【正文】 值 ? ? 鋼材在交變荷載反復作用下 ， 在遠低于抗拉強度時發(fā)生的突然破壞稱為疲勞破壞 。圖 84為鋼材沖擊韌性隨溫度變化示意圖，在較高溫度環(huán)境下，沖擊韌性值隨溫度下降而緩慢降低，破壞時呈韌性斷裂。因此，可用試件在最大力時的總伸長率來表示鋼材的拉伸變形指標，按下式計算： 金書緣文化 ? 式中 δgt—— 最大力總伸長率（ %）； ? L—— 試件拉斷后測量區(qū)標記間的距離（ mm）； ? Lo—— 試驗前測量區(qū)標記間的距離（ mm）； ? ζb—— 試件的抗拉強度（ MPa）； ? E—— 鋼材的彈性模量。鋼材拉伸試件如圖 82所示。 ? 鋼材的屈服強度與抗拉強度之比（ ζs/ζb）稱為屈強比，它能反映鋼材的利用率和結(jié)構(gòu)的安全可靠度。土木工程中常用低碳鋼的彈性模量為 105～ 105 MPa，彈性極限為 180～200MPa。 ? ? 具有特殊物理、化學或機械性能的鋼，如不銹鋼、耐酸鋼和耐熱鋼等。 金書緣文化 ? ? 煉鋼時一般采用硅鐵、錳鐵和鋁錠等作脫氧劑，脫氧充分，這種鋼水鑄錠時能平靜地充滿錠模并冷卻凝固，基本無 CO氣泡產(chǎn)生，故稱鎮(zhèn)靜鋼，代號為“ Z”（亦可省略不寫）。 ? （ 3）高級優(yōu)質(zhì)鋼。 ? （一）按化學成分分類 ? ? 碳素鋼含碳量為 %～ %，按含碳量又可分為低碳鋼（含碳量 %）、中碳鋼（含碳量為 %～ %）、高碳鋼（含碳量 %）。土木工程中應用的金屬材料主要有建筑鋼材和鋁合金兩種。金屬材料 ? 任務一 建筑鋼材 ? 任務二 鋁合金及制品 ? 能力目標 ? 熟悉鋼材的分類 ? 掌握鋼材的主要技術(shù)性能 ? 重點掌握鋼材的拉伸性能 ? 熟悉鋼材的化學成分對鋼材性能的影響 ? 掌握鋼材冷加工及時效 ? 案例索引 ? 1951年 1月 31日，加拿大魁北克鋼橋突然斷裂，其中 3跨墜入河中，當時氣溫為 35℃ 。 ? 建筑鋼材是指用于工程建設(shè)的各種鋼材，包括鋼結(jié)構(gòu)用的各種型鋼（圓鋼、角鋼、槽鋼和工字鋼），鋼板，鋼筋混凝土用的各種鋼筋、鋼絲和鋼絞線。 金書緣文化 ? 在建筑工程中，主要用的是低碳鋼和中碳鋼。硫含量 ≤%，磷含量 ≤%。鎮(zhèn)靜鋼雖成本較高，但其組織致密、成分均勻、性能穩(wěn)定，故質(zhì)量好。建筑上常用的是結(jié)構(gòu)鋼。 ? （ 2）屈服階段（ AB段） 金書緣文化 ? 當荷載增大，試件應力超過彈性極限時，應變增加很快，而應力基本不變，這種現(xiàn)象稱為屈服。屈強比越小，延緩結(jié)構(gòu)破壞過程的潛力越大，結(jié)構(gòu)的安全可靠度越高。 ? 式中 δn—— 伸長率（ %）， n為長或短試件的標識， n=10或 n=5； ? Lo—— 試件原始標距長度（ mm）； ? L1—— 試件拉斷后標距部分的長度（ mm）。 ? 斷面收縮率是指試件拉斷后，縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分率，用 φ表示： ? 式中 φ—— 斷面收縮率（ %）； ? A0—— 試件原始橫截面積（ mm2）； ? A1—— 縮頸處最小橫截面積（ mm2）。當溫度降至一定范圍內(nèi)，隨著溫度的下降，沖擊韌性值大幅度降低，鋼材開始發(fā)生脆性斷裂，這種性質(zhì)稱為鋼材的冷脆性。 