第2章 建筑钢材
建筑钢材
第二章建筑钢材一、判断题2-1B在结构设计时，屈服点是确定钢材强度取值的依据。
( √)2-2B碳素钢的牌号越大，其强度越高，塑性越好。
( X )2-3B钢含磷较多时呈热脆性，含硫较多时呈冷脆性。
( X )2-4B对钢材冷拉处理，其强度提高，而塑性和韧性降低。
( √)2-5B 一般来说，钢材硬度愈高，强度也愈大。
( √)2-6B所有钢材都会出现屈服现象。
( X )2-7B钢材冶炼时常把硫、磷加入作为脱氧剂。
( X )2-8B根据有害杂质的不同，将钢材可分为镇静钢、半镇静钢、沸腾钢及特殊镇静钢。
( X ) 2-9B所有钢材都是韧性材料。
( X )2-10B碳素钢中含碳量越高，强度越高，塑性越差。
( √)二、填空题2-1C碳素钢按含碳量的多少分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
建筑上多采用低碳钢。
2-2C碳素结构钢随着牌号的增大，其拉伸3指标中屈服强度和抗拉强度提高，伸长率降低。
2-3C Q235-A·Z是表示碳素结构钢的屈服点σs≥235MP，质量等级为A脱氧程度为镇静钢。
2-4C低碳钢受拉直至破坏，经历了弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和紧缩阶段4个阶段。
三、选择题2-1D有一种广泛用于建筑业的金属在自然界储藏极丰富，几乎占地壳总重的8.13%，占地壳全部金属含量的1/3，它是下列哪一种？( B )A．铁B．铝C．铜D．钙2-2D钢是指含碳量小于2%的铁碳合金，而含碳量大于2%时，则称为( B )。
A．熟铁B．生铁C．合金铁D．马口铁2-3D钢材按化学成分可分为以下哪几种钢？( D )I．碳素钢Ⅱ．结构钢Ⅲ．镇静钢Ⅳ．锰钢V.合金钢A.I、Ⅲ、ⅣB.I、Ⅳ、VC.I、Ⅲ、Ⅳ、VD.I、V2-4D建筑钢材是在严格的技术控制下生产的材料，下面哪一条不属于它的优点？( B ) A．品质均匀、强度高B．防火性能好C．有一定的塑性和韧性，具有承受冲击和振动荷载的能力D．可以焊接或铆接2-5D反映钢材工艺性能的指标有哪些？( C )I．抗拉强度Ⅱ，冷弯性能Ⅲ．冲击韧性Ⅳ．硬度V.焊接性能A.I、Ⅱ、ⅢB.Ⅱ、Ⅲ、ⅣC.Ⅱ、VD.I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ2-6D低碳钢的含碳量为( A )。
第2章 建筑钢材 选择题
第2章建筑钢材作业（1~10题为单项选择题）1. 钢结构设计时，热轧带肋钢筋以( B )强度作为设计计算取值的依据。
A. 比例极限B. 屈服强度C. 抗拉强度D. 条件屈服强度2. 钢与铁以含碳量( D )％为界，含碳量小于这个值时为钢，大于这个值时为铁。
A. 0.25B. 0.60C. 0.80D. 2.03.下列钢材中，塑性及可焊性均最好的为( D )。
A. Q215B. Q275C. Q235D. Q1954. 低温焊接钢结构宜选用的钢材为( C )。
A. Q195B. Q235-AFC. Q235-DD. Q235-B5. 钢材的屈强比能反映钢材的( C )。
A. 利用率B. 结构安全可靠程度C. 利用率和结构安全可靠强度D. 抗拉强度6. 下列建筑钢材中( B ).未经冷加工强化与时效处理。
A. 冷轧带肋钢筋B. 预应力混凝土用热处理钢筋C. 冷拔低碳钢丝D. 冷轧扭钢筋7. 钢材在应力低于( A )时，应力σ与应变ε的比值为一常数，称为弹性模量A. 比例极限B. 屈服强度C. 抗拉强度D. 条件屈服强度8. 以下化学元素中，( D )对钢材是有害的。
A. 锰B. 碳C. 硅D. 氧9. ( A )在建筑工程中不能进行焊接使用。
A. 预应力混凝土用热处理钢筋B. H型钢C. 热轧带肋钢筋D. 冷弯薄壁型钢10. HRB335是( C )的牌号。
A．热轧光圆钢筋B．低合金结构钢C．热轧带肋钢筋D．碳素结构钢。
土木工程材料第2章 建筑钢材ppt
Fb b A0
Fb——最大拉力，N。 试验时，一般以
钢材出现颈缩为准。
值得注意：强屈比的概念
可靠性参数
b 强屈比 s
值越大,可靠性越高,安全性越高, 但利用率降低，浪费增大。
23
强屈比一般不低于1.2，抗震结构一般不低于1.25。
(3)伸长率：塑性指标。
L1 L 0 100 % L0
26
2. 硬钢(高碳钢)的拉伸性能
σ
A
0
b a
0.2%
ε
硬钢抗拉强度高，塑性差， 拉伸过程无明显屈服阶段， 无法直接测定屈服强度。规 范以残余变形达到试件原始 长度L0的0.2%时所应力的应 力值，作为屈服强度，也称 为条件屈服强度。σ0.2表示。 条件屈服点σ0.2 ：使硬钢产生 0.2%塑性变形时的应力。见 左图。
34
常见的冷加工方式：
(2)冷拔-是将光圆钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔
冷拔比纯拉伸作用强烈，钢筋受拉、挤压作用。 如：经过一次或多次的冷拔后得到的冷拔低碳钢丝， 屈服点可提高40%～60%，但失去软钢的塑性和韧性， 而具有硬钢的特点。
