實驗手冊建筑鋼材模板

1、資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。第2章建筑鋼材學(xué)習(xí)指導(dǎo)本章著重闡述公路工程常見建筑鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和性質(zhì)。經(jīng)過本章的學(xué)習(xí)要求學(xué)生掌握鋼材的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn), 并能按設(shè)計要求選用相應(yīng)規(guī)格的鋼材。金屬材料包括黑色金屬和有色金屬兩大類, 黑色金屬是指以鐵元素為主要成分的金屬及其合金, 常見的黑色金屬材料有鋼和生鐵。有色金屬是指黑色金屬以外的金屬, 如鋁、 銅、 鉛、 鋅等金屬及其合金。建筑鋼材是指用于鋼結(jié)構(gòu)的各種型材( 如圓鋼、 角鋼、 工字鋼、 管鋼等) 、 鋼板和用于鋼筋混凝土中的各種鋼筋、 鋼絲、 鋼絞線等。鋼材具有良好的技術(shù)性質(zhì): 材質(zhì)均勻, 性能可靠, 強(qiáng)度高

2、, 能承受較大的彈塑性變形, 加工性能好, 因此, 在土木工程中被廣泛應(yīng)用。2.1鋼材的分類與結(jié)構(gòu)2.1.1鋼按化學(xué)成分分類鋼材以鐵為主要原素, 含碳量為0.22.06, 并含有其它的元素的合金材料。鋼按化學(xué)成分分類可分為碳素鋼和合金鋼兩大類。1.碳素鋼碳素鋼根據(jù)含碳量可分為: 低碳鋼( 含碳小于0.25%) 、 中碳鋼( 含碳0.25%0.6%) 、 高碳鋼( 含碳大于0.6%) 。2.合金鋼合金鋼中含有一種或多種特意加人或超過碳素鋼限量的合金元素( 如錳、 硅、 礬、 鈦等) 。這些合金元素用于改進(jìn)鋼的性能, 或者使其獲得某些特殊性能。低合金鋼( 合金元素總含量小于5%) ; 中合金鋼(

3、合金元素總含量為5%10%) ; 高合金鋼( 合金元素總含量大于10%) 。2.1.2按鋼在熔煉過程中脫氧程度不同分類按鋼在熔煉過程中脫氧程度不同分類,可分為: 沸騰鋼、 鎮(zhèn)靜鋼、 半鎮(zhèn)靜鋼、 和特殊鎮(zhèn)靜鋼四類。1.沸騰鋼如果煉鋼時脫氧不充分,鋼液終還有較多的金屬氧化物, 澆鑄鋼錠后鋼液冷卻到一定溫度, 其中的碳會與金屬氧化物發(fā)生反應(yīng), 生成大量一氧化碳?xì)怏w外逸, 引起鋼液激烈沸騰, 因而這種鋼材稱為沸騰鋼, 其代號為”F”。沸騰鋼中碳和有害雜質(zhì)在鋼中分布不均勻, 富集于某些區(qū)間的現(xiàn)象特別嚴(yán)重, 鋼的致密程度差。故沸騰鋼的沖擊韌性和可焊接性較差, 特別是低溫沖級韌性的降低更顯著。但從經(jīng)濟(jì)上比較

4、, 沸騰鋼只消耗少量的脫氧劑, 鋼錠的搜索孔減少, 成品效率高, 故成本較低。2.鎮(zhèn)靜鋼如果煉鋼時脫氧充分, 鋼液中金屬氧化物很少或沒有,在澆鑄鋼錠時鋼液會平靜的冷卻凝固, 這種鋼稱為鎮(zhèn)靜鋼, 其代號為”Z”。鎮(zhèn)靜鋼組織致密, 氣泡少, 偏析程度小, 各種力學(xué)性能比沸騰鋼優(yōu)越?？捎糜谑軟_擊荷載的結(jié)構(gòu)和其它重要結(jié)構(gòu)。3.半鎮(zhèn)靜鋼。半鎮(zhèn)靜鋼是指脫氧程度和性能都介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間的鋼材, 其代號為”b”。4.特殊鎮(zhèn)靜鋼比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度更充分徹底的鋼, 稱為特殊鎮(zhèn)靜鋼, 代號為”TZ”。特殊鎮(zhèn)靜鋼的質(zhì)量最好, 適用于特別重要的結(jié)構(gòu)工程。鋼按壓力加工方式分類, 可分為熱加工鋼材和冷加工鋼材。鋼按用途

