗振动应力的疲劳强度，以及低温（-40℃）时的冲击韧性。
　　2. 良好的焊接性由于近代焊接技术的发展，桥梁钢结构趋向于采用焊接结构代替铆接结构，以加快速度和节约钢材。桥梁在焊接后不易整体热处理，因此要求钢材具有良好的焊接性，亦即焊接的连接部分应强而韧，其强度与韧性应不低于或略低于焊件本身，以防止产生硬化脆裂和内应力过大等现象。
　　3. 良好的抗蚀性 桥梁长期暴露于大气中，所以要求桥梁用钢具有良好的抵抗大气因素腐蚀的性能。
5.3.2桥梁建筑用主要钢材
　　桥梁建筑用主要钢材有碳素结构钢、优质碳素结构钢和低合金结构钢等。
　　1. 碳素结构钢碳素结构钢是一种用途广泛的工程用钢，通常在热轧供应状态下直接使用。在供应时，其化学成分和力学性能均需保证。
　　　(1)碳素结构钢的牌号：按其化学成分和力学性能（屈服点）分为Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五个牌号。牌号表示方法按国家标准规定，碳素结构钢按屈服点的数值（Mpa）分为195、215、235、255和275五个强度级；按硫、磷杂质的含量分为A、B、C和D四个质量等级；按脱氧程度分为特殊镇静钢（TZ）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）和沸腾钢（F）。碳素结构钢的牌号由代表屈服点的屈字汉语拼音首母“Q”、屈服点数值（以16mm厚度钢材为准）、质量等级和脱氧程度四部分组成。例如Q215AF表示屈服点为215MPa的A级沸腾钢。
　　　(2)碳素结构钢的性能：碳素结构钢的性能应符合我国现行国标《碳素结构钢》（GB700-88）的要求，其化学组成和力学性能符合规范要求。
　　　自Q195～Q275，牌号愈大，其含碳量和含锰量愈高。同时可以看出，随着牌号增大（即碳锰含量的提高），屈服点（Re）和抗拉强度（Rm）随之提高，但伸长率（An）随之降低。
　　　(3)碳素结构钢的应用：由于五个牌号的性能不同，其用途也不同。
　　　　①Q195、Q215号钢塑性高，易于冷弯和焊接，但强度较低，故多用于受荷载较小及焊接构件。
　　　　②Q235号钢具有较高的强度和良好的塑性、韧性，易于焊接，且经焊接及气割后力学性能亦仍稳定，有利于冷热加工，故广泛地用于桥梁构件及中的钢筋等，是目前应用最广的钢种。
　　　　③Q255、Q275号钢的屈服强度较高，但塑性、韧性和焊接性较差，可用于钢筋混凝土结构中配筋及钢结构的构件和螺栓。
　　2. 优质碳素结构钢简称优质碳素钢。这类钢与碳素结构钢相比，由于允许的硫、磷含量比碳素钢要低，所以综合力学性能比普通碳素结构钢好。
　　　(1)钢号表示方法：按国家标准规定，优质碳素结构钢根据含碳量划分钢号，并按锰含量不同划分普通含锰量钢和较高锰钢两组，共分为33个钢号。钢号用平均含碳量的万分数的近似值表示，如系较高含锰量钢，在钢号后面加“锰”字（或代号Mn）。例如20锰，表示含碳量为0.20%的高含锰量钢。
　　　优质碳素结构钢的化学成分中，对硫、磷含量要求较为严格，规定硫含量不大于0.040%、磷含量不大于0.035%。
　　　(2)工程应用：优质碳素结构钢适于热处理后使用，但也可不经过热处理而直接使用。这种钢在建筑上应用不太多。一般常用30、35、40和45钢做高强螺栓，45钢用作钢筋的锚具，65、70、75和80钢可用于生产用的碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线。
　　3. 低合金结构钢在碳素结构钢的上，加入少量或微量的合金元素，可大大改善其性能，从而获得高强度、高韧度和良好的可焊性的低合金钢。这类钢称为低合金结构钢（简称“普低钢”）。
　　　(1)低合金结构钢的性能：低合金结构钢具有下列优点
