土木工程材料

　　要求：

　　1．熟悉土木建筑工程主要材料的分類(lèi)及特性；

　　2．熟悉混凝土強度等級及配合比計算；

　　3．了解主要裝飾材料的基本知識。

　　鋼筋

　　將生鐵（含碳量高于2．06%）在煉鋼爐中冶煉，將含碳量降低到指定范圍，并控制其它雜質(zhì)含量后得到鋼。

　　（一）鋼材分類(lèi)

　　1、按化學(xué)成分分類(lèi)有：碳素鋼、合金鋼：

　　碳素鋼分為：低碳鋼（C；<0．25%）；中碳鋼（C：0．25%～0．60%）；高碳鋼（C：>0．60%）。

　　合金鋼：含有某些用來(lái)改善鋼材性能的合金元素，如Si、Mn、Ti、V等。合金元素總含量小于5%為低合金鋼；5%～10%為中合金鋼；大于10%為高合金鋼。

　　2、按用途分類(lèi)：分為結構鋼、工具鋼和特殊鋼（如不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等）。

　　3、按脫氧程度分類(lèi)：脫氧充分者為鎮靜鋼及特殊鎮靜鋼（代號Z及TZ），脫氧不充分者為沸騰鋼（F），介于二者之間為半鎮靜鋼（b）。

　　建筑鋼材多為普通碳素鋼結構鋼的低碳鋼與低合金鋼結構鋼。

　　（二）鋼材的力學(xué)性能與工藝性能

　　1．抗拉性能。抗拉性能是建筑鋼材最重要的性能。表征抗拉性能的技術(shù)指標有：屈服點(diǎn)、抗拉強度及伸長(cháng)率。

　　（1）屈服點(diǎn)。設計時(shí)，一般以屈服強度或壓服點(diǎn)作為強度取值的依據。

　　（2）抗拉強度。在設計中，一定范圍內，屈強比小則表明鋼材在超過(guò)屈服點(diǎn)工作時(shí)可靠性較高，較為安全。太小了則反映鋼材不能有效的被利用。

　　（3）伸長(cháng)率。表征了鋼材的塑性變形能力。越大越好。

　　2．冷彎性能。冷彎性能指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，它表征在惡劣變形條件下鋼材的塑性，試件按規定條件彎曲，若彎曲處的外表面無(wú)裂斷、裂縫或起層，即認為冷彎性能合格。能揭示內應力，雜質(zhì)等缺陷，可用于焊接質(zhì)量的檢驗，能揭示焊件在受彎表面裂紋，雜質(zhì)等缺陷。

　　3．沖擊韌性。沖擊韌性指鋼材抵抗沖擊載荷的能力。對直接承受動(dòng)荷載而且可能在負溫下工作的重要結構，必須進(jìn)行沖擊韌性檢驗。

　　4．硬度。硬度指表面層局部體積抵抗壓入產(chǎn)生塑性變形的能力。表征值常用布氏硬度值HB表示。

　　5．耐疲勞性。在反復荷載作用下，鋼材在遠低于抗拉強度時(shí)突然發(fā)生斷裂，稱(chēng)為疲勞破壞。疲勞破壞的危險應力用疲勞極限表示，其含義是：試件在交變應力下工作，在規定的周期基數內不發(fā)生斷裂的最大應力。

　　6．焊接性能。可焊性主要指焊接后在焊縫處的性質(zhì)與母材性質(zhì)的一致程度。

　　例題：（　　）性能表征在惡劣變形條件下鋼材的塑性，能揭示內應力，雜質(zhì)等缺陷。

　　A．焊接性能

　　B．耐疲勞性

　　C．伸長(cháng)率

　　D．冷彎性能

　　答案：D

　　（三）、鋼材的化學(xué)成分

　　1．碳（C）；當含碳量小于o.8%時(shí)，C含量增加將使抗拉強度及硬度提高，但塑性與韌性將降低，焊接性能、耐腐蝕性能也下降。

　　2．硅（Si）：當小于等于1%時(shí)，Si含量的增加可顯著(zhù)提高強度及硬度，而對塑性及韌性無(wú)顯著(zhù)影響。

　　3．錳（Mn）：在一定限度內，隨Mn含量的增加可顯著(zhù)提高強度并可消減因氧與硫引起的熱脆性。改善熱加工性能。

　　4．硫（S）：為有害元素，有強烈的偏析作用，使機械性能、焊接性能下降（引起熱裂紋）。

　　5．磷（P）；為有害元素，含量的增加可提高強度，塑性及韌性顯著(zhù)下降。

　　有強烈的偏析作用，引起冷脆性，焊接性下降。但可提高耐磨性及耐腐蝕性。

　　例題：鋼材的化學(xué)成分中：在一定限度內，隨〔　　〕含量的增加可顯著(zhù)提高強度并可消減因氧與硫引起的熱脆性，改善熱加工性能。

　　A．S

　　B．Si

　　C．Mn

　　D．P

　　答案：C

　　（四）土木建筑常用鋼材

　　1、碳素結構鋼

　　碳素結構鋼指一般的結構鋼，碳素結構鋼的牌號包括四個(gè)部分，依順序為：屈服點(diǎn)字母（Q）、屈服點(diǎn)數值（單位為MPa）、質(zhì)量等級（分為A．B．C．D四級，逐級提高）、脫氧方法符號（F為沸騰鋼，B為半鎮靜鋼，Z為鎮靜鋼，TZ為特殊鎮靜鋼。但表示中如遇Z、TZ可省略）。

