建筑鋼材的力學(xué)性能及其技術(shù)指標(biāo)

1、建筑鋼材的力學(xué)性能及其技術(shù)指標(biāo)鋼筋作為一種建筑材料，廣泛用于各種建筑結(jié)構(gòu)、特別是大型、重型、輕型薄壁和高層建筑結(jié)構(gòu)。鋼筋是指鋼筋混凝土用和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土用鋼材。鋼筋的分類 鋼筋可按化學(xué)成分、外形、加工方法和供貨形式進(jìn)行分類。 鋼筋按化學(xué)成分的不同可分為碳素鋼筋和合金鋼筋，碳元素和合金元素的含量還有低、中、高之分。 鋼筋按外形的不同分為光圓鋼筋、帶肋鋼筋、刻痕鋼筋和鋼絞線（建筑結(jié)構(gòu)第三版圖2-1）。帶肋是指表面帶有凸紋。目前，帶肋鋼筋的凸紋一般為月牙紋。刻痕是將刻出橢圓形的淺坑。鋼絞線則由多股高強(qiáng)度光圓鋼筋絞合而成。 鋼筋按加工方法的不同可分為熱軋鋼筋、冷拉鋼筋、冷拔鋼筋、冷軋鋼筋和熱處理鋼筋

2、等。 熱軋鋼筋是用低碳鋼或低合金鋼在高溫下軋制而成。根據(jù)其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的不同，熱軋鋼筋又分為235、335、400、500四個(gè)級(jí)別。級(jí)別越高，鋼筋的強(qiáng)度也越高，但塑性越差。235級(jí)鋼筋用普通低碳鋼（含碳不大于0.25%）制成，表面光圓，最小直徑為6mm。335、400、500級(jí)鋼筋用低、中碳的低合金鋼（含碳不大于0.6%，其他合金總量不大于5%）制成，表面有肋紋，最小直徑一般為10mm。各種級(jí)別熱軋鋼筋的符號(hào)和所用，鋼材的牌號(hào)列于表2-1。 各種級(jí)別熱軋鋼筋的符號(hào)和牌號(hào) 表2-1熱扎鋼筋級(jí)別符號(hào)牌號(hào)曾用牌號(hào)235HPB235Q235335HRB33520MnSi400HRB400、RRB4002

3、0MnSiV、20MNnTi、20MnSiNb、K20MnSi500HRB50040Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr注：400級(jí)K20MnSi鋼筋系余熱處理鋼筋，牌號(hào)為RRB400。牌號(hào)中的字母H表示熱軋；P表示光圓，R表示帶肋；B表示鋼筋。數(shù)字表示最低屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。 冷拉鋼筋是在常溫下，把熱軋鋼筋拉伸至強(qiáng)化階段所得到的鋼筋。熱軋鋼筋經(jīng)冷拉后屈服強(qiáng)度有較大提高，經(jīng)時(shí)效處理后抗拉極限強(qiáng)度也有所提高，但鋼筋的塑性則有所下降。冷拉鋼筋也分為四個(gè)級(jí)別，符號(hào)分別為111111111111111。由于冷拉鋼筋塑性較差，現(xiàn)已很少采用。 冷拔鋼筋是在常溫下，使熱軋光圓鋼筋通過硬質(zhì)合金拔絲模上比鋼筋

4、直徑稍小的錐形孔，強(qiáng)行拉拔而成（建筑結(jié)構(gòu)第三版圖2-2）。拉拔次數(shù)越多，直徑就越小，強(qiáng)度就越高。冷拔低碳鋼筋用Q235熱軋鋼筋冷拔而成，分為甲、乙兩級(jí)；甲級(jí)強(qiáng)度較高，但必須逐盤檢驗(yàn)，并根據(jù)檢驗(yàn)所得的抗拉強(qiáng)度分為、兩組，其直徑有4mm和5mm兩種;乙級(jí)強(qiáng)度較低，僅要求分批檢驗(yàn)，直徑為35mm。冷拔低碳鋼筋的符號(hào)為1111。冷拔鋼筋強(qiáng)度雖高，但表面光滑，與 之間的粘結(jié)力較差，現(xiàn)已很少采用。 冷軋鋼筋是在常溫下，將光圓的普通低碳或低合金鋼筋（Q215、Q235、20MnSi、24MnTi）經(jīng)過軋制，使其減小直徑，并且表面帶肋（一般為三面帶有月牙紋肋）的鋼筋。目前使用的冷軋帶肋鋼筋按其極限抗拉強(qiáng)度分為