拉拔模孔
35
常见的冷加工方式：
(3)冷轧将圆钢在冷轧机上轧成断面形状规则的钢筋。
32
三、钢材的冷加工强化和时效
1.冷加工强化
冷加工强化是钢材在常温下，以超过其屈服点但不超过 抗拉强度的应力对其进行的加工。
冷加工强化的原理： 钢材在塑性变形中，发生晶格变形、 破碎和歪扭，从而对晶格的进一步滑移将起到阻碍作用，故 钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低。由于塑性变形中产生 内应力，故钢材的弹性模量Ｅ降低。 建筑钢材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等 。 对钢材进行冷加工的目的，主要是利用时效提高强度， 利用塑性节约钢材，同时也达到调直和除锈的目的。
钢结构钢结构快速入门教材第一、二章
第一章概论第一节钢结构的特点和应用钢结构的特点：钢结构构件较小，质量较轻，便于运输和安装，便于装拆、扩建。
适用于跨度大、高度高，承载重的结构。
1.钢材的材质均匀，质量稳定，可靠度高；2.钢材的强度高，塑性和韧性好，抗冲击和抗振动能力强；3.钢结构工业化程度高，工厂制造，工地安装，加工精度高，制造周期短，生产效率高，建造速度快；4.钢结构抗震性能好；5.耐腐蚀和耐火性差。
第二节钢结构的应用范围一、大跨度结构：体育场、馆、会展中心、会堂、剧场、飞机库、机车库等。
二、高层建筑：纽约的西尔斯大厦共110层，总高443m；深圳的地王商业大厦总高368m；上海金茂大厦共88层，总高420.5m。
三、工业建筑设有大吨位吊车，炼钢车间，船体车间，水压机车间。
四、轻钢结构后面重点讲解。
五、高耸结构(塔桅结构)高压输电塔，微波站，雷达站，火箭发射塔，海洋石油平台。
随着现代建筑技术发展，塔桅结构由单一功能向多功能方向发展，如加拿大多伦多的电视塔为全钢结构，我国黑龙江省336m高的全钢结构多功能电视塔。
六、活动式结构水工钢闸门，升船机，三峡的升船机120×18×3.5m，最大提升高度113m，重11800T。
七、可拆卸或移动的结构钢栈桥、移动式平台，发挥钢结构重量轻，便于运输和安装的优点。
加拿大已建成120多万吨，可容纳5000多人的海上采油平台。
八、高压容器和大直径管道三峡水利枢纽工程中的发电机组压力钢管内径达12.4m，钢管壁厚60mm。
九、抗震要求高的结构十、特种结构钢烟囱、钢水塔，纪念性建筑（北京的中华世纪坛）城市大型雕塑（南海大佛）。
第三节现代建筑钢材的发展一、高强度钢材随着人们对结构性能要求的提高，研制和应用高强度钢材、优质钢和各种低合金钢，如Q345（16锰钢）、Q390（15锰钒钢）、Q420（15锰钒氮钢），有些西方国家已把钢材的屈服强度为700～800Mpa或更高强度的低合金钢列入设计规范。
建筑材料综合练习题
《建筑材料》课程综合练习题第一章绪论习题一、填空题1、材料的密度是指材料在状态下单位体积的质量。
2、反映材料密实程度的量是和___，两者之和为_ .3、是指材料在水中能吸收水分的性质，其大小用表示.4、是指材料在在潮湿的空气中吸收空气中水分的性质,其大小用表示.5、当材料中的水分与空气湿度相平衡时的含水率称为______。
6、抗渗性是指材料抵抗压力水的性质。
材料的抗渗性可用或表示.7、材料的抗冻性以材料在吸水饱和状态下能经受多次_ _而不破坏，同时强度也不显著降低的性质.用来表示。
8、材料加热时吸收热量、冷却时放出热量的性质,称为。
其大小用表示。
9、材料受力破坏时，无显著的变形而突然断裂的性质称为____。
二、单项选择题1、同一种材料的密度、体积密度和堆积密度三者之间的大小关系表达正确的是（）。
A、密度>体积密度〉堆积密度B、密度〈体积密度〈堆积密度C、密度>堆积密度>体积密度D、密度<堆积密度<体积密度2、孔隙率增大，材料的(）降低。
A、密度B、体积密度C、憎水性D、抗冻性3、材料的孔隙率增大时,其性质保持不变的是（）。
A、体积密度B、堆积密度C、密度D、强度4、一般情况下，材料的孔隙率小且连通孔隙少时，其下列性质中表述不正确的是（）。
A、强度较高B、吸水率小C、抗渗性好D、抗冻性差5、材料在水中吸收水分的性质称为( ）.A、吸水性B、吸湿性C、耐水性D、渗透性6、含水率表示材料的（）。
A、耐水性B、吸水性C、吸湿性D、抗渗性7、材料吸水后，将使材料的（）提高.A、耐久性B、强度和导热系数C、密度D、体积密度和导热系数8、水附于憎水性材料表面上时,其润湿边角为( )。
A、0oB、〉90oC、≤90oD、<90o9、同种材料，孔隙率较大者其抗冻性( ）。
A、较差B、较好C、不一定好,也不一定差D、无关10、为了达到保温绝热的目的，在选择建筑物维护结构材料时,应选用( ）的材料.A、导热系数小，比热容也小B、导热系数大，比热容小C、导热系数小，比热容大D、导热系数大，比热容也大三、计算题【1】已知某卵石的质量为10.6g，在自然状态下的体积体积为4.06cm3,用李氏瓶法,排除的水的体积为4ml，现总共有这样的卵石3360kg，堆积体积为2m3，求石子的密度、表观密度、堆积密度、孔隙率和空隙率.【2】某材料的全干质量为100g，自然状态体积为40㎝3，绝对密实状态下体积为33㎝3，浸水饱和后质量为105 g 。