5、分類, 可分為鋼結(jié)構(gòu)用鋼和混凝土結(jié)構(gòu)用鋼兩種。2.1.3鋼按主要質(zhì)量等級( 鋼中有害雜質(zhì)的多少) 分類普通鋼: 含硫量0.050, 含磷量0.045; 優(yōu)質(zhì)鋼: 含硫量0.035, 含磷量0.035; 高級優(yōu)質(zhì)鋼: 含硫量0.025, 含磷量0.025, 高級優(yōu)質(zhì)鋼的鋼號后面加”高”字或”A”; 特級優(yōu)質(zhì)鋼: 含硫量0.015, 含磷量0.025, 特級優(yōu)質(zhì)鋼后加”E”。2.2建筑鋼材的技術(shù)性質(zhì)2.2.1建筑鋼材的物理力學(xué)性質(zhì)1.抗拉性能抗拉性能是表示鋼材性能的重要指標(biāo)。由于拉伸是建筑鋼材的主要受力形式, 因此抗拉性能采用拉伸試驗測定, 以屈服點、 抗拉強(qiáng)度和伸長率等指標(biāo)表征。以低碳鋼( 軟鋼

6、) 受拉的應(yīng)力-應(yīng)變圖2.1為例, 能夠較好地闡述這些重要的技術(shù)指標(biāo)。 圖2.1 低碳鋼受拉應(yīng)力-應(yīng)變圖從圖中能夠看出, 低碳鋼受拉經(jīng)歷了四個階段: 彈性階段( OA) 、 屈服階段( AB) 、 強(qiáng)化階段( BC 圖2.1 低碳鋼受拉應(yīng)力-應(yīng)變圖( 1) 屈服強(qiáng)度當(dāng)試件拉力在OA范圍內(nèi)時, 如卸去拉力, 試件能恢復(fù)原狀, 應(yīng)力與應(yīng)變的比值為常數(shù), 即彈性模量( E) , E=/。該階段被稱為彈性階段。彈性模量反映鋼材抵抗變形的能力, 是計算結(jié)構(gòu)受力變形的重要指標(biāo)。當(dāng)對試件的拉伸進(jìn)入塑性變形的屈服階段AB時, 稱屈服下限B下所對應(yīng)的應(yīng)力為屈服強(qiáng)度或屈服點, 記做S。設(shè)計時一般以S作為強(qiáng)度取值的

7、依據(jù)。對屈服現(xiàn)象不明顯的鋼, 規(guī)定以0.2%殘余變形時的應(yīng)力0.2作為屈服強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度可按式( 2.1) 計算。圖2.2 鋼材頸縮現(xiàn)象示意圖( 2.1圖2.2 鋼材頸縮現(xiàn)象示意圖式中: 屈服點, MPa; 屈服點荷載, N; 試件的公稱橫截面積, mm2。( 2) 抗拉強(qiáng)度從圖2.1中BC曲線逐步上升能夠看出: 試件在屈服階段以后, 其抵抗塑性變形的能力又重新提高, 稱為強(qiáng)化階段。對應(yīng)于最高點C的應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度, 用b表示。抗拉強(qiáng)度按式( 2.2) 計算。( 2.2) 式中: 屈服點, MPa; 屈服點荷載, N; 試件的公稱橫截面積, mm2。設(shè)計中抗拉強(qiáng)度不能利用, 但屈強(qiáng)比s/b,

8、卻能反映鋼材的利用率和結(jié)構(gòu)安全可靠性。屈強(qiáng)比愈小, 反映鋼材受力超過屈服點工作時的可靠性愈大, 因而結(jié)構(gòu)的安全性愈高。但屈服比太小, 則反映鋼材不能有效地被利用, 造成鋼材浪費(fèi)。建筑結(jié)構(gòu)鋼合理的屈強(qiáng)比一般為0.600.75。( 3) 伸長率圖2.1中當(dāng)曲線到達(dá)C點后, 試件薄弱處急劇縮小, 塑性變形迅速增加, 產(chǎn)生”頸縮現(xiàn)象”而斷裂( 如圖2.2所示) 。試件拉斷后測定出拉斷后標(biāo)距部分的長度L1( mm) , L1與試件原標(biāo)距L0( mm) 比較, 按式( 2.3) 能夠計算出伸長率( ) 。( 2.3) 式中: 伸長率, %; 試件原標(biāo)距, mm; 試件拉斷后測定出拉斷后標(biāo)距部分的長度, m

9、m。伸長率表征鋼材的塑性變形能力。由于在塑性變形時頸縮處的變形最大, 故若原標(biāo)距與試件的直徑之比愈大, 則頸縮處伸長值在整個伸長值中的比重愈小, 因而計算的伸長率會小些。一般以5和10分別表示L0=5d0和L0=10d0時的伸長率, d0為試件直徑。對同一種鋼材,5應(yīng)大于10。2.沖擊韌性沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。沖擊韌性指標(biāo)是經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)試件的彎曲沖擊韌性試驗確定的, 見圖2.3。圖2.3 沖擊韌性試驗原理圖以擺錘沖擊試件, 以試件沖斷時缺口處, 單位截面積上所消耗的功, 即為鋼材的沖擊韌性指標(biāo)。用ak( Jcm-2) 表示。a圖2.3 沖擊韌性試驗原理圖鋼材的化學(xué)成分、 內(nèi)在缺陷、

