第二章 材料的物理力学性能

• S：含量↑使强度↑塑性、韧性、性能冷弯、可焊性↓；
高温时使钢材变脆－热脆现象。 • P：低温时使钢材变脆－冷脆现象；其它同S
• O、N：O同S；N同P，控制含量≤0.008%
2、冶金与轧制的影响
• 冶金的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用Mn为脱氧剂， 时间快，价格低，质量差；镇静钢用Si为脱氧剂，时 间慢，价格高，质量好。 • 反复的轧制可以改善钢材的塑性，同时可以使钢材中 的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密 实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性 能提高。
第三节 影响钢材性能的主要因素
1、化学成份 2、冶金及轧制 3、冷作硬化与时效硬化 4、复杂应力与应力集中 5、残余应力 6、温度
1、化学成份的影响
基本成份为Fe，炭钢中含量占99％，C、Si、Mn为杂质元 素，S、P、N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。
• C：含C↑使强度↑塑性、韧性、可焊性↓，应控制在≤0.22%， 焊接结构应控制在≤0.20%。 • Si：含Si适量使强度↑ 其它影响不大，有益，应控制≤0.1~0.3 % • Mn：含Si适量使强度↑ 降低S、O的热脆影响，改善热加工性能， 对其它性能影响不大，有益。
第二节 钢材的主要机械性能
一、单向拉伸试验曲线
根据钢材单向拉伸性能曲线，工程应用中，钢材的性能 按理想弹塑性体考虑，fy定为钢材拉、压强度标准值。
二、钢材的主要机械性能
1.
2. 3.
4.
5.
强度：fy 强度设计标准值，设计依据；fu钢材的最大 承载强度，安全储备。 塑性－δ5（δ10），钢材产生塑变时而不发生脆性断裂 的能力，便于内力重分布，吸收能量，重要指标。 冷弯性能－90o、180o，在冷加工过程中产生塑性变形 时，对产生裂纹的敏感性，是判别钢材塑性及冶金质 量的综合指标。 韧性－冲击韧性αk，钢材在一定温度下塑变及断裂过 程中吸收能量的能力，用于表征钢材承受动力荷载的 能力（动力指标），按常温（20o）、零温（0o） 、负 温（-20o、-40o）区分 。 可焊性－表征钢材焊接后具备良好焊接接头性能的能 力－不产生裂纹，焊缝影响区材性满足有关要求。
第二章 建筑材料 2.1 钢材
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第一节 பைடு நூலகம்二节 第三节 第四节
建筑结构用钢的基本要求 钢材的主要机械性能 影响钢材性能的主要因素 建筑结构用钢的种类及选择
第一节 建筑结构用钢的基本要求
一基本要求 钢材种类繁多，规格、用途也不相同，对建筑结构用钢来 说，主要有三方面的要求。 1、较高的强度：结构的承载力大，所需的截面小，结构 的自重轻； 2、较好的塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性破坏；韧 性好，利于承受动力荷载； 3、良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯性能以 及耐腐性能； ● 据上要求,《钢结构设计规范》GB50017-2003推荐承重 结构用钢宜采用：炭素结构钢中的Q235钢及低合金高 强结构钢中的Q345、Q390和Q420钢四种钢材。 二、化学成分
Q235A 钢的保证项目中，碳含量、冷弯试验合格和冲击韧性值并未 作为必要的保证条件，所以只宜用于不直接承受动力作用的结构中。当 用于焊接结构时，其质量证明书中应注明碳含量不超过 0.2%。
当选用 Q235A 、 B 级钢时，还需要选定钢材的脱氧方法。
连接所用钢材，如焊条、自动或半自动焊的焊丝及螺栓的钢材应与 主体金属的强度相适应。
2.5.3 型钢规格
钢结构构件一般宜直接选用型钢，这样可减少制造工作量，降低 造价。型钢尺寸不够合适或构件很大时则用钢板制作。型钢有热 轧及冷成型两种。
1 ．热轧钢板
热轧钢板分厚板及薄板两种，厚板的厚度为 4.5~60mm(广泛用来 组成焊接构件和连接钢板)，薄板厚度为0.35~4mm(冷弯薄壁型钢 的原料)。在图纸中钢板用“-厚 x 宽 x 长（单位为毫米）”前面 附加钢板横断面的方法表示，如：-12 x800x 2100等。
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
几个指标： 屈服强度：是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将发生很大 的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复，这会使钢筋混凝土 构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有 关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。 延 伸 率：钢筋拉断后的伸长值与原长的比率，是反映钢筋塑性 性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。 s
RRB400级(Ⅳ级)钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混 凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。
延伸率d5=25、16、14、10%，直径8~40。
2.2 钢筋的物理力学性能
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