建筑材料-钢材-钢材基本性能
3）疲劳破坏是在低应力状态下突然发
生的，所以危害极大，往往造成灾难性 的事故。
钢材疲劳曲线示意图
4）疲劳影响因素
疲劳受内部组织和表面质量双重那个影 响。
2.2.1.4 钢材的硬度
1）定义：
硬度是指钢材抵抗硬物体压入钢材的表面的能 力。是材料弹性、塑性、变形强化率、强度和 韧性等参数的综合指标。
布氏法
2.2.1.2 冲击韧性
4）影响冲击韧性的因素
硫、磷含量高，存在化学偏析，
含非金属夹杂物，焊接形成裂纹， 温度降低等，均会降低冲击韧性。
内部组织缺陷、冶金和轧制焊接
质量等关系大。
失效敏感性越大钢材，时效后冲
击韧性和强度降低迅速。
对于承受冲击荷载和振动荷载部
位的钢材，必须考虑冲击韧性。
冲击荷载 钢板 脆断 塑性变形
土木工程材料 第二章 建筑钢材
学习目标
通过本章的学习： （ 1）掌握钢材力学 性能的几个指标参 数：抗拉、冷弯、 冲击韧性、耐疲劳 和硬度等；
本章内容
2.1 建筑钢材基本知识 2.1.1 建筑钢材概述
2.1.2 钢的冶炼加工及其对钢
材质量的影响 2.1.3 钢的分类 2.1.4 钢材的加工 2.2 建筑钢材的主要技术性能 2.2.1 力学性能 2.2.2 工艺性能
长度与原来长度的百分比，伸长率 按试棒长度的不同分为：试棒的标 距等于5倍直径，短试棒求得的伸长 率，代号为 δ5 ；试棒的标距等于 10 倍直径，长试棒求得的伸长率，代 号为δ10。伸长率是钢材发生断裂时 所能承受的永久变形的能力。
l1 l0 1000 0 l0
δ——试件的伸长率，%； l0——拉伸前的标距长度； l1——拉断后的标距长度； l0——拉伸前的标距长度； l1——拉断后的标距长度。
湖南大学等四校合编《土木工程材料》(第2版)配套题库-课后习题【圣才出品】
第一部分课后习题第一章土木工程材料的基本性质1-1．当某一建筑材料的孔隙率增大时，表1-1内的其他性质将如何变化（用符号填写：↑增大，↓下降，—不变，？不定）？表1-1孔隙率密度表观密度强度吸水率抗冻性导热性↑—↓↑↑↑↓1-2．烧结普通砖进行抗压试验，测得浸水饱和后的破坏荷载为185kN，干燥状态的破坏荷载为207kN（受压面积为115mm×120mm），问此砖的饱水抗压强度和干燥抗压强度各为多少？是否适宜用于常与水接触的工程结构物？答：（1）饱和抗压强度：。
（2）干燥抗压强度：'207'15115120F kNf MPaA mm mm===⨯。
（3）软化系数：。
由于0.89＞0.85，属于耐水性材料，适宜用于常与水接触的工程结构物。
1-3．块体石料的孔隙率和碎石的孔隙率各是如何测试的？了解它们各有何工程意义？答：（1）为测定块体石料的孔隙体积，可将准备好的干燥试样，放在密封容器内，自试样中抽出空气，在一定真空度下使试样被液体所饱和。
完全充满孔隙空间的液体体积等于试样的孔隙体积。
为了精确地测量孔隙体积可利用压缩的氦，它具有超流性，能深入微细的孔中。
（2）碎石的孔隙率可用如前所述可将液态氦或其他介质充入孔隙中，以求得孔隙体积，一般采用试验与计算相结合的方法，先测出干燥材料的密度（ρ）与表观密度（0ρ），然后按下式计算孔隙率：（3）了解孔隙率对于在不同工程或工程的不同部位选择材料具有重要意义，例如对于保温隔热或吸声材料，材料应具有较大的孔隙率，而对于高强度或不透水的材料，则应具有很低孔隙率，知道了上述特点能够方便指导我们科学合适的选用土木工程材料。
1-4．某岩石的密度为2.75g／cm3，孔隙率为1.5％；今将该岩石破碎为碎石，测得碎石的堆积密度为1560kg／m3。
试求此岩石的表观密度和碎石的空隙率。
答：由孔隙率的公式可得：表观密度为：ρ=（1-P）×ρ＝(1-1.5%)×2.75＝2.71g/cm3；则碎石空隙率P为：=1-（1.56/271）=42.4%。
建筑钢材单章思考题(答案)
第二章建筑钢材思考题与习题：一、填充1、钢材按化学成分分为碳素钢、合金钢；按脱氧程度分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。
2、钢材的塑性通常用拉伸试验时的伸长率或断面收缩率表示。
3、δ5表示标距长度为5倍钢筋直径的伸长率，δ10表示标距长度为10倍钢筋直径的伸长率，δ100表示标距长度为100mm的伸长率。
4、钢材试件的标距长度是16cm，受力面积是200mm2,达到屈服点时的拉力是45kN，拉断时的拉力是75kN，拉断后的标距长度是，则钢材的屈服强度是225MPa ，极限抗拉强度是375MPa ，伸长率是% 。
表示：钢筋残余应变为%时所对应的应力值。
5、0.26、在我国北方地区选用钢材时，必须对钢材的冲击韧性性能进行检验，确保选用的钢材的脆性临界温度比环境温度低。
7、钢材中主要的有害杂质元素有P 、S 、N 、O 、H 。
8、钢材的冷加工方法主要有冷拉、冷轧、冷拔、冷扭、冷冲。
