土木工程材料习题课4

承受动荷载的结构, 选用钢材时, 承受动荷载的结构 , 选用钢材时 , 必须按 规范要求测定其冲击韧性值. 规范要求测定其冲击韧性值 . 处于低温条 件下的钢结构要选用脆性临界温度低于环 境最低温度的钢材. 若在严寒地区, 境最低温度的钢材 . 若在严寒地区 , 露天 焊接钢结构, 受振动荷载作用时, 焊接钢结构 , 受振动荷载作用时 , 要选用 脆性临界温度低和时效敏感性小的钢材. 脆性临界温度低和时效敏感性小的钢材. 评注] [评注] 冲击韧性是指在冲击振动荷载作用 钢材吸收能量,抵抗破坏的能力. 下,钢材吸收能量,抵抗破坏的能力.冲 击韧性以冲断试件时单位面积所消耗的功, 击韧性以冲断试件时单位面积所消耗的功, 称为冲击功( 来表示. 称为冲击功(值)来表示.
伸长率( 表示钢材的塑性变形能力. 伸长率 ( δ ) 表示钢材的塑性变形能力 . 钢材在使用中, 钢材在使用中 , 为避免正常受力时在缺 陷处产生应力集中发生脆断, 陷处产生应力集中发生脆断 , 要求其塑 性良好, 即具有一定的伸长率, 性良好 , 即具有一定的伸长率 , 可以使 缺陷处应力超过σs σs时 缺陷处应力超过σs时,随着发生塑性变 形使应力重分布, 而避免结构物的破坏. 形使应力重分布 , 而避免结构物的破坏 . 评注] 常温下将钢材加工成一定形状, [评注] 常温下将钢材加工成一定形状, 也要求钢材要具有一定塑性( 伸长率) 也要求钢材要具有一定塑性 ( 伸长率 ) . 但伸长率不能过大, 但伸长率不能过大 , 否则会使钢材在使 用中发生超过允许的变形值. 用中发生超过允许的变形值.
从一批钢筋中抽样, 例7-10 从一批钢筋中抽样,并截取两根钢筋做 拉伸试验,测得如下结果: 拉伸试验,测得如下结果:屈服下限荷载分别 42.4, 抗拉极限荷载分别为62.0kN 62.0kN, 为42.4,42.8kN; 抗拉极限荷载分别为62.0kN, 63.4kN,钢筋公称直径为12mm,标距为60m 12mm,标距为60 63.4kN,钢筋公称直径为12mm,标距为60m m,拉断时长度分别为70.6和71.4mm,评定其级 拉断时长度分别为70.6 m,拉断时长度分别为70.6和71.4mm,评定其级 别?说明其利用率及使用中安全可靠程度如何
碳素结构钢是如何划分牌号的? 例 7-6 . 碳素结构钢是如何划分牌号的 ? 说明Q235—A F 235—D 说明Q235 AF和Q235 D号钢在性能上 有何区别? 有何区别? 解 碳素结构钢的牌号按顺序由代表屈服点 的字母( ),屈服点数值(N/mm 屈服点数值(N 的字母(Q),屈服点数值(N/mm2), 质量等级符号(A (A, D), 质量等级符号(A,B,C,D),脱氧程度 符号(F (F, TZ)等四部分组成 等四部分组成. 符号(F,B,Z,TZ)等四部分组成.
例 7-5 简述碳元素对钢材基本组织和性能的 影响规律. 影响规律. 碳素钢中基本组织的相对含量与其含C 解:碳素钢中基本组织的相对含量与其含C 量关系密切, 当含C 量小于0 量关系密切 , 当含 C 量小于 0.8 % 时 , 钢的 基本组织由铁素体和珠光体组成, 基本组织由铁素体和珠光体组成,其间随着 量提高, 含C量提高,铁素体逐渐减少而珠光体逐渐 增多,钢材则随之强度, 增多,钢材则随之强度,硬度逐渐提高而塑 韧性逐渐降低. 性,韧性逐渐降低. 当含C量为0 当含C 量为0.8 %时,钢的基本组织仅为 珠光体.当含C量大于0 珠光体.当含C量大于0.8%时,钢的基本组 织由珠光体和渗碳体组成,此后随含C 织由珠光体和渗碳体组成,此后随含C量增 加,珠光体逐渐减少而渗碳体相对渐增,从 珠光体逐渐减少而渗碳体相对渐增, 而使钢的硬度逐渐增大而塑性, 而使钢的硬度逐渐增大而塑性,韧性逐渐减 且强度下降. 小,且强度下降.