　　　　①强度高、综合性能好：碳素结构钢（如Q235）的屈服点一般为235 MPa，抗拉强度为300MPa～400MPa。而低合金结构钢屈服点一般为300 MPa～700MPa，抗拉强度为400 MPa～1000MPa，由于其强度较碳素结构钢高，故称高强钢。低合金结构钢由于含碳量限制在0.20%以下，这样就保证有良好的塑性、低温韧性和焊接性等。同时掺入少量合金元素提高其强度，故可达到综合性好的效果。
　　　　②质量轻：采用低合金结构钢建造的构件，其质量和所需要的钢材量可较碳素结构钢减少20%～30%，从而降低了成本，且便利运输和。
　　　　③耐蚀性好：合金中某些元素（如铜、磷等）不仅能提高低合金钢的强度而且能提高耐蚀性。
　　综上所述可知，低合金结构钢最适用于大的桥梁工程。
　　低合金结构钢按现行国标《低合金高强度结构钢》（GB／T）共分为Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号，其命名方法由代表屈服点的汉语拼音字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）三个部分按顺序排列。例如：Q295A中Q为钢材屈服点的汉语拼音的首位字母；295表示屈服点的数值，单位MPa；A为质量等级。
　　低合金高强度结构钢的含碳量较低（不超过0.20%）是为了使钢材具有良好的加工性能（如焊接性等），强度的提高主要由添加合金元素解决。规范要求列出了低合金结构钢力学性能指标。
5.3.3钢筋混凝土和预应力混凝土用钢筋和钢丝
　　1. 热轧钢筋
　　主要应用于钢筋混凝土结构中，分为热轧光圆钢筋和。
　　根据现行国家标准《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》（GB13013—91）的规定，光圆钢筋是指横截面通常为圆形，表面光滑的钢筋混凝土配筋用钢材。热轧光圆钢筋是指经热轧成型并自然冷却后的成品光圆直条钢筋。钢筋长度一般为3.5m～12m，公称直径为8mm、10mm、12mm、16mm、20mm等几种。钢筋的化学成分、力学和工艺性能应符合规范要求。
　　此外，钢筋混凝土中还经常使用低碳钢热轧圆盘条，其相应的国家标准为（GB/T701—1997）。盘条按用途可分为供拉丝用盘条（符号L）和供建筑用以及其他一般用途用盘条（符号为J）。其中供建筑用盘条的力学性能和工艺性能符合规范要求。
　　热轧带肋钢筋是钢筋混凝土结构中使用的主要钢筋类型，由低合金钢轧制而成。横截面为圆形，外表带肋，长度方向有两条纵肋及均匀分布的月牙状横肋，其几何形状见图5-4。
　　根据国家标准《》（GB1499—98）的规定，热轧带肋钢筋按力学性能划分为HRB335、HRB400、HRB500三个牌号。各种牌号钢筋的力学性能按规范要求。钢筋混凝土结构对热轧钢筋的要求是：力学强度较高，具有一定的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性。光圆钢筋的强度较低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，广泛用作普通钢筋混凝土中的非；热轧带肋钢筋的强度较高，塑性及焊接性也较好，广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋以及预应力钢筋。
　　2．冷加工钢筋
　　　(1)冷拉钢筋：就是将钢筋在控制应力或控拉率的条件下，经冷拉使其发生塑性变形后获得的屈服强度更高的钢筋。为了提高强度以节约钢筋，工程中常按施工规程对钢筋进行冷拉。
　　　由于冷拉钢筋的塑性、韧性较差，易发生脆断，因此，冷拉钢筋不宜用于负温及受冲击或重复荷载作用的结构。
　　　冷拉I级钢筋适用作非预应力受拉钢筋。冷拉热轧带肋钢筋强度较高，可用作预应力混凝土结构的。