9、钢材牌号Q235-A-b，Q235表示屈服强度不低于235MPa ，A表示质量等级为A级，b表示半镇静钢。
10、钢材牌号40Si2Mn，40表示含碳量% ，Si2表示Si含量在之间，Mn表示Mn含量在%以下。
11、钢材牌号HRB400，HRB表示热轧带肋钢筋，400表示屈服强度≥400Mpa ；CRB800中CRB表示冷轧带肋钢筋，800表示抗拉强度≥800Mpa 。
12、普通碳素钢的牌号越大，含碳量增加，强度提高，塑性下降，韧性下降，可焊性降低。
13、型钢I20a中，I表示工字钢，20表示型钢高度为20cm ，a表示型号为a型（腹板厚度为a类）。
14、型钢L45×60×8表示不等肢角钢，肢长分别为45、60mm，肢厚8mm 。
15、钢材的腐蚀分为化学腐蚀、电化学腐蚀两种。
二、是非判断题（对的打∨，错的打×）1、材料的屈强比越大，反应结构的安全性高，但钢材的有效利用率低。
（）2、所有钢材都会出现屈服现象。
钢结构工程识图与施工课件第二章
只能生产彩涂薄钢板。
钢材的耐火、耐候性能一般均是在低碳钢或低合金钢中添
加与其相关的合金元素，添加的合金元素可综合提高数种性能
（包括力学性能、Z向性能和可焊性能）。
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2.3 影响钢材性能的因素
2.3.1 化学成分影响 2.3.2 培冶炼、轧制、浇铸和热处理的影响 2.3.3 钢材的硬化 2.3.4 温度的影响 2.3.5 复杂应力作用的影响 2.3.6 应力集中的影响 2.3.7 残余应力的影响 2.3.8 钢材的疲劳
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2．耐候性能
2.2 钢材 的性能
在自然环境下，普通钢材每5年的腐蚀厚度可达～1 mm。如果钢材处于腐蚀气体环境中，则更为严重。
对建筑钢材的耐候性能要求，它只需满足在自然环境下可裸露使用（如输电铁塔等），其耐候性提高到普通
钢材的6～8倍，即可获得良好效果。
同耐火钢一样，耐候钢一般也是在低碳钢或低合金钢中添
储备，屈强比越小，强度储备越大，钢材越安全。屈服点和抗拉强度是钢材强度的两项重要指标。
10
2．塑性
塑性是指钢材破坏前产生塑性变形的能力，可由静力拉伸试验得
到的力学性能指标伸长率A和截面收缩率Z来衡量。A和Z数值越大，表 明钢材塑性越好。
伸长率A等于试件拉断后原标距的塑性变形（即伸长值）与原标距
的比值，以百分数表示，即
18
2.3.1 化学成分的影响
钢的化学成分直接影响钢的颗粒组织和结晶构造，并与钢材力学性能有密切关系。
钢的基本元素是铁（Fe）和少量的碳（C）。碳 素结构钢中纯铁约占99%，其余是碳和硅（Si）、锰 （Mn）等有利元素以及在冶炼过程不易除尽的有害 杂质元素硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）等。 在低合金高强度结构钢中，除上述元素外，还含有 改善钢的某些性能的合金元素，主要有钒（V）、钛 （Ti）、铌（Nb）和铝（Al），以及铬（Cr）、镍 （Ni）、钼（Mo）、稀土（RE）等。其总含量一般 低于3%。在钢中碳和其他元素的含量尽管不大，但 对钢的力学性能却有着决定性的影响。
2.第二章建筑钢材全解
课后思考
从新进货的一批钢筋中抽样，并截取两根钢筋做 拉伸试验，测得如下结果：屈服下限荷载分别为 42.4 kN，41.5 kN；抗拉极限荷载分别为62.0 kN，61.6 kN,钢筋公称直径为12 mm，标距为 60 mm，拉断时长度分别为66.0 mm，67.0 mm。计算该钢筋的屈服强度，抗拉强度及伸长 率。
（三）按冶炼时脱氧程度分类
钢按冶炼时脱氧程度可分为镇静钢、特殊镇 静钢、沸腾钢和半镇静钢。
钢材的化学成分
1、碳(C) — 决定钢材性能的主要元素 含碳量的影响 随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度相应 提高，而塑性和韧性相应降低。 当含碳量超过1%时，钢材的极限强度开始 下降。 含碳量过高还会增加钢的冷脆性和时效敏感 性，降低抗大气腐蚀性和可焊性。
此外，钢材在温度高于723 ℃时，还存在奥 氏体。奥氏体为碳在γ -Fe中的固溶体，溶碳能力
较强，高温时含碳量可达2.06％，低温下降至0.8 ％。其强度、硬度不高，但塑性好。碳钢处于红热 状态时即存在这种组织，这时钢易于轧制成型。
碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响
钢材的化学成分
硅、锰大部分溶于铁素体中，当硅含量小于1％时，可提高 钢材的强度，对塑性、韧性影响不大；锰一般含量在1％～2％之 间，除强化外，能消弱硫和氧引起的热脆性，且改善钢材的热加 工性。硅、锰是我国低合金钢的主要合金元素。 钛是强脱氧剂，钒是碳化物和氮化物的形成元素，二者皆能 细化晶粒，增加强度，常用在建筑的低合金钢中。 磷主要溶于铁素体中起强化作用，同时可提高钢材的耐磨、 耐蚀性，但塑性、韧性显著降低，当温度很低时，对后二者影响 更大。氮溶于铁素体中或呈氮化物形式存在，对钢材性质影响与 C、P相似。二者在低合金钢中可配合其它元素作为合金元素。 硫、氧主要存在于非金属夹杂物中，降低各种力学性能，硫 化物造成的低溶点使钢材在焊接时易于产生热裂纹，显著降低可 焊性，且有强烈的偏析作用；氧有促进时效倾向的作用，氧化物 所造成的低溶点亦使钢的可焊性变坏。