10、加工工藝及環(huán)境溫度都會影響鋼材的沖擊韌性。試驗表明, 沖擊韌性隨溫度的降低而下降, 其規(guī)律是開始下降緩和, 當(dāng)達(dá)到一定溫度范圍時, 突然下降很多而呈脆性, 這種脆性稱為鋼材的冷脆性。此時的溫度稱為臨界溫度。其數(shù)值愈低, 說明鋼材的低溫沖擊性能愈好。因此在負(fù)溫下使用的結(jié)構(gòu), 應(yīng)當(dāng)選用脆性臨界溫度較工作溫度低的鋼材。由于時效作用, 鋼材隨時間的延長, 其塑性和沖擊韌性下降。完成時效變化的過程可過數(shù)十年, 可是鋼材如經(jīng)受冷加工變形, 或使用中經(jīng)受震動和重復(fù)荷載的影響, 時效可迅速發(fā)展。因時效而導(dǎo)致性能改變的程度稱為時效敏感性。對于承受動荷載的結(jié)構(gòu)應(yīng)該選用時效敏感性小的鋼材。因此, 對于直接承受動荷載

11、而且可能在負(fù)溫下工作的重要結(jié)構(gòu), 必須進(jìn)行鋼材的沖擊韌性檢驗。3.冷彎性能冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力, 是鋼材的重要工藝性能。冷彎性能指標(biāo)是經(jīng)過試件被彎曲的角度( 90、 180) 及彎心直徑d對試件厚度( 或直徑) a的比值表示, 如圖2.4所示。圖2.4 圖2.4 鋼材冷彎試驗4.硬度鋼材的硬度是指其表面抵抗外物壓入產(chǎn)生塑性變形的能力, 測定硬度的方法有布氏法和洛氏法。較常見的方法是布氏法, 其硬度指標(biāo)為布氏硬度值。圖2.5 布氏硬度試驗示意圖布氏法是利用直徑為D( mm) 的淬火鋼球, 以一定的荷載P( N) 將其壓人試件表面, 得到直徑為d( mm) 的壓痕, 如圖2.

12、5所示。以壓痕表面積F( mm2) 除荷載P, 所得的應(yīng)力值即為試件的布氏硬度值( 圖2.5 布氏硬度試驗示意圖洛氏法測定的原理與布氏法相似, 但以壓頭壓入試件的深度來表示洛氏硬度值( HR) 。洛氏法壓痕很小, 常見于判定工件的熱處理效果。5.焊接性能鋼材主要以焊接的形式應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)中。焊接的質(zhì)量取決于鋼材與焊接材料的可焊性及其焊接工藝。鋼材的可焊性是指焊接后在焊縫處的性質(zhì)與母材性質(zhì)的一致程度。影響鋼材可焊性的主要因素是化學(xué)成分及含量。一般, 焊接結(jié)構(gòu)用鋼應(yīng)注意選用含碳量較低的氧氣轉(zhuǎn)爐或平爐鎮(zhèn)靜鋼。對于高碳鋼及合金鋼, 為了改進(jìn)焊接性能, 焊接時一般要采用焊前預(yù)熱及焊后熱處理等措施。2.2

13、.2化學(xué)成分對鋼材性質(zhì)的影響以生鐵冶煉鋼材, 經(jīng)過一定的工藝處理后, 鋼材中除主要含有鐵和碳外, 還有少量硅、 錳、 磷、 硫、 氧、 氮等難以除凈的化學(xué)元素。另外, 在生產(chǎn)合金鋼的工藝中, 為了改進(jìn)鋼材的性能, 還特意加入一些化學(xué)元素, 如錳、 硅、 礬、 鈦等。這些化學(xué)元素對鋼材的性能產(chǎn)生一定的影響。1.碳碳是決定鋼材性質(zhì)的主要元素。鋼材隨含碳量的增加, 強(qiáng)度和硬度相應(yīng)提高, 而塑性和韌性相應(yīng)降低。當(dāng)含碳量超過1%時, 鋼材的極限強(qiáng)度開始下降。土木工程中用鋼材含碳量不大于0.8%。另外, 含碳量過高還會增加鋼的冷脆性和時效敏感性, 降低抗大氣腐蝕性和可焊性。2.硅硅也是作為脫氧劑而存在于鋼