　　　(2)冷拔低碳钢丝：冷拔低碳钢丝是用6mm～8mm的碳素结构钢Q235或Q215盘条，通过拔丝机进行多次强力拉拔而成。根据《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-92）的规定，冷拔低碳钢丝分为甲、乙两级。甲级钢丝由符合I级热轧钢筋标准的圆盘条拔制而成，主要用作主预应力筋。乙级钢丝用于焊接钢丝网、焊接骨架、和构造钢筋等。
　　　冷拔低碳钢丝由于经过反复拉拔强化，强度大为提高，但塑性显著降低，脆性随之增加，已属硬钢类钢筋。由于加工时受到原材料质量和工艺的影响较大，常有强度和塑性离散性较大情况，故使用时应加注意分析。在物质匮乏的时代，冷加工方法是提高钢材强度节约钢材的权宜之计，随着我国钢铁工业生产技术水平和生产能力的提高，热轧钢筋的产量足以满足市场的需要，因此，在最新的《》（GB）中未将冷加工钢筋产品列入正规的设计规范，推荐使用的钢筋种类是HRB400、HRB335和预应力钢绞线、钢丝。
　　　(3)冷轧带肋钢筋：将热轧圆盘条经冷轧和冷拔减径后在其表面冷轧形成二面或三面有牙肋的钢筋。
　　　冷轧钢筋强度高、焊接性好，广泛用于中、小预应力混凝土结构构件和普通钢筋混凝土结构构件中，也适用于冷轧带肋钢筋或冷轧光圆钢筋焊接而成的钢筋网。
　　　冷轧带肋钢筋共5个牌号：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970和CRB1170，其中，只有CRB550是用于非预应力混凝土的，其余是预应力混凝土用的。根据《钢筋混凝土用冷轧带肋钢筋GB》的规定，其性能符合规范要求。
　　3.热处理钢筋热处理钢筋是用热轧螺纹钢筋经淬火和回火进行调质处理而成的，代号为RBl50。根据《预应力混凝土用热处理钢筋》（GB/T4463—84）的规定：热处理钢筋有40Si2Mn、48Si2Mn和45Si2Cr三个牌号；公称直径分别为6mm、8.2mm和10mm；其强度要求均为屈服点RP(0.2)不低于1325MPa，抗拉强度Rm不低于1470MPa；其伸长率A10要求均不低于6%。
　　热处理钢筋目前主要用于预应力混凝土轨枕，用以代替高强度钢丝，配筋根数减少，制作方便，性能好，建立预应力稳定。也用于预应力混凝土板、梁和，使用效果良好。
　　热处理钢筋系成盘供应(每盘长约200m)，开盘后能自然伸直，不需调直、焊接，故施工简单，并可节约钢材。
　　4. 钢丝和钢绞线钢丝和钢绞线均由优质碳素结构钢经过冷加工、热处理、冷轧、绞捻等过程制得。它们的特点是强度高、柔性好、安全可靠、便于施工，一般用于预应力混凝土结构中。
　　按照《预应力混凝土用钢丝》（GB/T）的规定，钢丝可分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两种。消除应力钢丝按松弛性能又分为低松弛级钢丝和普通松弛级钢丝，其代号分别是：冷拉钢丝为WCD，低松弛级钢丝为WLR、普通松弛级钢丝为WNR。钢丝按外形可分为光面钢丝、刻痕钢丝、螺旋肋钢丝三种，其代号分别是：光圆钢丝为P、刻痕钢丝为I、螺旋肋钢丝为H。钢丝直径有3mm、4mm、5mm三种规格，抗拉强度Rm可达1670MPa。钢丝由含碳量不低于0.8%的优质碳素结构钢盘条，经冷拔及回火制成，具有较好的力学性能。将钢丝表面沿长度方向压出刻痕，再做低温回火处理即形成刻痕钢丝。刻痕钢丝分为两面刻痕钢丝和三面刻痕钢丝，这种钢丝应用于钢筋混凝土结构中可以增加钢丝与混凝土之间的摩擦阻力，改善钢筋混凝土结构的受力性能。预应力钢绞线按捻制结构分别用两根、三根和七根圆形断面的高强度钢丝捻制而形成，根据其应力松弛性能又可将其分为Ⅰ级松弛（代号Ⅰ）和Ⅱ级松弛（代号Ⅱ）两种。钢绞线的标记反映了钢绞线的分类情况。例如：“预应力钢绞线1×3-10.80-1720-Ⅰ-GB/T”表示公称直径为10.80mm、强度级别为1720MPa、Ⅰ级松弛的用三根钢丝捻制而成的（1×3）钢绞线。“GB／T”为现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》的代号。