235—D 均为Q 235碳素结构钢 碳素结构钢, Q235—AF 和 Q235 D 均为 Q 235 碳素结构钢 , 是 235 A F 建筑中应用最多的碳素钢. 建筑中应用最多的碳素钢 . 二者性能差别主要 表现在质量等级和脱氧程度上. 按硫, 表现在质量等级和脱氧程度上 . 按硫 , 磷含量 多少来衡量, 235—D 硫含量均少于Q235— 多少来衡量,Q235 D磷,硫含量均少于Q235 AF, 质量较好, 按脱氧程度衡量Q235—D 为 T F, 质量较好 , 按脱氧程度衡量 Q235 D 震静钢, 质量最好, 235—A F 为沸腾钢. Z 震静钢 , 质量最好 , Q235 AF 为沸腾钢 . 235—AF Q235—AF钢 , 仅适用于承受间接动荷载的静荷 载的结构. 235—D 载的结构.而Q235 D可适用于动荷载作用或处 在低温环境下的工作条件. 在低温环境下的工作条件. [ 评注 ] 碳素结 构 钢分 五个牌 号 , 即 Q 195 , 215, 235, 255和 275. 各牌号钢又按其硫, Q215 , Q235 , Q255 和 Q275 . 各牌号钢又按其硫 , 磷含量由多至少分为A 磷含量由多至少分为 A , B , C , D 四个质量 等级. 等级.
例7-4 低温冷脆性,脆性转变温度,时效 低温冷脆性, 脆性转变温度, 和时效敏感性的概念及其实际意义是什么? 和时效敏感性的概念及其实际意义是什么? 解 钢材的冲击韧性随环境温度降低而下降, 钢材的冲击韧性随环境温度降低而下降, 当达到某一温度时, 当达到某一温度时 ,其冲击韧性值显著降 低的现象称为钢材的低温冷脆性. 低的现象称为钢材的低温冷脆性. 出现低 温冷脆性时的温度(范围) 温冷脆性时的温度( 范围 ),称为脆性转 变温度(范围) 变温度(范围). 随时间的推移,钢材的机械强度提高, 随时间的推移 , 钢材的机械强度提高 , 而塑性和韧性降低的现象称为时效. 而塑性和韧性降低的现象称为时效. 因时 效作用导致钢材性能改变的程度称为钢材 的时效敏感性.
什么是钢材的冷弯性能? 例 7-3 什么是钢材的冷弯性能 ? 它的表 示方法及实际意义是什么? 示方法及实际意义是什么? 解 冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变 形的能力.钢材的冷弯性能, 形的能力.钢材的冷弯性能,常用弯曲 的角度,弯心直径d与试件直径( 的角度,弯心直径d与试件直径(或厚 的比值来表示.弯曲角度愈大,d 度a)的比值来表示.弯曲角度愈大,d /a愈小 说明试件受弯程度愈高. 愈小, /a愈小,说明试件受弯程度愈高.当 按规定的弯曲角度和d/a d/a值对试件进 按规定的弯曲角度和d/a值对试件进 行冷弯时试件受弯处不发生裂缝, 行冷弯时试件受弯处不发生裂缝,断裂 或起层,即认为冷弯性能合格. 或起层,即认为冷弯性能合格.
例7-7.钢筋混凝土用热轧钢筋按力学性能 分为几级? 分为几级 ? 各级钢筋性质差别及主要用途 如何? 如何? 解 我国热轧钢筋标准,按屈服强度, 我国热轧钢筋标准,按屈服强度,抗拉强 度等力学性能分为I IV级 级到IV IV级 度等力学性能分为I～IV级.由I级到IV级, 钢筋的机械强度不断提高,而塑性, 钢筋的机械强度不断提高,而塑性,韧性 降低,可焊性亦相应降低.I .I级钢筋是由 降低,可焊性亦相应降低.I级钢筋是由 235碳素结构钢热轧的光圆钢筋 碳素结构钢热轧的光圆钢筋, Q235碳素结构钢热轧的光圆钢筋,适合做 非预应力混凝土用钢筋.II, III, IV级 非预应力混凝土用钢筋.II, III, IV级 钢筋由普通低合金结构钢轧制的热轧带肋 钢筋, 钢筋, 可用于非预应力也可以用于预应力 混凝构件中. 混凝构件中.