14、中的。硅的脫氧能力比錳還強(qiáng)。當(dāng)硅的含量很低時, 能顯著地提高鋼材的強(qiáng)度, 但不明顯的降低塑性和韌性。3.錳錳是中國低合金鋼的主加合金元素, 錳含量一般在1%2%范圍內(nèi), 它的作用主要是使強(qiáng)度提高, 錳還能消減硫和氧引起的熱脆性, 使鋼材的熱加工性質(zhì)改進(jìn)。4.硫硫是很有害元素。呈非金屬硫化物夾雜物存在于鋼中, 具有強(qiáng)烈的偏析作用, 降低各種機(jī)械性能。硫化物造成的低熔點使鋼在焊接時易于產(chǎn)生熱裂紋, 顯著降低可焊性。5.磷磷為有害元素。含量提高, 鋼材的強(qiáng)度提高, 塑性和韌性顯著下降, 特別是溫度愈低, 對韌性和塑性的影響愈大。磷的偏析較嚴(yán)重, 使鋼材冷脆性增大, 可焊性降低。但磷能夠提高鋼的耐磨性

15、和耐腐蝕性, 在低合金鋼中可配合其它元素作為合金元素使用。6.氧氧為有害元素。主要存在于非金屬夾雜物內(nèi), 可降低鋼的機(jī)械性能, 特別是韌性。氧有促進(jìn)時效傾向的作用, 氧化物造成的低熔點亦使鋼的可焊形變差。7.氮氮對鋼材性質(zhì)的影響與碳、 磷相似, 使鋼材的強(qiáng)度提高, 塑性、 韌性顯著下降。氮可加劇鋼材的時效敏感性和冷脆性, 降低可焊性。在有鋁、 鈮、 釩等的配合下, 氮可作為低合金鋼的合金元素使用。8.鋁、 鈦、 釩、 鈮均為煉鋼時的強(qiáng)脫氧劑, 能提高鋼材強(qiáng)度, 改進(jìn)韌性和可焊性, 是常見的合金元素。2.3建筑鋼材的冷加工與熱處理2.3.1冷加工冷加工是指鋼材在常溫下進(jìn)行的加工, 常見的冷加工方

16、式有: 冷拉、 冷拔、 冷軋、 冷扭、 刻痕等。鋼材經(jīng)冷加工產(chǎn)生塑性變形, 從而提高其屈服強(qiáng)度, 這一過程稱為冷加工強(qiáng)化處理。冷加工強(qiáng)化的機(jī)理描述如下: 金屬的塑性變形是經(jīng)過位錯運(yùn)動來實現(xiàn)的, 位錯是指源自行列間相互滑移形成的線狀缺陷。如果位錯運(yùn)動受阻, 則塑性變形困難, 即變形抗力增大, 因而強(qiáng)度提高。在塑性變形過程中, 位錯運(yùn)動的阻力主要來自位錯本身。因為隨著塑性變形的進(jìn)行, 位錯在晶體運(yùn)動時能夠經(jīng)過各種機(jī)制發(fā)生增值, 使位錯密度不斷增加, 位錯之間的距離越來越小并發(fā)生交叉, 使位錯運(yùn)動的阻力增大, 導(dǎo)致塑性變形抗力提高。另一方面, 由于變形抗力的提高, 位錯運(yùn)動阻力的增大, 位錯更容易在

17、晶體中發(fā)生塞積, 反過來使位錯的密度加速增長。這相當(dāng)于汽車經(jīng)過一個十分擁擠, 又沒有指揮的十字路口。由于相互爭強(qiáng)汽車新近十分困難。因此在冷加工時, 依靠塑性變形時位錯密度提高和變形抗力增大這兩方面的相互促進(jìn), 很快導(dǎo)致金屬強(qiáng)度和硬度的提高, 但也會導(dǎo)致其塑性降低。圖2.6 鋼材冷拉時效后應(yīng)力-應(yīng)變圖冷加工強(qiáng)化過程如圖2.6所示。鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線為OBCD, 若鋼材被拉伸至超過屈服強(qiáng)度的任意一點K時, 放松拉力, 則鋼材將恢復(fù)至O點。如此時立即再拉伸, 其應(yīng)力應(yīng)變曲線將為OK1C1D1, 新的屈服點K圖2.6 鋼材冷拉時效后應(yīng)力-應(yīng)變圖建筑工程中大量使用的鋼筋采用冷加工強(qiáng)化具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益