　　每盘钢绞线由一整根组成，其长度不小于2mm。钢绞线的捻向一般向左（S）捻，特殊情况下也可右（Z）捻。捻制后，为消除捻制时产生的应力，应进行热处理。钢绞线的尺寸及拉伸性能符合规范要求。
　　预应力钢丝和钢绞线主要用于大跨度、大负荷的桥梁、电杆、轨枕、屋架、大跨度吊车梁等，安全可靠，节约钢材，且不需冷拉、焊接接头等加工，因此在中得到广泛应用。
复习思考题
　　5-1 评价建筑用钢的技术性质应根据哪些主要指标？
　　5-2 含碳量对建筑碳钢的力学性能有哪些规律性的影响？硫、磷元素对钢材技术性能有什么影响？
　　5-3 桥梁建筑用钢有哪些技术要求？
　　5-4 说明下列钢材牌号含义：Q235A，48Si2Mn， 24MnTi。
　　5-5低合金结构钢的出现对桥梁建筑的发展有什么实际意义？试述低合金结构钢的编号原则，并以桥梁建筑常用的低合金结构钢为例说明。
　　5-6 钢筋混凝土用热轧钢筋按我国现行国标分为哪几个级别？它们的表面形状有什么区别？HPB、HRB、CRB、RB是什么钢筋的代号？
　　5-7 预应力混凝土用热处理钢筋、钢丝和钢绞线应检验哪些力学性能？
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(非工作时间)三、简答题；1．简述哪些因素对钢材性能有影响？；化学成分；冶金缺陷；钢材硬化；温度影响；应力集中；钢材机械性能指标有：抗拉强度、伸长率、屈服点、冷；钢材有脆性破坏和塑性破坏；4．选择钢材屈服强度作为静力强度标准值以及将钢材；选择屈服强度fy作为钢材静力强度的标准值的依据是；将钢材看作是理想弹性―塑性材料的依据是：①对于没；5．什么叫做冲击韧性？什么情况下需要
三、简答题 1．简述哪些因素对钢材性能有影响？ 化学成分；冶金缺陷；钢材硬化；温度影响；应力集中；反复荷载作用。 2．钢结构用钢材机械性能指标有哪几些？承重结构的钢材至少应保证哪几项指标满足要求？ 钢材机械性能指标有：抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯性能、冲击韧性； 承重结构的钢材应保证下列三项指标合格：抗拉强度、伸长率、屈服点。 3．钢材两种破坏现象和后果是什么？ 钢材有脆性破坏和塑性破坏。塑性破坏前，结构有明显的变形，并有较长的变形持续时间，可便于发现和补救。钢材的脆性破坏，由于变形小并突然破坏，危险性大。 4．选择钢材屈服强度作为静力强度标准值以及将钢材看作是理想弹性一塑性材料的依据是什么？ 选择屈服强度fy作为钢材静力强度的标准值的依据是：①他是钢材弹性及塑性工作的分界点，且钢材屈服后，塑性变开很大（2%~3%），极易为人们察觉，可以及时处理，避免突然破坏；②从屈服开始到断裂，塑性工作区域很大，比弹性工作区域约大200倍，是钢材极大的后备强度，且抗拉强度和屈服强度的比例又较大（Q235的fu/fy≈1.6~1.9）,这二点一起赋予构件以fy作为强度极限的可靠安全储备。 将钢材看作是理想弹性―塑性材料的依据是：①对于没有缺陷和残余应力影响的试件，比较极限和屈服强度是比较接近（fp=(0.7~0.8)fy），又因为钢材开始屈服时应变小（εy≈0.15%）因此近似地认为在屈服点以前钢材为完全弹性的，即将屈服点以前的б-ε图简化为一条斜线；②因为钢材流幅相当长（即ε从0.15%到2%~3%），而强化阶段的强度在计算中又不用，从而将屈服点后的б-ε图简化为一条水平线。 5．什么叫做冲击韧性？什么情况下需要保证该项指标？ 韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总能量(包括弹性和非弹性能)来度量，韧性是钢材强度和塑性的综合指标。在寒冷地区建造的结构不但要求钢材具有常温(20℃)冲击韧性指标，还要求具有负温(0℃、?20℃或?40℃)冲击韧性指标。 