5、CRB550、CRB650和CRB800三個(gè)牌號(hào)。其中，CRB550一般用Q215圓鋼冷軋而成，CRB650用Q235圓鋼冷軋而成，CRB800則是用20MnSi或24MnTi圓鋼冷軋而成、CRB550鋼筋的直徑為412mm，CRB650鋼筋的直徑為46mm，CRB800鋼筋的直徑目前只有5mm一種。 冷軋鋼筋強(qiáng)度較高，且表面帶肋，可用來取代小直徑的Q235光圓鋼筋或冷拔低碳鋼絲。目前，CRB55O鋼筋一般用來取代Q235光圓鋼筋，用于現(xiàn)澆板或梁柱箍筋；而CRB650和CRB800鋼筋則一般用來取代甲級(jí)冷拔低碳鋼絲，用于中小型預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，如預(yù)應(yīng)力多孔板。 熱處理鋼筋是將500級(jí)熱軋鋼筋經(jīng)過加熱

6、、淬火和回火等調(diào)質(zhì)處理后得到的鋼筋，其強(qiáng)度比500級(jí)鋼筋高得多，而塑性卻降低不多。熱處理鋼筋用于大型預(yù)應(yīng)力混領(lǐng)土構(gòu)件。該種鋼筋的符號(hào)位1111。 大型預(yù)應(yīng)力混領(lǐng)土構(gòu)件除采用熱處理鋼筋外，還常用消除應(yīng)力鋼絲和鋼絞線。它們的強(qiáng)度均很高。 消除應(yīng)力鋼絲采用高碳圓鋼（含碳量0.7%1.4%），經(jīng)過加熱、淬火、冷拔和回火等工藝制成，其符號(hào)為1111111111111。 鋼絞線是將多根碳素鋼絲（一般為7根）用絞盤絞制而成。其標(biāo)志直徑為截面外接圓的直徑，其符號(hào)為111111111111。鋼筋按供貨形式可分為直條鋼筋和盤園鋼筋兩種。直徑為1015mm的鋼筋通常用直條供應(yīng)，長(zhǎng)度為612m；直徑小于10mm的鋼筋

7、通常用圓盤供應(yīng)。 鋼筋的強(qiáng)度和變形 鋼筋的強(qiáng)度和變形方面的性能主要用鋼筋拉伸試驗(yàn)所得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線來表示。鋼筋的種類、級(jí)別不同，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線也不同。熱軋和冷拉鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線具有明顯的流幅，該類鋼筋又被稱為軟鋼；冷拔、冷軋、熱處理鋼筋、高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線的應(yīng)力-應(yīng)變曲線則無明顯流幅，該類鋼筋又被稱為硬鋼。 軟鋼典型的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2-3所示。建筑結(jié)構(gòu)第三版在a點(diǎn)之前，材料處于彈性階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，其比值即為鋼筋的彈性模量11111111。對(duì)應(yīng)于a點(diǎn)的應(yīng)力稱為比例極限。 a點(diǎn)以后，應(yīng)變?cè)黾幼兛?，圖形變曲，鋼筋開始表現(xiàn)出塑性的性質(zhì)。當(dāng)?shù)竭_(dá)b點(diǎn)時(shí)，應(yīng)力不再增加而應(yīng)變卻繼續(xù)增加，

8、鋼筋開始塑性流動(dòng)，直至c點(diǎn)。這種現(xiàn)象稱為鋼筋的“屈服”，對(duì)應(yīng)于b點(diǎn)的應(yīng)力稱為屈服強(qiáng)度，bc水平段稱為流幅或屈服臺(tái)階。C點(diǎn)以后，鋼筋又部分恢復(fù)彈性，應(yīng)力沿曲線上升至最高點(diǎn)d，對(duì)應(yīng)于d點(diǎn)的應(yīng)力稱為極限強(qiáng)度，cd段稱為強(qiáng)化階段。d點(diǎn)以后，鋼筋在薄弱 發(fā)生局部頸縮現(xiàn)象，塑性變形迅速增加，而應(yīng)力卻隨之下降，到達(dá)e點(diǎn)時(shí)試件斷裂。斷裂后的殘余應(yīng)變稱為伸長(zhǎng)率，用表示。 強(qiáng)度級(jí)別不同的軟鋼，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線也有所不同。235500級(jí)熱軋鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2-4所示，建筑結(jié)構(gòu)第三版由圖可知，隨著級(jí)別的提高，鋼筋的強(qiáng)度增加，但伸長(zhǎng)率降低。 硬鋼典型的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2-5所示建筑結(jié)構(gòu)第三版，由圖可知，這