18、。經(jīng)過冷加工的鋼材, 可適當(dāng)減小鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計截面或減少混凝土中配筋的數(shù)量, 從而達(dá)到節(jié)約鋼材的目的。鋼筋冷拉還有利于簡化施工工序。冷拉盤條鋼筋可省去開盤和調(diào)直工序; 冷拉直條鋼筋可與矯直、 除銹等工序一并完成。但冷拔鋼絲的屈強(qiáng)較大, 相應(yīng)的安全儲備較小。2.3.2時效將經(jīng)過冷拉的鋼筋于常溫下存放1520d, 或加熱到100200并保持一段時間, 這個過程稱為時效處理。前者稱為自然時效, 后者稱為人工時效。鋼筋冷拉以后再經(jīng)過時效處理, 其屈服點進(jìn)一步提高, 塑性繼續(xù)有所降低。由于時效過程中應(yīng)力的消減, 故彈性模量可基本恢復(fù)。如圖2.6所示, 經(jīng)冷加工和時效后, 其應(yīng)力-應(yīng)變曲線為OK1C1

19、D1, 此時屈服強(qiáng)度K1和抗拉強(qiáng)度C1均較時效前有所提高。一般強(qiáng)度較低的鋼材采用自然時效, 而強(qiáng)度較高的鋼材則采用人工時效。因時效而導(dǎo)致鋼材性能改變的程度稱為時效敏感性。時效敏感性大的鋼材, 經(jīng)時效后, 其韌性、 塑性改變較大。因此, 對重要性結(jié)構(gòu)應(yīng)選用時效敏感性小的鋼材。2.3.3熱處理熱處理是將鋼材按一定規(guī)則加熱、 保溫和冷卻, 以獲得需要性能的一種工藝過程。熱處理的方法有: 1.退火將鋼材加熱至基本組織改變溫度以下( 低溫退火) 或以上( 完全退火) , 適當(dāng)保溫后緩慢冷卻, 以消除內(nèi)應(yīng)力, 減少缺陷及晶格畸變, 使鋼的塑性和韌性得到改進(jìn)。2.正火將鋼件加熱至基本組織改變溫度以上, 然后

20、在空氣中冷卻, 使晶格細(xì)化, 鋼的強(qiáng)度提高而塑性有所降低。3.淬火將鋼材加熱至基本組織改變溫度以上, 保溫使基本組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體, 然后投到水或礦物油中急冷, 使晶粒細(xì)化, 碳的固容量增加, 強(qiáng)度和硬度加強(qiáng), 塑性和韌性明顯下降。4.回火將比較硬脆、 存在內(nèi)應(yīng)力的鋼, 加熱至基本組織改變溫度以下( 150650) 保溫后按一定制度冷卻至室溫的熱處理方法稱回火?；鼗鸷蟮匿摬? 內(nèi)應(yīng)力消除, 硬度降低, 塑性和韌性得到改進(jìn)。公路工程建筑所用鋼材一般只在生產(chǎn)廠進(jìn)行熱處理, 并以熱處理狀態(tài)供應(yīng)。在施工現(xiàn)場, 有時需對焊接鋼材進(jìn)行熱處理。2.4鋼材的銹蝕與防護(hù)2.4.1鋼材的銹蝕鋼材表面與其存在環(huán)境接觸

21、, 在一定條件下, 能夠相互作用使鋼材表面產(chǎn)生腐蝕。鋼材表面與其周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而遭到的破壞, 稱為鋼材的銹蝕。根據(jù)鋼材與周圍介質(zhì)的不同作用, 可將其銹蝕分為下列兩種。1.化學(xué)銹蝕化學(xué)銹蝕是指鋼材直接與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的銹蝕, 多數(shù)是由氧化作用在鋼材表面形成疏松的氧化物。在干燥環(huán)境中反應(yīng)緩慢, 但在溫度和濕度較高的環(huán)境條件下, 銹蝕則發(fā)展迅速。2.電化學(xué)銹蝕鋼材的表面銹蝕主要因電化學(xué)作用引起, 由于鋼材本身組成上的原因和雜質(zhì)的存在, 在表面介質(zhì)的作用下, 各成分電極電位的不同, 形成微電池, 鐵元素失去了電子成為Fe2+離子進(jìn)行介質(zhì)溶液, 與溶液中的OH-離子結(jié)合生成Fe( OH

22、) 2, 使鋼材遭到銹蝕。銹蝕的結(jié)果是在鋼材表面形成疏松的氧化物, 使鋼結(jié)構(gòu)斷面減小, 降低鋼材的性能, 因而承載力降低。2.4.2鋼材的防護(hù)1.鋼材的防腐鋼材的腐蝕既有內(nèi)因( 材質(zhì)) , 也有外因( 環(huán)境介質(zhì)的作用) , 因此要防止或減少鋼材的腐蝕能夠從改變鋼材本身的易腐蝕性, 隔離環(huán)境中的侵蝕性介質(zhì)或改變鋼材表面的電化學(xué)過程三方面入手。( 1) 采用耐候鋼耐候鋼即耐大氣腐蝕鋼。它是在碳素鋼和低合金鋼中加入合金元素鉻、 鎳、 鈦、 銅, 制成的。這種在鋼大氣作用下, 能在表面形成一種致密的防腐保護(hù)層, 起到耐腐蝕的作用同時保持鋼材良好的焊接性能。耐候鋼的輕度級別與碳素鋼和低合金鋼一致, 技術(shù)