6．为什么薄钢板的强度比厚钢板的强度高(或钢材的强度按其厚度或直径分组)？ 钢材的轧制能使金属的晶粒弯细，并消除显微组织的缺陷，也可使浇注时形成的气孔，裂纹和疏松，在高温和压力作用下焊合。因而经过热轧后，钢材组织密实，改善了钢材的力学性能。薄板因辊轧次数多，其强度比厚板略高。 7．同一种钢材的伸长率指标为什么δ5>δ10 若圆形段原标距长度l0=10d0(d0为圆柱试件直径)，所得的伸长率用δ10；若圆柱段原标距长度l0=5d0，所得的伸长率用δ5。试件拉断时的绝对变形值l内有两部分，其一是整个工作段的均匀伸长，其二是“颈缩”部分的局部伸长；由于均匀伸长与原标距长度有关，而局部伸长仅与原标距长度的横截面尺寸有关，因此，伸长率δ的大小同试件原标距长度与横截面尺寸的比值有关，所以δ5≠δ10；又因为局部伸长在原标距长度小的试件中所占变形的比例大，故δ5>δ10。 8．对于重要的受拉或受弯的焊接结构，需要具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷、碳含量，冷弯试验的合格保证，为什么还需要具有常温冲击韧性的合格保证。 重要的受拉或受弯焊接结构由于焊接残余应力δr 的存在，往往出现多向拉应力场，因而有发生脆性破坏的较大危险。同时对受拉、受弯的焊接构件与受压（含压弯）构件的受力状态不同，导致对缺陷反映速度不同，受拉，受弯构件反映速度快，对钢材质量要求较高。因此对这类构件要求有常温冲击韧性的合格保证。 9．为什么要规定角焊缝的最小计算长度和侧面角焊缝的最大计算长度？ 角焊缝的焊脚尺寸大而长度较小时，焊件的局部加热严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相距太近，以及焊缝中可能产生的其他缺陷(气孔、非金属夹杂等)，使焊缝不够可靠，规定了侧面角焊缝或正面角焊缝的最小计算长度。 侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀，两端大中间小，故规定了侧面角焊缝的最大计算长度。 10．对接焊缝在哪种情况下才需要进行计算？ 焊接缺陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，故可认为受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等，但受拉的对接焊缝对缺陷甚为敏感。由于一、二级检验的焊缝与母材强度相等，故只有三级检验的焊缝才需进行抗拉强度验算。 11．在抗剪连接中,普通螺栓连接与摩擦型高强度螺栓连接的工作性能有何不同？ 普通螺栓受剪时，从受力直至破坏经历四个阶段，由于它允许接触面滑动，以连接达到破坏的极限状态作为设计准则；高强度螺栓在拧紧时，螺杆中产生了很大的预拉力，而被连接板件间则产生很大的预压力。连接受力后，由于接触面上产生的摩擦力，能在相当大的荷载情况下阻止板件间的相对滑移，因而弹性工作阶段较长。当外力超过了板间摩擦力后，板件间即产生相对滑动。高强度螺栓摩擦型连接是以板件间出现滑动为抗剪承载力极限状态，
12．螺栓在钢板上应怎样排列合理？ 螺栓在钢板上的排列有两种形式：并列和错列。并列布置紧凑，整齐简单，所用连接板尺寸小，但螺栓对构件截面削弱较大；错列布置松散，连接板尺寸较大，但可减少螺栓孔对截面的削弱。螺栓在钢板上的排列应满足三方面要求：①受力要求②施工要求③构造要求，并且应满足规范规定的最大最小容许距离：最小的栓距为3d0，最小的端距为2d0 13．在选用钢材时应考虑哪些因素？ 结构的重要性、荷载情况、连接方法、结构所处的温度和环境、钢材厚度 14．轴心受压构件的稳定承载力与哪些因素有关? 构件的几何形状与尺寸；杆端约束程度；钢材的强度；焊接残余应力；初弯曲；初偏心 15．普通受剪螺栓的破坏形式有哪些？在设计中应如何避免这些破坏（用计算方法还是构造方法）？ 