9、類鋼筋無明顯的流幅和屈服強(qiáng)度。與軟鋼相比，這類鋼筋的極限強(qiáng)度較高而伸長(zhǎng)率較小。 鋼筋的變形性能除伸長(zhǎng)率之外，還有冷彎性能。它是指鋼筋在常溫下承受彎曲的性能，采用冷彎試驗(yàn)測(cè)定。冷彎試驗(yàn)的合格標(biāo)準(zhǔn)為：在規(guī)定的彎心直徑D和冷彎角度下彎曲后，在彎曲處鋼筋無裂紋、鱗落或斷裂現(xiàn)象。按鋼筋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不同種類鋼筋的D和的取值不同，例如335級(jí)月牙紋鋼筋的=180，當(dāng)直徑不大于25時(shí)，彎心直徑D=3d，當(dāng)直徑d大于25時(shí)，彎心直徑D=4d。 鋼筋在彈性階段的應(yīng)力與應(yīng)變之比稱為彈性模量，用11111表示，各種鋼筋的11111數(shù)值見附表5和附表6建筑結(jié)構(gòu)第三版 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，軟鋼和硬鋼設(shè)計(jì)強(qiáng)度的取值依據(jù)不同

10、。軟鋼取屈服強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的依據(jù)，這是因?yàn)檫@種鋼筋屈服后有較大的塑性變形，這時(shí)即使荷載基本不增加，構(gòu)件也會(huì)產(chǎn)生很大的裂縫和變形，以致不能使用。硬鋼無明顯的屈服點(diǎn)，但為防止構(gòu)件突然破壞并防止構(gòu)件裂縫和變形太大，設(shè)計(jì)強(qiáng)度也不能取為抗拉極限強(qiáng)度，而是取其殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時(shí)相應(yīng)的強(qiáng)度1111111（稱為條件屈服強(qiáng)度）作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的依據(jù)，如圖2-5所示。建筑結(jié)構(gòu)第三版 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求主要有以下幾點(diǎn)：1） 有較高的強(qiáng)度和適宜的屈強(qiáng)比。這里的強(qiáng)度是指屈服強(qiáng)度或條件屈服強(qiáng)度。屈強(qiáng)比是指屈服強(qiáng)度與極限強(qiáng)度之比，該值可反映結(jié)構(gòu)

11、的可靠程度：屈強(qiáng)比小，結(jié)構(gòu)可靠，但鋼材強(qiáng)度的利用率低，不經(jīng)濟(jì)；屈強(qiáng)比太大，則結(jié)構(gòu)不可靠。2） 有較好的塑性。這里保證構(gòu)件破壞前有較明顯的預(yù)兆（明顯的變形和裂縫），保證好塑性的措施是鋼筋拉伸率不小于規(guī)定值，并且冷彎試驗(yàn)合格。3） 與混凝土之間有良好粘結(jié)力。這是鋼筋與混凝土共同工作的基礎(chǔ)。4） 具有較好的可焊性。保證焊接后接頭的受力性能良好，拉伸破壞不發(fā)生在接頭處。此外，在寒冷地區(qū)（例如-20以下），對(duì)鋼筋的低溫性能也有一定的要求，不宜采用冷加工鋼筋，以免發(fā)生脆性破壞。 鋼筋的選用 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋，應(yīng)按下列規(guī)定選用：1） 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的非預(yù)應(yīng)力