建筑金属材料培训资料
3. 热处理
热处理是将钢材按规定的温度，进行加热、 保温和冷却处理，以改变其组织，得到所需要 的性能的一种工艺。
基本方法：退火、正火、淬火、回火 目的：通过改变钢材组织，得到满足工程建 设要求的钢材。
（２）抗拉强度与屈强比
对应于最高点C的应力称为抗拉强度，用 σb表示。 设计中抗拉强度虽然不能利用，但屈强比 σs／σb有一定意义。 屈强比愈小，反映钢材受力超过屈服点工 作时的可靠性愈大，因而结构的安全性愈 高。但屈强比太小，则反映钢材不能有效 地被利用。
(3) 伸长率
量出拉断后标距部分的长度Ll， 标距的伸长值与原始标距L0的百分率称为 伸长率。即
2．硅(Si)：当小于等于1％时，Si含量的增加可显著提高强 度及硬度，而对塑性及韧性无显著影响。
3．锰(Mn)：在一定限度内，随Mn含量的增加可显著提高强 度并可消减因氧与硫引起的热脆性。改善热加工性能。
4．硫(S)：为有害元素，有强烈的偏析作用，使机械性能、 焊接性能下降（引起热裂纹）。
5．磷(P)；为有害元素，含量的增加可提高强度，塑性及韧 性显著下降。 有强烈的偏析作用，引起冷脆性，焊接性
2.优质碳素结构钢
按国家标准GB/T 699－1999《优质碳素结构钢》 的规定，优质碳素结构钢根据锰含量的不同可 分为：普通锰含量（锰含量＜0.8％）钢和较 高锰含量（锰含量0.7％～1.2％）钢两组。 优质碳素结构钢共有31个牌号，表示方法是： 含碳量、含锰量、脱氧程度 例：10F和45Mn、30 分别表示平均含碳量为0.10％沸腾钢和平均含 碳量为0.45％，较高含锰量的镇静钢。
02建筑钢材
★E越大说明：应力一定，产生的弹性变形越小。 ★它是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。
第2章 建筑钢材
2、强度 （1）屈服强度
屈服过弹性极限σp后，应力在B上至B下小范围内波动，
而应变迅速增长。应力与应变不再成比例，如果卸去外力已出现塑性变 形。
★ 屈强比越小，钢材在受力超过屈服点工作时的可靠性越大，结构
愈安全。但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。 常用碳素钢的屈强比为0.58～0.63，合金钢为0．65～0．75。
第2章 建筑钢材
2、强度
（3）疲劳强度
★ 钢材在交变应力（荷载）的反复作用下，往往在应力远小于其抗拉 强度时就发生破坏，这种现象称为疲劳破坏。
（1）普通质量钢；（2）优质钢；（3）高级优质钢；
第2章 建筑钢材
2.1.6
钢材按用途分为三大类：
（1）结构钢：建筑结构工程中最常用的钢种是碳素结构钢 和低合金高强度结构钢； （2）工具钢：用于各种切削工具的钢；
（3）特种钢：具有特殊性能的钢，如耐酸钢、耐热钢、不 锈钢等；
第2章 建筑钢材
2.1.7 建筑钢材按用途分为两大类：
第2章 建筑钢材
（2）镇静钢：
定义：
用必要数量的硅、锰和铝等脱氧剂进行彻底脱氧而得 到的钢；
名称的由来：
由于钢水脱氧充分，在浇注钢水的时候钢水能够平静 凝固，因此叫做镇静钢；
镇静钢的特点： 结构致密，成分均匀，性能稳定，是质量较好的钢种， 但是产品率低，且成本较高；
第2章 建筑钢材
（3）半镇静钢：
第2章 建筑钢材
2.1.1 按冶炼方式分为三大类 （1）转炉钢；（2）平炉钢；（3）电炉钢 （2）平炉钢：
陈志源《土木工程材料》(第3版)(章节题库 第二章 建筑钢材)【圣才出品】
第二章建筑钢材一、名词解释1．钢材的断后伸长率[南京航空航天大学2014年]答：断后伸长率是指钢材从拉伸至断裂全过程中的塑性变形，断后伸长率越大，反映钢材的塑性变形能力越大。
断后伸长率A的计算公式为式中，L0为试件原始标距，mm；L u为试件断后标距，mm。
2．何谓钢材的冷加工强化[南京航空航天大学2010年]答：钢材的冷加工强化是指冷加工后再经时效处理的钢材，其屈服强度和抗拉极限强度增加，硬度增加，塑性和韧性降低的现象。
3．钢材的屈服点答：钢材的屈服点是指钢材在受载过程中，其应力超过弹性极限后，在外力几乎不增加的情况下，产生显著塑性变形时的最小应力值。
又称屈服极限、屈服强度或流动极限。
有些材料没有明显的屈服阶段，通常规定对应于残余应变为0.2%时的应力值为规定屈服极限，用2.0 表示，以便在工程设计中应用。
4．冷弯性能答：冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是建筑钢材的重要工艺性能。
钢材的冷弯性能指标用试件在常温下所能承受的弯曲程度表示。
弯曲程度则通过试件被弯曲的角度和弯心直径对试件厚度（或直径）的比值来区分。