何谓钢的冷加工强化及时效处理? 例 7-8 何谓钢的冷加工强化及时效处理 ? 冷 拉并时效处理后的钢筋性能有何变化? 拉并时效处理后的钢筋性能有何变化? 解 在常温下将钢材进行机械加工, 在常温下将钢材进行机械加工 , 使其产生塑 性变形, 性变形 , 以提高其屈服强度的过程称为冷加 工强化. 工强化 . 机械加工方法主要是对钢筋进行冷 拉和冷拔.冷轧主要在钢厂进行. 拉和冷拔.冷轧主要在钢厂进行. 时效处理是将经过冷加工的钢材, 时效处理是将经过冷加工的钢材 , 在常温下 存放15 20天 或者加热到100 15～ 100～ 存放15～20天,或者加热到100～200oC,并 保持2小时以内,这个过程称为时效处理. 保持2小时以内,这个过程称为时效处理.常 温放置称为自然时效, 温放置称为自然时效 , 加热处理称为人工时 效.
冷弯性能表示钢材在常温下易于加工而不 破坏的能力. 破坏的能力 . 其实质反映了钢材内部组织 状态, 含有内应力及杂质等缺陷的程度. 状态 , 含有内应力及杂质等缺陷的程度 . 因此, 可以利用冷弯的方法, 因此 , 可以利用冷弯的方法 , 使焊口处受 到不均匀变形, 到不均匀变形 , 来检验建筑钢材各种焊接 接头的焊接质量. 接头的焊接质量. 评注] [评注] 钢材的冷弯性能和伸长率均是塑性 变形能力的反映. 变形能力的反映 . 但伸长率是在试件轴向 均匀变形条件下测定的, 均匀变形条件下测定的 , 而冷弯性能则是 在更严格条件下钢材局部变形的能力. 在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, 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. 内应力和夹杂物等缺陷.
冷拉并时效处理后的钢筋,其屈服点提高2 冷拉并时效处理后的钢筋 , 其屈服点提高 2 25% 抗拉强度也有提高, 0 % ～ 25 % , 抗拉强度也有提高 , 塑性和 韧性降低较大,弹性模量基本恢复. 韧性降低较大,弹性模量基本恢复. 评注] 在建筑工地和混凝土预制厂, [评注] 在建筑工地和混凝土预制厂,经常对 比使用要求的强度偏低和塑性偏大的钢筋或 低碳盘条钢筋进行冷拉或冷拔并时效处理, 低碳盘条钢筋进行冷拉或冷拔并时效处理 , 以提高屈服强度和利用率,节省钢材. 以提高屈服强度和利用率 , 节省钢材 . 同时 还兼有调直,除锈的作用. 还兼有调直 , 除锈的作用 . 这种加工所用机 械比较简单,容易操作,效果明显, 械比较简单 , 容易操作 , 效果明显 , 所以建 筑工程中常采取此法. 筑工程中常采取此法.
土木工程材料
习题课( 习题课(四)
张德思教授 主讲
金属材料 例7-1 钢材如何按化学成分分类?土木工程 中常用什么钢材? 解 钢材按化学成分可以分为碳素钢和合金钢两 大类. 碳素钢可以分为: 低碳钢(含碳量小于0.25%) 中碳钢(合碳量 0.25%～0.60%) 高碳钢(合碳量大于0.60%)
合金钢可以分为: 合金钢可以分为: 低合金钢(合金元素总含量小于5 低合金钢 (合金元素总含量小于 5.0 % ) 中 合 金 钢 ( 合 金 元 素 总 含 量 5.0% ～ 10. 10.0%) 高合金钢(合金元素总含量大于10 10. 高合金钢 ( 合金元素总含量大于 10.0% ) 土木工程中常用的钢材主要是普通碳 素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金 钢. 评注] [评注] 碳素钢在冶炼时不特意掺加合 故又称非合金钢. 金,故又称非合金钢.
பைடு நூலகம்
为什么说屈服点(σs) 例7-2 为什么说屈服点(σs),抗 拉强度(σb)和伸长率( 拉强度(σb)和伸长率(δ)是建 筑工程用钢的重要技术性能指标? 筑工程用钢的重要技术性能指标? 解 屈服点(σs) 屈服点(σs)是结构设计时取值的 依据, 依据,表示钢材在正常工作时承受 应力不超过σs值;屈服点与抗拉强 应力不超过σs值 σs 度的比值(σs/ 称为屈强比. 度的比值(σs/σb)称为屈强比. 它反映钢材的利用率和使用中的安 全可靠程度; 全可靠程度;
[评注] II, III, IV级由普通低 评注] II, III, IV级由普通低 合金结构钢轧制的热轧带肋钢筋, 合金结构钢轧制的热轧带肋钢筋, 其牌号由HRB HRB和规定屈服强度最小 其牌号由HRB和规定屈服强度最小 值构成,分别为: 值构成,分别为:HRB335 , HRB400,HRB500.H,R,B .H,R,B分别 HRB400,HRB500.H,R,B分别 为热轧, 为热轧,肋,钢筋的英文名称的第 一个字母. 一个字母.