12、鋼筋宜采用牌號(hào)為HRB335HRB400的熱軋鋼筋，也可采用HPB235（d12）熱軋鋼筋；2） 預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用鋼絞線和消除應(yīng)力鋼絲，也可采用熱處理鋼筋；對(duì)中小型構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力鋼筋，宜采用牌號(hào)為CRB650或CRB800的冷軋帶肋鋼筋。影響建筑鋼材力學(xué)性能的因素影響鋼材機(jī)械和加工等性能的因素有很多，其中鋼材的化學(xué)成分及其微觀組織結(jié)構(gòu)是最主要的，而冶煉澆鑄軋制的過程，殘余應(yīng)力溫度鋼材硬化熱處理的影響等也是重要的因素，先分述如下。一、化學(xué)成分鋼材是含碳量小于2%的鐵碳合金，碳大于2%時(shí)則為鑄鐵。制造鋼結(jié)構(gòu)所用的材料有碳素結(jié)構(gòu)鋼中的低碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼由純鐵碳及雜質(zhì)元素組成，其中純鐵約

13、占99%，碳及雜質(zhì)元素約占1%；低合金結(jié)構(gòu)鋼種，除了鐵碳之外還加入總量不超過3%的合金元素。碳及其他元素雖然所占比例不大，但對(duì)鋼材性能卻有重要影響。碳的含量對(duì)鋼的強(qiáng)度塑性韌性和焊接性有決定性的影響。含碳量增加，鋼材的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度也隨之提高。但是其塑性冷彎性能和沖擊韌性，特別是在低溫沖擊韌性降低，可焊性變壞。因此鋼結(jié)構(gòu)的含碳量不宜太高，一般不超過0.22%，在焊接結(jié)構(gòu)中則應(yīng)限制在0.22以內(nèi)。錳是結(jié)構(gòu)鋼中的常有元素。錳能夠顯著提高鋼材強(qiáng)度而不過多降低塑性和沖擊韌性。錳有脫氧作用，是弱脫氧劑。錳還能消除硫?qū)︿摬牡臒岽嘧饔?。碳素鋼種錳是有益雜質(zhì)，低合金鋼中錳是合金元素。我國低合金鋼中錳的含量在

14、1.2%1.6。錳可使鋼材的可焊性降低，故含量應(yīng)受限制。硅是有益元素，有更強(qiáng)的脫氧作用，是強(qiáng)脫氧劑。而且硅能使鋼材的晶粒變細(xì)，適量的硅可提高鋼材的強(qiáng)度而對(duì)其塑性、冷彎性能、沖擊韌性和可焊性不會(huì)產(chǎn)生不良的影響。過量的硅將降低鋼材的塑性和沖擊韌性，惡化其抗繡能力和焊接性。硅的含量，在碳素鎮(zhèn)靜鋼中為0.120.3，低合金鋼中為0.20.55。釩是熔煉錳釩低合金時(shí)特意添加的一種合金元素，可提高鋼材強(qiáng)度和細(xì)化鋼的晶粒，釩的化合物具有高溫穩(wěn)定性，使鋼材的高溫硬度提高。15MnV鋼是在低合金16Mn的基礎(chǔ)上加上適量的釩而熔煉成功的一種新的強(qiáng)度較高的低合金結(jié)構(gòu)鋼。硫和磷是兩種極為有害的元素。硫與鐵化合成硫化鐵

15、（FeS）,散步在純鐵體晶粒的間層中。含硫量過大時(shí)，會(huì)降低鋼材的塑性、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度和抗銹性等。當(dāng)溫度在8001200時(shí)，如在焊、鉚和熱加工時(shí)，硫化鐵將融化使鋼材變脆而產(chǎn)生裂紋，稱之為“熱脆”。故應(yīng)限制結(jié)構(gòu)尤其是焊接結(jié)構(gòu)的含硫量，一般要求不超過0.033%0.050%。磷的有害作用主要是使鋼在低溫時(shí)韌性降低并且容易產(chǎn)生脆性破壞，稱之為“冷脆”。故也應(yīng)限制其含量不超過0.035%0.045%。氧和氮容易從鐵液中逸出，含量較少。這兩種物質(zhì)是及其有害的元素，使鋼材變脆。氧的作用與硫類似，是引起熱脆的因素之一。氮能使鋼材強(qiáng)化，與磷的作用相似，顯著降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和冷彎性能，增大時(shí)效傾向