试验时采用的弯曲角度愈大，弯心直径对试件厚度（或直径）的比值愈小，表示对冷弯性能的要求愈高。
按规定的弯曲角和弯心直径进行试验时，试件的弯曲处不发生裂缝、裂断或起层，即认为冷弯性能合格。
5．时效强化答：钢材的时效强化是指将经过冷加工后的钢材于常温下存放15～20天，或加热到100～200℃并保持一定时间（前者称自然时效，后者称人工时效），使钢材的屈服点进一步提高，抗拉强度稍见增长，塑性和韧性继续有所降低的过程。
6．冷脆性答：当温度降到一定程度时，冲击韧性大幅度下降而使钢材呈脆性的现象称为冷脆性，这一温度范围称为脆性转变温度。
脆性转变温度越低，说明钢的低温冲击韧性愈好。
7．钢材的硬度答：钢材的硬度是指钢材表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力。
测定钢材硬度的方法有布氏法、洛氏法和维氏法，较常用的为布氏法和洛氏法。
土木工程材料1-4章练习题
第一章土木工程材料的基本性质一、选择题1、孔隙率增大，材料的＿B＿降低。
A 密度B 表观密度C 憎水性D 抗冻性2、材料在水中吸收水分的性质称为＿A。
A 吸水性B 吸湿性C 耐水性D 渗透性3、材料的耐水性一般可用＿C＿来表示。
A 渗透系数B 抗冻性C 软化系数D 含水率4、弹性材料具有＿AD＿的特点。
A 无塑性变形B 不变形C 塑性变形小D 恒定的弹性模量5、材料的比强度是＿B＿。
A 两材料的强度比B 材料强度与其表观密度之比C 材料强度与其质量之比D 材料强度与其体积之比二、是非判断题1、某些材料虽然在受力初期表现为弹性，达到一定程度后表现出塑性特征，这类材料称为塑性材料。
F2、某材料含大量开口孔隙，直接用排水法测定其体积，该材料的质量与所测得的体积之比即为该材料的表观密度。
F3、材料吸水饱和状态时水占的体积可视为开口孔隙体积。
T4、在空气中吸收水分的性质称为材料的吸水性。
F5、材料的抗渗性与材料的开口孔隙率关系不大。
F6、材料的冻融破坏主要是由于材料的水结冰造成的。
T三、填空题1、材料的质量与其自然状态下的体积比称为材料的(表观密度)。
2、材料的吸湿性是指材料在＿空气中吸收水分＿的性质。
3、材料的抗冻性以材料在吸水饱和状态下所能抵抗的＿冻融循环次数＿来表示。
4、水可以在材料表面展开，即材料表面可以被水浸润，这种性质称为＿亲水性5、孔隙率越大，材料的导热系数越＿小＿，其材料的绝热性能越＿好＿。
四、名词解释1、密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。
2、材料的空隙率指散粒状材料堆积体积（V）中，颗粒间空隙体积所占的百分率3、堆积密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。
4、表观密度是指粉状或粒状材料在堆积状态下单位体积的质量。
5、材料的弹性材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质。
五、计算题1、质量为3.4kg，容积为10L的容量筒装满绝干石子后的总质量为18.4kg。
《建筑材料》习题集
《建筑材料》习题集第一章：建筑材料的基本性质一、填空题1、大多数建筑材料均应具备的性质，即材料的。
2、材料的及是决定材料性质的基本因素，要掌握材料的性质必须了解材料的、与材料性质之间的关系。
3、建筑材料按化学性质分三大类：、、。
4、建筑材料的技术性质主要有：、、。
5、当水与材料接触时，沿水滴表面作切线，此切线和水与材料接触面的夹角，称。
6、材料吸收水分的能力，可用吸水率表示，一般有两种表示方法：和。
7、材料在水作用下，保持原有性质的能力，称，用表示。
8、材料抵抗压力水渗透的性质称，用或表示。
9、材料抗渗性大小与和有关。
10、材料的变形特征有两种类型和。
11、根据材料被破坏前塑性变形显著与否，将材料分为与两大类。
二、判断题1、材料的组成，即材料的成分。
（）2、密实材料因其V、V o、V′相近，所以同种材料的ρ、ρo、ρ′相差不大。
（）3、松散材料的ρ′o、ρo相近。
（）4、材料的体积吸水率就是材料的开口孔隙率。
（）5、对于多孔的绝热材料，一般吸水率均大于100%，故宜用体积吸水率表示。
（）6、吸水率就是含水率。
（）7、孔隙率又称空隙率。
（）8、冻融破坏作用是从外表面开始剥落逐步向内部深入的。
（）9、由微细而封闭孔隙组成的材料λ小，而由粗大连通孔隙组成的材料λ大。
（）10、传热系数与热阻互为倒数。
（）11、水的比热容最小。
（）三、选择题1、某铁块的体积密度ρo = m /（）。
A、V oB、V孔C、VD、V′o2、某粗砂的堆积密度ρ′o=m/（）。
A、V oB、V孔C、VD、V′o3、散粒材料的体积V′o =（）。
A、V+V孔B、V+V孔+V空C、V+V空D、V+V闭4、材料的孔隙率P=（）。
A、P kB、P bC、P k－P bD、P k+P b5、材料憎水性是指润湿角（）。
A、θ< 90ºB、θ>90ºC、θ=90ºD、θ=06、材料的吸水率有哪几种表示方法（）。