　　例1，Q235—A．F，表示屈服點(diǎn)為235MPa，A級沸騰鋼。

　　例2，Q235-B，表示屈服點(diǎn)為235MPa，B級鎮靜鋼。

　　碳素結構鋼依據屈服點(diǎn)Q數值的大小被劃分為五個(gè)牌號，Q195，Q215，Q235，Q255，Q275，依牌號升序，含碳量及抗拉強度增大，但冷彎性及伸長(cháng)率呈下降趨勢。 建筑工程中主要應用的碳素鋼是Q235號鋼，可軋制各種型鋼、鋼板、鋼管與鋼筋。Q235號鋼廣泛用于一般鋼結構。其中C．D級可用在重要的焊接結構。

　　Q195、Q215號鋼材強度較低，但塑性、韌性較好，易于冷加工，可制作鉚釘、鋼筋。

　　Q255、Q275號鋼材強度高，但塑性、韌性、可焊性差，可用于鋼筋混凝土配筋及鋼結構中的構件及螺栓等。

　　選用鋼材時(shí)，還要根據工程結構的荷載類(lèi)型（動(dòng)荷載或靜荷載）、連接方式（焊接或鉚接）及環(huán)境溫度等，綜合考慮鋼材的牌號、質(zhì)量等級、脫氧方法加以選擇。如受動(dòng)荷載、焊接結構、在低溫情況下工作的結構，不能選用A．B質(zhì)量等級鋼材及沸騰鋼。

　　2、低合金高強度結構鋼

　　低合金高強度結構鋼是在碳素結構鋼的基礎上，少量添加若干合金元素而成。提高強度、韌性、耐磨性及耐腐蝕性。

　　3、型鋼、鋼板：

　　熱軋鋼板按板厚分兩種：

　　（1）中厚板，厚度大于4mm；

　　（2）薄板，厚度為0.35-4mm.冷軋鋼板只有薄板一種，厚度為0.2-4mm.

　　 4、鋼筋（P68）

　　（1）熱軋鋼筋I(lǐng)級鋼筋（表面光圓，）的強度較低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，廣泛用作普通混凝土中非預應力鋼筋，Ⅱ級與Ⅲ級鋼筋的強度較高，塑性及焊接性也較好，廣泛用作大、中型鋼筋混凝土結構的受力鋼筋。

　　（2）冷加工鋼筋在常溫下對鋼筋進(jìn)行機械加工（冷拉、冷拔、冷軋），使其產(chǎn)生塑性變形，從而達到提高強度（屈服點(diǎn)）、節約鋼材的目的，這種方法稱(chēng)為冷加工。經(jīng)冷加工后，雖鋼筋的強度有所提高，但其塑性、韌性有所下降。

　　（3）熱處理鋼筋熱處理鋼筋是以熱軋的螺紋鋼筋經(jīng)淬火和回火調質(zhì)處理而成，即以熱處理狀態(tài)交貨，成盤(pán)供應，每盤(pán)長(cháng)約200m.預應力混凝土用熱處理鋼筋強度高，可代替高強鋼絲使用，配筋根數少，預應力值穩定，主要用作預應力鋼筋混凝土軌枕，也可用于預應力混凝土板、吊車(chē)梁等構件。

　　（4）碳素鋼絲、刻痕鋼絲和鋼絞線(xiàn)預應力混凝土需使用專(zhuān)門(mén)的鋼絲，這些鋼絲用優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼經(jīng)冷拔、熱處理、冷軋等工藝過(guò)程制得，具有很高的強度，安全可靠且便于施工。預應力混凝土用鋼絲分為碳素鋼絲（矯直回火鋼絲，代號J）、冷拉鋼絲（代號L）及矯直回火刻痕鋼絲（代號JK）三種。

　　碳素鋼絲（矯直回火鋼絲）。由含碳量不低于0．8%的優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼盤(pán)條，經(jīng)冷拔及回火制成。碳素鋼絲具有很好的力學(xué)性能，是生產(chǎn)刻痕鋼絲和鋼絞線(xiàn)的母材。

　　刻痕鋼絲。將碳素鋼絲表面沿長(cháng)度方向壓出橢圓形刻痕，即為刻痕鋼絲。壓痕后，成盤(pán)的刻痕鋼絲需作低溫回火處理后交貨。

　　鋼絞線(xiàn)。鋼絞線(xiàn)是將碳素鋼絲若干根，經(jīng)絞捻及熱處理后制成。鋼絞線(xiàn)強度高、柔性好，特別適用于曲線(xiàn)配筋的預應力混凝土結構、大跨度或重荷載的屋架等。

　　鋼絲和鋼絞線(xiàn)主要用于大跨度、大負荷的橋梁、電桿、枕軌、屋架、大跨度吊車(chē)梁等，安全可靠，節約鋼材，且不需冷拉、焊接接頭等加工，因此在土木建筑工程中得到廣泛應用。