16、和冷脆性。因此，重要的鋼結(jié)構(gòu)，特別是在低溫動(dòng)載下的結(jié)構(gòu)用鋼也應(yīng)嚴(yán)格限制其含量。二、冶煉、澆鑄、軋制過程的影響1.冶煉和澆鑄過程冶煉和澆鑄這一冶金過程形成了鋼的化學(xué)成分與含量、金相組織結(jié)構(gòu)以及不可避免的冶金缺陷，從而確定不同的鋼種鋼號(hào)和相應(yīng)的力學(xué)性能。我國目前鋼結(jié)構(gòu)冶煉的方法主要是平爐和氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐兩種，其質(zhì)量大體相當(dāng)。電路鋼結(jié)構(gòu)精良，但成本高，鋼結(jié)構(gòu)中一般不用。注錠過程中因脫氧程度不同，分別稱為鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼。鎮(zhèn)靜鋼因?yàn)闈茶T時(shí)投入錳和適量的硅作脫氧劑，保溫時(shí)間長(zhǎng)，氣體容易逸出，沒有沸騰現(xiàn)象。鎮(zhèn)靜鋼雜質(zhì)少，偏析等冶金缺陷不嚴(yán)重，因而性能比沸騰鋼好，但價(jià)格略高。脫氧程度的不同和脫氧劑部分

17、進(jìn)入鋼材，對(duì)鋼材的化學(xué)成分產(chǎn)生影響，鎮(zhèn)靜鋼中硅的含量較多，因而與沸騰鋼相比，其強(qiáng)度和沖擊韌性較高。冶煉和澆鑄的過程會(huì)產(chǎn)生偏析、非金屬夾雜、氣孔等冶金缺陷，從而降低鋼材的力學(xué)性能。偏析是指鋼材中化學(xué)成分分布不均；非金屬夾雜是指鋼中混有硫化物、氧化物等雜志；氣泡是指澆鑄時(shí)氣體不能充分逸出而留在鋼錠內(nèi)形成的缺陷。2.軋制過程軋制的過程使得金屬的晶粒變細(xì)，也使氣孔、裂縫焊合，因而改善了鋼材的力學(xué)性能。薄板因多次的輥扎而比厚板強(qiáng)度更高。澆鑄時(shí)的非金屬夾雜物在軋制后可能造成鋼材的分層，在設(shè)計(jì)中應(yīng)避免拉力垂直板面的情況，以防止層間撕裂發(fā)生。三、應(yīng)力集中的影響前述的鋼材的工作性能及力學(xué)性能指標(biāo)，通常是以軸心受

18、力構(gòu)件中應(yīng)力均勻分布的情況為基礎(chǔ)的，事實(shí)上鋼構(gòu)件當(dāng)中不可避免地存在著孔洞、刻槽、凹角、裂紋以及厚度或?qū)挾鹊耐蝗桓淖?，此時(shí)構(gòu)件中的應(yīng)力不再保持均勻分布，而是在某些區(qū)域產(chǎn)生高峰應(yīng)力，另外一些區(qū)域則應(yīng)力降低，即所謂應(yīng)力集中的現(xiàn)象見圖2-5鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理通常把截面高峰應(yīng)力與平均應(yīng)力（當(dāng)截面受軸心力作用時(shí)）的比值稱之為應(yīng)力集中系數(shù)，其數(shù)值取決去構(gòu)件形狀改變的急劇程度，表明應(yīng)力集中程度的高低。在應(yīng)力集中的高峰應(yīng)力區(qū)內(nèi)，通常存在著同號(hào)的平面或三向應(yīng)力狀態(tài)。力學(xué)知識(shí)告訴我們，三向同號(hào)應(yīng)力且各應(yīng)力數(shù)值接近時(shí)，材料不易屈服。當(dāng)為數(shù)值相等的三向拉應(yīng)力時(shí)，直到材料斷裂也不屈服。所以，三向拉應(yīng)力的應(yīng)力狀態(tài)使得鋼材塑性變

19、形的發(fā)展受到制約而導(dǎo)致脆性破壞。四、鋼材的硬化1.時(shí)效硬化鋼材隨著時(shí)間推移，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度提高，而塑性、沖擊韌性降低的現(xiàn)象，稱之為時(shí)效硬化，如圖2-6。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理由于鋼在冶煉時(shí)留在其純鐵體中少量的氮的固溶體，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸析出并形成氮化物，它阻止了純鐵體晶粒間的滑移，從而約束了鋼材的塑性發(fā)展。時(shí)效硬化的過程有長(zhǎng)有短，可以從幾小時(shí)至幾十年。對(duì)重要結(jié)構(gòu)用的鋼材，為了加快測(cè)定其時(shí)效后的機(jī)械性能，常使鋼材在產(chǎn)生10的塑性變形 ，再加熱到一定溫度進(jìn)行試驗(yàn)，這樣可以大大縮短時(shí)效的過程，稱之為人工時(shí)效。2.冷作硬化如前述，鋼材在彈性階段加、卸載后，不產(chǎn)生殘余變形，也不影響鋼材性能， 但超過此