实验手册建筑钢材
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“ 特级优质钢：含硫量≤ 0.015 ％，含磷量≤ 0.025 ％，特级优质钢后加“ E”。
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
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
图 2.1 低碳钢受拉应力 - 应变图
下限 B 下 所S 对应的应力为屈服强度或屈服点，记做
S
。设计时
σ
定以 0.2%残余变形时的应力 σ0.2 作为屈一服般强以度σ。屈作服为强强度度可取按值式的（依据。2.对1 ）屈服计现算象。不明显的钢，规
则反映钢材不能有效地被利用，造成钢材浪费。建筑结构钢合理的屈强比一般为 （ 3）伸长率
0.60 ～ 0.75 。
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2.3.1 钢材的冷加工强化及时效强化
屈服点、达到破坏荷载时产生的变形
42
2.3.1 钢材的冷加工强化及时效强化
应变时效敏感系数C
KV KVS C KV
强度较低的钢筋：自然时效 强度较高的钢筋：人工时效
43
2.3.2 钢材的热处理
热处理是将钢材在固态范围内按一定规则进行加热、 保温和冷却，从而改变其晶相组织和显微结构组织， 获得需要性能的一种综合工艺。 热处理的方法有：退火、正火、淬火、回火 1、退火：是将钢材加热到一定温度，保温后缓慢冷却 （随炉冷却）的一种热处理工艺，按加热温度可分为 低温退火和完全退火。常用于钢材冷加工后，减少冷 加工中产生的缺陷，消除内应力。 目的：是细化晶粒，改善组织，降低硬度，提高塑性， 消除组织缺陷和内应力，防止变形、开裂。
F A
三个重要的指标
C B上 A B下 B D
屈服强度σs
抗拉强度σb
s b
结构设计中钢材强度取值的依据。
b
钢材所能承受得最大应力。 屈强比 屈强比
s p
α
↑
利用率
↑
ห้องสมุดไป่ตู้
安全可靠程度
↓
b
O
L L0
伸长率δ
L1 L0 100% L0
伸长率δ：
s
b
衡量钢材塑性的指标，越大说明钢材塑性 越好。
Fs s A
11
2.2.1 抗拉性能
强化阶段BC
F A
图形的特点：
一条上升的曲线。
C B上 D B
试件的特点：
抵抗塑性变形的能力又重新 提高—— 强化
A B下
b
计算的指标：
抗拉强度：C点对应的应力
s p
α
O L L0 低碳钢受拉的应力－应变图
12
Fb b A
s
14
2.2.1 抗拉性能
δ5与δ10谁大
断面收缩率
L L 1 0 100% L0
d0 L0
L0=5d0或10d0
F0 F1 Z 100% F0
F0－原始横截面积 F1－断裂后颈缩处的横截
面积
15
2.2.1 抗拉性能
硬钢规定：产生残余变 形为原始标距的0.2% 时所对应的应力值， 作为硬钢的屈服强度， 称为条件屈服强度， 用σ0.2表示。
28
2.2.4 硬度
硬度测试
29
2.2.4 硬度
材料的硬度往 往与材料的其 它性能有一定 的相关系，如： 钢材的HB值与 抗拉强度之间 有较好的相关 关系：无损检 测
当HB 175 b 3.6HB ， 当HB 175 b 3.5HB ，
30
2.2.4 耐疲劳性
定义：钢材在交变荷载反复多次作用下，可在 最大应力远低于抗拉强度的情况下突然破坏， 这种破坏称为疲劳破坏。
23
2.2.3 冲击韧性
3.冷脆性：冲击韧性与温度的关系
24
观察与分析
请观察图中Ⅰ、Ⅱ两低合金钢曲线，若在东北地区，应 选用何种钢更有利？
25
2.2.3 冲击韧性
钢材的化学成分、组织状态、内在缺陷及环境温度 都会影响钢材的冲击韧性。试验表明，冲击韧性 随温度的降低而下降，其规律是开始下降缓和， 当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性， 这种脆性称为钢材的冷脆性。 发生冷脆时的温度称为临界温度，其数值愈低，说 明钢材的低温冲击性能愈好。所以在负温下使用 的结构，应当选用脆性临界温度较工作温度为低 的钢材。
钢材中除了主要化学成分铁（Fe）以外，还含有少量的碳 （C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧 （O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素，这些元 素虽然含量少，但对钢材性能有很大影响。
3
2.1.2 钢材的化学组成
含碳量对碳素钢性能的影响
一般工程所用碳素钢均为低碳钢，即含碳量小于0.25%； 4 工程所用低合金钢，其含碳量小于0.52%。
2.1.2 钢材的化学组成
钢材化学成分对钢材性能的影响
金属材料在采用一定的焊接工艺时获得优良焊 接接头的难易程度。
硅、锰 对钢性能有害的元素： 磷、氮、硫、氧
低合金钢的主加元素：
5
2.1.2 钢材的化学组成 案例分析