破坏形式有：栓杆被剪断；板件被挤坏；板件被拉断；板件冲剪破坏；栓杆受弯破坏。前三种是通过计算避免破坏，最后两种通过构造方法避免破坏。 16．焊接残余应力对结构有哪些影响？ 对结构的静力强度不影响，降低结构的刚度，增加钢材在低温下的脆断倾向。 对结构的疲劳强度有明显的不利影响。 17．与其他建筑材料的结构相比,钢结构有哪些特点？ （1）建筑钢材强度高，塑性、韧性好钢结构的重量轻（2）钢结构的重量轻 （3）材质均匀，与力学计算假定比较符合4）钢结构制作简便，施工工期短（5）钢结构密闭性较好（6）钢结构耐腐蚀性差（7）钢材耐热但不耐火（8）钢结构低温或其他条件下脆性断裂 18．格构柱绕虚轴的稳定设计为什么要采用换算长细比？ 格构式轴心受压柱当绕虚轴失稳时，剪力主要由缀材分担，柱的剪切变形较大，剪力造成的附加挠曲影响不能忽略，故对虚轴的失稳计算，常以加大长细比的办法来考虑剪切变形的影响，加大后的长细比称为换算长细比。 19．高强螺栓连接有几种类型？其性能等级分哪几级？ 高强螺栓连接有两种类型：摩擦型连接和承压型连接。高强螺栓性能等级分8.8级和10.9级。 20．梁整体稳定的保证条件有那些？ （1）有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固连接，能阻止梁受压翼缘的侧向位移时； （2）工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度l1与其宽度b1之比不超过规定的数值时； （3）箱形截面简支梁，其截面尺寸满足h21．受压构件为什么要进行稳定计算？ 22．选择轴心受压实腹柱的截面时，应考虑哪些原则？ 23．格构式轴压柱应满足哪些要求，才能保证单肢不先于整体失稳？
24．为保证梁腹板的局部稳定，应按哪些规定配置加劲肋？ 25．什么叫做轴压柱的等稳定设计？如何实现等稳定设计？ 26．格构式和实腹式轴心受压构件临界力的确定有什么不同？双肢缀条式和双肢缀板式柱的换算长细比的计算公式是什么？为什么对虚轴用换算长细比？ 27．影响轴心受压柱整体稳定承载能力的因素有哪些？在规范中是如何考虑残余应力对轴心受压柱整体稳定承载能力的影响的？ 28．截面塑性发展系数的意义是什么？什么情况下取1？ 29．什么叫做组合梁丧失局部稳定？如何避免局部失稳？ 组合梁一般由翼缘和腹板等板件组成，如果将这些板件不适当地减薄加宽，板中压应力或剪应力达到某一数值后，腹板或受压翼缘有可能偏离其平面位置，出现波形鼓曲，这种现象称为梁局部失稳。采用限制宽厚比的办法来保证梁受压bo?6，且l1bo?95(235)时。 fy翼缘板的稳定性，采用设置加劲肋的方法来保证腹板的局部稳定性。 30．荷载作用在上翼缘的梁与荷载作用在下翼缘的梁,其临界应力何者高？为什么？ 荷载作用在下翼缘发生侧向扭转时对剪切中心产生的附加力矩将约束梁的扭转；荷载作用在上翼缘发生侧向扭转时对剪切中心产生的附加力矩将促使梁的扭转。 31．为什么要验算梁的刚度？如何验算？ 32.拉弯和压弯构件概念 33.何为拉弯或压弯构件的强度极限状态？拉弯和压弯构件的强度如何进行验算？ 34.说明压弯构件在弯矩作用平面的失稳的概念及压弯构件在弯矩作用内的弯形，称为弯矩作用平面内丧失稳定性。 35.试述压弯构件弯矩作用平面外失稳的概念。 36.分析压弯构件存在的初始缺陷在平面内稳定验算公式中如何体现的。 39.单轴对称的压弯构件和双曲对称的压弯构件弯矩作用平面内稳定验算内容是否相同？ 40. 初弯曲、初偏心和残余应力对轴心受压构件整体承载力有何影响？现行钢结构设计规范关于轴心压杆整体稳定设计如何考虑这些因素的影响？原因是什么？
41．为什么要考虑梁的整体稳定性？影响梁的整体稳定因素有哪些？影响结果如何？如何提高梁的整体稳定？
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