20、范圍則引起鋼材性能的變化。當(dāng)重復(fù)加載、卸載，其屈服點(diǎn)提高，而塑性和人性降低，如圖2-7。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼材在制造時(shí)一般需經(jīng)過冷拉、冷拔、冷彎、沖孔、剪切等冷加工過程，使得鋼材有很大的塑性變形，因而產(chǎn)生冷作硬化。冷作硬化雖然可提高鋼材的屈服強(qiáng)度，但同時(shí)降低了塑性和韌性，增加了脆性破壞的危險(xiǎn)。為了消除其不利影響，對(duì)重要結(jié)構(gòu)，如重級(jí)工作制吊車梁，須刨去因剪切形成的冷作硬化邊緣金屬。五、溫度變化的影響鋼材的力學(xué)性能隨著溫度的變化而有所改變。鋼材在低溫下的性能相比較而言更為重要。正溫范圍 鋼材在正溫范圍內(nèi)，各項(xiàng)力學(xué)性能與溫度的關(guān)系詳見圖2-8， 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理其總的趨勢(shì)是隨溫度的增加，強(qiáng)度降低而變形加

21、大。溫度在200以內(nèi)，鋼材的性能沒有很大的變化。溫度在250時(shí)，抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值，塑性、韌性下降，鋼材表面氧化膜呈藍(lán)色，稱之為“藍(lán)脆”現(xiàn)象，在藍(lán)脆區(qū)進(jìn)行熱加工，可能引起裂紋。溫度超過300時(shí)，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量均有所下降，而塑性增加。溫度超過400時(shí)，強(qiáng)度和彈性模量急劇降低。當(dāng)達(dá)到600時(shí)強(qiáng)度很低，已不能承受荷載。負(fù)溫范圍 鋼材在負(fù)溫范圍內(nèi)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都增加，而塑性、韌性降低，材料轉(zhuǎn)脆。圖2-9鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是沖擊韌性與溫度的關(guān)系示意曲線。圖中左邊和右邊部分曲線變化比較平緩，溫度帶來的變化較小，而中間部分曲線陡峭，破壞時(shí)需要的能量隨溫度急劇變化，其所對(duì)應(yīng)的溫度分別為T1和T2

22、，稱之為溫度轉(zhuǎn)化區(qū)。在此區(qū)間內(nèi)塑性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈云茐?，曲線的反彎點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度T0稱為冷脆轉(zhuǎn)變溫度。冷脆轉(zhuǎn)變溫度因受力情況、缺口形狀和截取方向的不同而不同。構(gòu)件設(shè)計(jì)中應(yīng)避免脆性破壞，即所處溫度不大于T1；但不一定大于T2，以免不必要的浪費(fèi)。六.重復(fù)荷載作用的影響在重復(fù)荷載的作用下，鋼材的破壞強(qiáng)度低于靜力作用下的抗拉強(qiáng)度，且呈現(xiàn)突發(fā)性的脆性破壞特征，這種現(xiàn)象稱之為疲勞。七.殘余應(yīng)力的影響殘余應(yīng)力是鋼材在軋制、焊接、氣割過程中，由于不均勻的加熱和冷卻而產(chǎn)生的。對(duì)構(gòu)件的不同形狀、不同尺寸、不同的加工方式，其殘余應(yīng)力的分布和大小也不盡相同。殘余應(yīng)力的存在，使得構(gòu)件的剛度和穩(wěn)定性都有所降低。建筑鋼材的種