23、指標(biāo)也相近, 但其耐腐蝕能力確高出數(shù)倍。( 2) 金屬覆蓋用耐腐蝕性好的金屬, 以電鍍或噴鍍的方法覆蓋在鋼材表面, 提高鋼材的耐腐蝕能力。常見的方法有: 鍍鋅( 如白鐵皮) 、 鍍錫( 如馬口鐵) , 鍍銅, 鍍鉻等。( 3) 非金屬覆蓋在鋼材表面用金屬材料做為保護(hù)膜, 與環(huán)境介質(zhì)隔離, 以避免或減緩腐蝕。如噴涂涂料、 搪瓷和塑料等。涂料一般分為底漆、 中間漆和面漆。底漆要求有比較好的附著力和防銹能力, 中間漆為防銹漆, 面漆要求有較好的牢度和耐候性以保護(hù)底漆不受損傷或風(fēng)化。( 4) 混凝土用鋼筋的防銹在正常的混凝土中pH值為12這時, 在鋼材表面形成堿性氧化膜, 對鋼筋起保護(hù)作用。若混凝土碳

24、化后由于堿度降低會失去對鋼筋的保護(hù)作用。另外, 混凝土中氯離子達(dá)到一定濃度, 也會嚴(yán)重破壞鋼筋表面的鈍化膜。為防止鋼筋銹蝕, 應(yīng)保證混凝土的密實度以及鋼筋外側(cè)混凝土保護(hù)層的厚度, 在二氧化碳濃度高的工業(yè)區(qū)采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥, 限制含氯鹽外加劑摻量并使用混凝土用鋼筋防銹劑。預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)禁止使用含氯鹽的集料和外加劑。鋼筋涂覆環(huán)氧樹脂或鍍鋅也是一種有效的防銹措施。2.鋼材的防火鋼是不燃性材料, 但這并不表明鋼材能夠抵抗火災(zāi)。耐火試驗與火災(zāi)案例表明: 以失去支持能力為標(biāo)準(zhǔn), 無保護(hù)層時鋼柱和鋼屋架的耐火極限只有0.25h, 而裸露的鋼梁的耐火極限0.15h。溫度在200以內(nèi), 可認(rèn)為鋼材

25、的性能基本不變; 超過300以后, 彈性模量、 屈服點和極限抗壓強(qiáng)度均開始顯著下降, 應(yīng)變急劇增大,達(dá)到600時已失去支撐能力。因此沒有防火防護(hù)層的鋼結(jié)構(gòu)是不耐火的。鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的基本原理是采用絕熱火吸熱材料, 阻隔火焰和熱量, 推遲鋼結(jié)構(gòu)的升溫速率。防火方法以包覆法為主, 即以防火涂料、 不燃性板材或混凝土和砂漿將鋼構(gòu)件包裹起來。2.5橋梁建筑用常見鋼材2.5.1橋梁建筑用鋼的技術(shù)要求用于橋梁建筑的鋼材, 根據(jù)工程使用條件和特點, 這類鋼應(yīng)該具有以下技術(shù)要求: 1.良好的綜合力學(xué)性能橋梁結(jié)構(gòu)在使用中承受復(fù)雜的交通荷載, 同時在無遮蓋的條件下經(jīng)受大氣條件的嚴(yán)酷環(huán)境考驗, 必須具有良好的綜合機(jī)

26、械性能。除具有較高的屈服點和抗拉強(qiáng)度外, 還應(yīng)具有良好的塑性、 冷彎、 沖擊韌性和抵抗振動應(yīng)力的疲勞強(qiáng)度以及低溫的沖擊韌性。2.良好的焊接性由于近代焊接技術(shù)的發(fā)展, 橋梁結(jié)構(gòu)趨向于采用焊接結(jié)構(gòu)代替鉚接結(jié)構(gòu), 以加快施工速度和節(jié)約鋼材。橋梁在焊接后不易整體熱處理, 因此要求鋼材具有較好的焊接性, 亦即焊接部分應(yīng)強(qiáng)而韌, 其強(qiáng)度和韌性應(yīng)不低于或略低于焊件本身, 以防止產(chǎn)生硬化脆裂和內(nèi)應(yīng)力過大現(xiàn)象。3.良好的抗蝕性橋梁長期暴露與大氣中, 因此要求橋梁用鋼具有良好的抵抗大氣因素腐蝕的性能。2.5.2鋼結(jié)構(gòu)用鋼1.碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼指一般結(jié)構(gòu)鋼和工程用熱軋板、 管、 帶、 型、 棒材等。現(xiàn)行國標(biāo)GB7