钢丝，中强钢丝的强度为800~1200MPa，高强钢丝、钢绞线 的为 1470 ~1860MPa；延伸率d10=6%，d100=3.5~4%；钢丝的 直径3~9mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、 三股和七股钢绞线，外接圆直径9.5~15.2 mm。中高强钢丝和 钢绞线均用于预应力混凝土结构。 冷加工钢筋是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加 工后而成。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。 但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。近年来，冷加工钢筋的品 种很多，应根据专门规程使用。 热处理钢筋是将Ⅳ级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处 理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于预 应力混凝土结构。
2.5.2 钢材的选择
选择钢材的目的是要做到结构安全可靠，同时用材经济合理。为此， 在选择钢材时应考虑下列各因素：
1. 结构或构件的重要性；
2.荷载性质（静载或动载） ; 3. 连接方法（焊接、铆接或螺栓连接） ;
4.工作条件（温度及腐蚀介质）。
对于重要结构、直接承受动载的结构、处于低温条件下的结构及焊 接结构，应选用质量较高的钢材。
HRB335级： fyk = 335 N/mm2
HRB400级、RRB400级： fyk = 400 N/mm2
2.2 钢筋的物理力学性能
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
HPB235级(Ⅰ级)钢筋多为光面钢筋，多作为现浇楼 板的受力钢筋和箍筋。 HRB335级(Ⅱ级)和 HRB400级(Ⅲ级)钢筋强度较高， 多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件， 也有用Ⅱ级钢筋作箍筋以增强与混凝土的粘结，外形 制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋。
4、复杂应力与应力集中的影响
• 钢材在多向同号应力场作用下，一向的变形受到另一向 的限制，而使钢材强度增加，塑性、韧性下降，异号应 力场时则相反。 • 钢构件由于截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因而 使构件内产生应力集中，应力集中实际为：局部应力增 大并多为同号应力场。
5、残余应力的影响
• 钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在构件内部自 相平衡的内力（P26,图2.10）,残余应力虽对构件的强 度无影响，但对构件的变形（刚度）、疲劳以及稳定承 载力产生不利影响（后续章节中将详细介绍）。
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
2.1 钢筋的物理力学性能
2.1.1钢筋的品种和级别 热轧钢筋、冷加工钢筋(冷拉和冷拔)和中高强钢丝和钢绞线、 热处理钢筋
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3 ．冷弯薄壁型钢
是用 2~6mm 厚的薄钢板经冷弯或模压而成型的（如图示）。压型 钢板是近年来开始使用的薄壁型材，所用钢板厚度为 0.4~2mm ，用 做轻型屋面等构件。
热轧型钢的型号及截面几何特性见书后附表 1 ~附表 6 。薄壁 型钢的常用型号及截面几何特性见 《 冷弯薄壁型钢结构技术规范 》 GB 50018 一 2002 的附录。
3、冷作硬化与时效硬化
• 由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性 下降，增加脆性的现象称之为硬化现象。 • 冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生 塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。 • 钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形 成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化”现象称之 为时效硬化。
2 ．热轧型钢
角钢——有等边和不等边两种。等边角钢，以边宽和厚度表示，如 L100 x10为肢宽 100 mm 、厚 10mm 的等边角钢。不等边角钢， 则以两边宽度和厚度表示，如 L100 x 80 x10 等。
槽钢——我国槽钢有两种尺寸系列，即热轧普通槽钢与热轧轻型槽钢。 前者的表示法如［ 30a ，指槽钢外廓高度为 30cm 且腹板厚度为最薄的 一种；后者的表示法例如［ 25Q ，表示外廓高度为 25cm , Q 是汉语拼 音“轻”的拼音字首。同样号数时，轻型者由于腹板薄及翼缘宽而薄， 因而截面积小但回转半径大，能节约钢材减少自重。不过轻型系列的实 际产品较少。 工字钢——与槽钢相同，也分成上述的两个尺寸系列：普通型和轻型。 与槽钢一样，工字钢外轮廓高度的厘米数即为型号，普通型者当型号较 大时腹板厚度分 a 、 b 及c三种。轻型的由于壁厚已薄故不再按厚度划 分。两种工字钢表示法如： I32c , I32Q 等。 H 型钢和剖分 T 型钢——热轧 H 型钢分为三类：宽翼缘 H 型钢 （ HW ）、中翼缘 H 型钢（ HM ）和窄翼缘 H 型钢（ HN ）。 H 型钢 型号的表示方法是先用符号 HW 、 HM 和 HN 表示 H 型钢的类别，后 面加“高度（毫米） x 宽度（毫米） ” , 例如HW300x300 ，即为截面 高度为 300mm ，翼缘宽度为 300mm 的宽翼缘 H 型钢。剖分 T 型钢也 分为三类，即：宽翼缘剖分 T 型钢（ TW ）、中翼缘剖分 T 型钢 ( TM ） 和窄翼缘剖分 T 型钢( TN ）。剖分 T 型钢系由对应的 H 型钢沿腹板中 部对等剖分而成。其表示方法与 H 型钢类同。
第四节 建筑结构用钢的种类与选择
一、钢材的牌号表示方法及结构用钢的种类