现象：某厂的钢结构屋架用中碳钢焊接而成，使用一 段时间后，屋架坍塌，请分析事故原因。
35
2.3.1 钢材的冷加工强化及时效强化
冷加工的主要目的：提高屈服强度，节约 钢材 副作用：往往会导致塑性、韧性及弹性模 量的降低。 形式：冷拉、冷拔、冷轧。
36
2.3.1 钢材的冷加工强化及时效强化
冷拉
37
2.3.1 钢材的冷加工强化及时效强化
冷拔
38
2.3.1 钢材的冷加工强化及时效强化
40
2.3.1 钢材的冷加工强化及时效强化
时效处理：将经过冷拉的钢筋于常温下存 放15～20ｄ，或加热到100～200度并保持 一段时间，这个过程称为时效处理。前者 称为自然时效，后者称为人工时效。
冷拉以后再经过时效处理的钢筋，其屈服 点进一步提高，抗拉强度稍见增长，塑性 继续有所降低。由于时效过程中应力的消 减，故弹性模量可基本恢复。
第2章 建筑钢材
学习重点：
钢材的主要力学性能：抗拉性能、冷弯性能、冲击 韧性、硬度、耐疲劳性 钢材的冷加工强化 钢材的热处理与焊接 常用钢种 常用建筑钢材：钢筋、型钢的种类
学习难点： 钢材的主要力学性能、测试方法
1
第2章 建筑钢材
金属材料：钢材属于？铝合金呢？
黑色金属： 以铁元素为主要成分，生铁、碳素钢、合金钢 有色金属： 以其他金属元素为主要成分。。。铝合金、铜合金
18
2.2.2 冷弯性能
冷弯试验
19
2.2.2 冷弯性能
3.冷弯的意义：钢材的冷弯性能和伸长率均 是塑性变形能力的反映 伸长率:试件轴向均匀变形 冷弯性能:更严格条件下钢材局部变形的能 力，它可揭示钢材内部结构是否均匀，是 否存在内应力和夹杂物等缺陷，还经常用 冷弯来检验焊缝接头。
20
2.2.3 冲击韧性
1.定义：是指钢材抵抗冲击荷载的能力。 2.冲击韧性指标：是通过标准试件的弯 曲冲击韧性试验确定的。以摆锤打击 试件，于刻槽处将其打断，试件打断 时所吸收的能量，即为钢材的冲击韧 性值，以Kv表示。
Kv GH1 GH2
21
2.2.3 冲击韧性
冲击韧性试验
22
2.2.3 冲击韧性
冲击韧性试验
44
2.3.2 钢材的热处理
冷加工及退火对钢材性能的影响
45
2.3.2 钢材的热处理
2、正火：是退火的一种变态或特例，两者主要是冷却速 度不同，正火是在空气中冷却。与退火相比，正火后 钢的硬度、强度较高，而塑性减少。 目的：是细化晶粒，消除组织缺陷等。 3、淬火：是将钢材加热到相变临界点以上（一般为 900℃以上），保温后放入水或油等冷却介质中快速冷 却的一种热处理操作。淬火与回火是两道相连的处理 过程。 目的：是得到高强度、高硬度的组织，并结合回火获得 综合力学性能较高的钢材。淬火会使钢的塑性和韧性 显著降低
书上图2-16（b）对应的 是哪种？
32
2.2.4 耐疲劳性 疲劳极限的测定
应力幅：
max min
平均应力：
m ( max min ) / 2
变幅应力循环
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2.2.4 耐疲劳性 疲劳曲线
疲劳极限（ σr ）： 疲劳试验中，试件在交变应力作用下，于规定的周期 基数内不发生断裂所能承受的最大应力。
A B
图形的特点：
一条通过原点的直线，应力 与应变成正比。
p
试件的特点：
受力与变形成比例增长。
α
O L L0 低碳钢受拉的应力－应变图
计算的指标：
E tg
E值的大小反映了钢材抵抗弹性变形 的能力
（1）弹性模量
（2）弹性极限
p :
E1
＞
E2
10
2.2.1 抗拉性能
2.2.4 硬度
1.定义：是指其表面局部体积内抵抗外物 压入产生塑性变形的能力。常用的测定 硬度的方法有布氏法和洛氏法。
建筑钢材常用布氏硬度表示，其代号为HB。
布氏法的测定原理是利用直径为 D(mm)的淬火钢球，以荷载P(N)将 其压入试件表面，经规定的持续时 间后卸去荷载，得直径为d(mm)的 压痕，以压痕表面积F(mm2)除荷载 P，即得布氏硬度(HB)值，此值无 量纲。
6
2.2 建筑钢材的主要力学性能
2.2.1 抗拉性能
1.主要测试指标： 低碳钢拉伸试验 屈服强度 抗拉强度 伸长率（断面收缩率）等 2.钢材（低碳钢）的抗拉过程主要包括： 弹性阶段 屈服阶段 强化阶段 颈缩阶段
7
2.2.1 抗拉性能
相关知识点回顾
（1）应力
（2）应变
例：含碳量0.47％的钢，周期基数为100万次，疲劳极限为？
疲劳寿命（n）： 疲劳试验中，试件在 规定最大应力和应力 循环作用下，不发生 断裂所能承受的极限 循环次数。
例：含碳量0.47％的钢， 最大应力为400MPa时的 疲劳寿命是？
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案例分析
某钢厂原料跨吊车任务繁重，而冷轧跨吊车不太繁忙 。两者互按同一标准设计，后者吊车梁使用40多年未 发现裂缝，而前者因产生较多裂缝已更换。请分析裂 缝的成因。 原因：由于原料吊车任务繁重，承受的交变荷载次 数多，故会产生疲劳破坏。
L1 L0 L L0 L0
（3）弹性与弹性变形 （4）塑性与塑性变形