27、00-88碳素結(jié)構(gòu)鋼規(guī)定了碳素鋼的牌號表示方法、 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等。( 1) 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由四部分表示, 按順序為: 屈服點字母( Q) 、 屈服點數(shù)值( 單位為MPa) 、 質(zhì)量等級( 有A、 B、 C、 D四級, 逐級提高) 和脫氧方法符合( F為沸騰鋼, b為半鎮(zhèn)鋼, Z為鎮(zhèn)靜鋼, TZ為特殊鎮(zhèn)鋼。牌號表示時Z、 TZ可省略) 。例如: Q235AF: 表示屈服點為235MPa, A級沸騰鋼。Q235B: 表示屈服點為235MPa, B級鎮(zhèn)靜鋼。( 2) 技術(shù)要求現(xiàn)行國標(biāo)( GB700-88) 對碳素鋼的化學(xué)成分、 力學(xué)性質(zhì)及工藝性質(zhì)做出了具體的規(guī)定。其化學(xué)成分及含量應(yīng)符合

28、表2.1的要求。表2.1碳素鋼的化學(xué)成分牌號等級化學(xué)成分/%脫氧方法CMnSiSP不大于Q1950.060.120.250.500.300.0500.045F、 b、 ZQ215A0.090.150.050.550.300.0500.045F、 b、 ZB0.045Q235A0.140.220.300.650.300.0500.045F、 b、 ZB0.120.200.300.700.045C0.180.350.800.0400.040ZD0.170.0350.035TZQ255A0.180.280.400.700.300.0500.045F、 b、 ZB0.045Q2750.280.380.

29、500.800.350.0500.045b、 Z注: Q235A、 B級沸騰鋼錳含量上限為0.60%。碳素結(jié)構(gòu)鋼依據(jù)屈服點Q的數(shù)值大小劃分為五個牌號。其力學(xué)性能要求列如表2.2, 冷彎試驗規(guī)定列如表2.3。表2.2碳素結(jié)構(gòu)鋼的位伸與沖擊試驗表2.3碳素結(jié)構(gòu)鋼的冷彎性能牌號試樣方向冷彎試驗B=2a180鋼材厚度( 直徑) /mm6060100100200彎心直徑dQ195縱橫00.5aQ215縱橫0.5aa0.5a2a2a2.5aQ235縱橫a1.5a2a2.5a2.2a3aQ255Q275-2a3a3a4a3.5a4.5a注: B為試樣寬度, a為鋼材厚度( 直徑) 。( 3) 鋼材選用碳素結(jié)

30、構(gòu)鋼依牌號增大, 含碳量增加, 其強(qiáng)度增大, 但塑性和韌性降低。建筑工程中主要應(yīng)用Q235號鋼, 可用于軋制各種型鋼、 鋼板、 鋼管與鋼筋。Q235號鋼具有較高的強(qiáng)度, 良好的塑性、 韌性, 可焊性及可加工等綜合性能好, 且冶煉方便, 成本較低, 因此廣泛用于一般鋼結(jié)構(gòu)。其中C、 D級可用在重要的焊接結(jié)構(gòu)。Q195、 Q215號鋼材強(qiáng)度較低, 但塑性、 韌性較好, 易于冷加工, 可制作鉚釘、 鋼筋等。Q225、 Q275號鋼材強(qiáng)度高, 但塑性、 韌性、 可焊性差, 可用于鋼筋混凝土配筋及鋼結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件及螺栓等。受動荷載作用結(jié)構(gòu)、 焊接結(jié)構(gòu)及低溫下工作的結(jié)構(gòu), 不能選用A、 B質(zhì)量等級鋼及沸騰鋼

31、。表2.4低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分牌號質(zhì)量等級化學(xué)成分/%CMnSiPSVNbTiAlCrNiQ295ABQ345ABCDEQ390ABCDEQ420ABCDEQ460CDE注: 表中的Al為全鋁含量。如化驗酸溶鋁時, 其含量不應(yīng)小于0.010%。2.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度鋼是普通低合金結(jié)構(gòu)鋼的簡稱。一般是在普通碳素鋼的基礎(chǔ)上, 添加少量的一種或幾種合金元素而成。合金元素有硅、 錳、 釩、 鈦、 鈮、 鉻、 鎳及稀土元素。加入合金元素后, 可使其強(qiáng)度、 耐腐蝕性、 耐磨性、 低溫沖擊韌性等性能得到顯著提高和改進(jìn)?，F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB1591-94低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼規(guī)定了低合金高強(qiáng)度鋼的