疲勞破壞過程一般要經(jīng)歷疲勞裂紋萌生 、 緩慢發(fā)展和迅速斷裂三個階段 。 因此 ， 測量前應根據(jù)試件的厚度和估計的硬度范圍， 按試驗方法的規(guī)定選擇鋼球直徑 、 所加荷載及持荷時間 。 實驗證明 ， 當碳素鋼的硬度 HB≤175時 ， 其抗拉強度 ζb≈ ? HB；當 HB175時 ， ζb≈。 ? 焊接是通過電弧焊或接觸對焊的方法 ， 將被連接的鋼材進行局部加熱 ， 使其接縫部分迅速熔融 ， 冷卻后將其牢固連接起來 。 ? ? （ 1） 冷加工強化處理 ? 將鋼材在常溫下進行冷拉 、 冷拔或冷軋等冷加工 ， 使之產(chǎn)生一定的塑性變形， 使鋼材的強度和硬度明顯提高 ， 塑性和韌性有所降低 ， 這個過程稱為鋼材的冷加工強化處理 。通常對強度較低的鋼筋采用自然時效；對強度較高的鋼筋采用人工時效。 ? （ C） 金書緣文化 ? 圖 87 含碳量對鋼材性能的影響 ? 碳含量的大小對鋼材的力學及工藝性能均有較大的影響 。錳含量一般控制在 1%～ 2%，適宜的錳含量，可減小鋼中硫元素所引起的熱脆性，改善鋼材的熱加工性能，同時提高鋼材的強度和硬度。 金書緣文化 ? （ O）、氮（ N） ? 氧和氮元素均是在煉鋼過程中帶入的，在鋼中大部分以非金屬化合物的形式存在（如 FeO）。 ? 四、鋼材冷加工與時效 ? 鋼材在常溫下進行冷加工（冷拉、冷拔或冷軋）使其產(chǎn)生塑性變形，使抗拉強度和屈服強度提高，這個過程稱為鋼材的冷加工強化。 ? 冷拉與時效處理后的鋼筋 ， 在冷拉的同時還被調(diào)直并清除了銹皮 ， 簡化了施工工序 。在牌號表示方法中，“ Z”與“ TZ”符號可以省略。 ? 知識要點提醒 ? 碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q235中 D級鋼的綜合性能優(yōu)于 A級鋼；碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學性能一般包括屈服強度、抗拉強度、伸長率和沖擊韌性四個指標。在預應力鋼筋混凝土中用于制作錨具的常用 45號鋼。 ? 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼主要用于軋制型鋼 、 鋼板 、 鋼管及鋼筋 ， 特別適用于重型 、 大跨度 、 高層結(jié)構(gòu)和橋梁等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)中 。 經(jīng)冷拉后 ， 其可用做預應力鋼筋 。冷軋帶肋鋼筋的牌號由“ CRB”和鋼筋的抗拉強度最小值構(gòu)成，分為 CRB550、 CRB650、 CRB800、 CRB970、 CRB1170五個牌號。 鋼筋以熱軋狀態(tài) 、 軋后余熱處理狀態(tài)或熱處理狀態(tài)按直條供貨 。 ? 預應力混凝土內(nèi)鋼絲的強度高、柔性好、無接頭，適用于大跨度屋架、大跨度吊車梁、橋梁、電桿、軌枕等預應力混凝土工程。 型鋼以熱軋狀態(tài)按理論質(zhì)量交貨 （ 理論質(zhì)量密度為 ） ， 經(jīng)供需雙方協(xié)商并在合同中注明 ， 也可按實際質(zhì)量交貨。 ? 