23、類及選用一. 鋼材的種類及選用 在品種繁多的鋼材中，鋼結(jié)構(gòu)常有的鋼材主要有碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼兩種。后者因含有錳、釩等合金元素而具有較高的強(qiáng)度。處在腐蝕介質(zhì)中的結(jié)構(gòu)，則采用因加入銅、磷、鉻、鎳等元素而具有較高抗繡能力的高耐候結(jié)構(gòu)鋼。 鋼結(jié)構(gòu)所使用的鋼材有不同的種類，每個(gè)鋼種又有不同的牌號(hào)。以下分別敘述碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼的牌號(hào)和性能（緊固件中的普通螺栓、高強(qiáng)度螺栓和焊條的鋼材）1. 碳素結(jié)構(gòu)鋼我國生產(chǎn)的碳素鋼分為Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五個(gè)牌號(hào)。其中的Q是屈服強(qiáng)度屈字的漢語拼音的字頭，后面的阿拉伯?dāng)?shù)字表示屈服強(qiáng)度值（N）.有Q195到Q275主要是以強(qiáng)度由低到高排列

24、的，鋼材強(qiáng)度主要由其中碳元素的含量的多少來確定。鋼結(jié)構(gòu)用鋼主要是Q235，其中碳含量在0.120.22之間。碳素結(jié)構(gòu)鋼的表示方法為Q235#.#,#分別表示質(zhì)量等級(jí)和澆鑄方法。例如Q235A.F,Q235C等。Q235分為A、B、C、D四個(gè)等級(jí)，其中D級(jí)質(zhì)量最好，A級(jí)質(zhì)量最差。A、B級(jí)按脫氧程度分為沸騰鋼（F），半鎮(zhèn)靜鋼（b），C級(jí)為鎮(zhèn)靜鋼（Z），D級(jí)為特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ），其中鎮(zhèn)靜鋼（Z）.特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）可以不寫。質(zhì)量?jī)?yōu)劣主要是以V形缺口試件的沖擊韌性的要求來區(qū)分的，對(duì)冷彎試驗(yàn)只在需方有要求時(shí)菜進(jìn)行。B、C、D級(jí)分別要求20、0、-20時(shí)的沖擊韌性值，B、C、D級(jí)也要求冷彎試驗(yàn)合格。不同等

25、級(jí)的Q235鋼對(duì)化學(xué)元素的含量的要求略有不同，對(duì)C、D級(jí)鋼要提高其錳的含量以改進(jìn)韌性，同時(shí)降低其含碳量的上限以保證可焊性。此外，對(duì)硫、磷含量的限制也應(yīng)得到保證。2. 低合金結(jié)構(gòu)鋼 合金元素總量低于5的鋼稱之為低合金鋼，高于5%為高合金鋼。建筑結(jié)構(gòu)僅用低合金鋼，其牌號(hào)和性能如下： 由于生產(chǎn)和使用經(jīng)驗(yàn)的關(guān)系，規(guī)范推薦使用低合金鋼有兩種：16Mn(16錳)和15MnV（15錳釩），規(guī)范還推薦與這兩種類似而質(zhì)量較高的橋梁用鋼，即16Mnq(16錳橋)，15MnVq(15錳釩橋)鋼。 低合金鋼的品牌前兩位數(shù)表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)，后面再標(biāo)出所含合金元素的符號(hào)。當(dāng)其平均含量低于1.5時(shí)只列元素的符號(hào)，當(dāng)高

26、于1.5時(shí)在元素符號(hào)后列百分之幾并取整數(shù)。例如16Mn，表示其含碳量為0.16及主要合金元素為錳且合金量低于1.5。 低合金結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分與碳素結(jié)構(gòu)鋼相似，但加入少量的合金元素。16Mn和15MnV的屈服強(qiáng)度比Q235分別高出47%和66%，并具有較好的塑性、韌性和加工性能，是強(qiáng)度高且綜合使用性能好的鋼材。用于鋼結(jié)構(gòu)可比碳素結(jié)構(gòu)鋼節(jié)約材料15%25%，當(dāng)僅用于受拉及受彎時(shí)則節(jié)約比例更大。二. 鋼材的選擇1. 鋼材選用的原則和考慮因素剛才選用的原則是：既使結(jié)構(gòu)安全可靠地滿足使用要求，又要盡最大可能節(jié)約鋼材，降低造價(jià)。 對(duì)于不同的使用條件，應(yīng)當(dāng)有不同的質(zhì)量要求。鋼材的力學(xué)性質(zhì)中，屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、冷彎性能、沖擊韌性等各項(xiàng)指標(biāo)是從不同的方面來衡量鋼材的質(zhì)量。顯然，沒有必要在不同的使用條件下都要符合這些質(zhì)量指標(biāo)。鋼材的選用應(yīng)考慮以下主要因素：（1） 結(jié)構(gòu)的