冷彎型鋼由于壁薄、性能優(yōu)良，因此可節(jié)約材料、降低成本，常用于輕型鋼結(jié)構(gòu)。 金書緣文化 ? 六、鋼材的腐蝕與防護 ? （一）鋼材腐蝕原因 ? 鋼材的腐蝕是指鋼材表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學或電化學作用而引起的破壞現(xiàn)象。 ? 電化學腐蝕是指鋼材與電解質(zhì)溶液接觸形成微電池而產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象。 ? 對于鋼結(jié)構(gòu)用型鋼的防銹，主要采用在鋼材表面涂覆耐腐蝕性好的金屬（鍍鋅、鍍錫、鍍銅和鍍鉻等）和刷漆的方法，來提高鋼材的耐腐蝕能力。 銅 、 鋁及其合金由于具有質(zhì)量輕 、 可裝配化生產(chǎn)等特點 ， 在現(xiàn)代土木工程中的應用也很廣泛 。錳的主要作用是提高合金的抗腐蝕能力，起到固溶強化作用。 ? ? 如氣密性、水密性、隔聲性、隔熱性均比普通門窗好，故對安裝空調(diào)設(shè)備的建筑，相對防塵、隔聲、保溫隔熱等有特殊要求的建筑，更適宜采用鋁合金門窗。 ? ? 是采用防銹鋁合金材料，用特殊的花紋機輥軋而成的。是近年來開發(fā)的一種吸聲并兼有裝飾效果的新產(chǎn)品。 金書緣文化 ? （ 4）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對直接承受動荷載的結(jié)構(gòu)應選用的鋼材為 。 ? （ 12）鋼筋混凝土用鋼材一般包括 。（ ） 金書緣文化 ? （ 2）鋼筋同時取樣做拉伸試驗時，其伸長率 8108s。（ ） ? （ 10）碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號越大，表示其強度越高，塑性越好。（ ） ? ? （ 1）鋼材與生鐵在化學成分上有何區(qū)別？鋼材按化學成分不同可分為哪幾種？土木工程中常用哪幾種鋼材？ ? （ 2）含碳量對鋼材各技術(shù)性能有何影響？ ? （ 3）什么是鋼材的屈強比？其大小對使用性能有什么影響？ ? （ 4）鋼材的冷加工對性能有什么影響？什么是自然時效和人工時效？ 金書緣文化 ? （ 5）低合金高強結(jié)構(gòu)鋼與碳素結(jié)構(gòu)鋼有哪些不同？ ? （ 6）解釋 Q235C與 Q390D符號的含義？ ? （ 7）熱軋鋼筋各等級符號的含義是什么？試述各鋼筋的用途。（ ） ? （ 4）鋼材中含磷較多呈熱脆性，含硫較多呈冷脆性。 ? （ 14）熱軋帶肋鋼筋的牌號分為 。 ? （ 6）鋼材冷加工的目的是 。 ? ? 這種板材有銀白色等多種顏色，主要用于墻面裝飾，也可用作屋面，有很強的反射陽光的能力，且十分經(jīng)久耐用，在大氣中使用 20年不需要更換。廣泛用于現(xiàn)代建筑墻面裝飾及樓梯、踏板等處。 ? ? 鋁合金門窗不需要涂漆，不褪色、不脫落，表面不需要維修。硬鋁合金主要是鋁銅鎂合金，這類合金的強度高但其抗腐蝕性差。鋁的性質(zhì)活潑，在空氣中能與氧結(jié)合形成致密堅固的氧化鋁薄膜，覆蓋在下層金屬表面，阻止其繼續(xù)腐蝕。底漆要求有比較好的附著力，中間漆為防銹漆，面漆要求有較好的牢固度和耐候性。在陽極區(qū)，鐵被氧化成 Fe2+離子進入水膜。對于鋼筋混凝土，鋼筋腐蝕膨脹易使混凝土脹