32、牌號與技術(shù)性質(zhì)。( 1) 低合金高強(qiáng)度鋼的牌號低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼共有5個牌號。牌號由三部分表示: 含碳量、 合金元素的種類及含量。前兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù); 其后的元素符合表示按主次加入的合金元素; 合金元素后面如未附數(shù)字, 表示其平均含量在1.5%以下; 如附有數(shù)字”2”, 表示其平均含量在1.5%2.5%之間; 最后如附有”b”, 表示為半鎮(zhèn)靜鋼, 否則為鎮(zhèn)靜鋼。例如: 16Mn: 表示平均含碳量為0.16%, 平均含碳量低于1.5%的鎮(zhèn)靜鋼。( 2) 技術(shù)要求按現(xiàn)行國標(biāo)( GB1591-94) 規(guī)定, 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分與力學(xué)性質(zhì)如表2.4和表2.5。表2.5低合金高強(qiáng)

33、度結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)、 工藝性質(zhì)屈服點s/MPa厚度( 直徑, 邊長) /mm( 3) 鋼材選用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼具有輕質(zhì)高強(qiáng), 耐蝕性、 耐低溫性好, 抗沖擊性強(qiáng), 使用壽命長等良好的綜合性能; 具有良好的可焊性及冷加工性, 易于加工與施工, 因此, 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼能夠用作高層及大跨度建筑( 如大跨度橋梁、 大型廳館、 電視塔等) 的主體結(jié)構(gòu)材料。與普通碳素鋼相比可節(jié)約鋼材, 具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)?shù)秃辖痄撝械你t含量達(dá)11.5%時, 鉻就在合金金屬的表面形成一層惰性的氧化鉻膜, 成為不銹鋼。不銹鋼具有低的導(dǎo)熱性, 良好的耐蝕性能等優(yōu)點; 缺點是溫度變化時膨脹性較大。不銹鋼既能夠作為承重構(gòu)件,

34、又能夠作為建筑裝飾材料。3.型鋼、 鋼板、 鋼管碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼還能夠加工成各種型鋼、 鋼板、 鋼管等構(gòu)件直接供工程選用, 構(gòu)件之間可采用鉚接、 螺栓聯(lián)接、 焊接等方式進(jìn)行聯(lián)接。( 1) 型鋼型鋼有熱軋和冷軋兩種成型方式。熱軋型鋼主要有角鋼、 工字鋼、 槽鋼、 T型鋼、 H型鋼、 Z型鋼等。以碳素結(jié)構(gòu)鋼為原料熱軋加工的型鋼, 可用于大跨度、 承受動荷載的鋼結(jié)構(gòu)。冷軋型鋼主要有角鋼、 槽鋼等開口薄壁型鋼及方形、 矩形等空心薄壁型鋼。主要用于輕型鋼結(jié)構(gòu)。( 2) 鋼板鋼板亦有熱軋和冷軋兩種型式。熱軋鋼板有厚板( 厚度大于4mm) 和薄板( 厚度小于4mm) 兩種, 冷軋鋼板只有薄板( 厚度為0

35、.24mm) 一種。一般厚板用于焊接結(jié)構(gòu); 薄板可用作屋面及墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)等, 亦可進(jìn)一步加工成各種具有特殊用途的鋼板使用。( 3) 鋼管鋼管分為無縫鋼管與焊接鋼管兩大類。焊接鋼管采用優(yōu)質(zhì)帶材焊接面成, 表面鍍鋅或不鍍鋅。按其焊縫形式分為直紋焊管和螺紋焊管。焊管成本低, 易加工, 但一般抗壓性能較差。無縫鋼管多采用熱軋冷拔聯(lián)合工藝生產(chǎn), 也可采用冷軋方式生產(chǎn), 但成本昂貴。熱軋無縫鋼管具有良好的力學(xué)性能與工藝性能。無縫鋼管主要用于壓力管道, 在特定的鋼結(jié)構(gòu)中, 往往也設(shè)計使用無縫鋼管。2.5.3混凝土結(jié)構(gòu)用鋼材1.熱軋鋼筋( 1) 牌號現(xiàn)行國標(biāo)GB13013-91鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋和GB1

36、499-98鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋規(guī)定, 熱軋鋼筋分為R235、 HRB335、 HRB400、 HRB500四個牌號。牌號中R代表熱軋光圓鋼筋、 HRB代表熱軋帶肋鋼筋, 牌號中的數(shù)字表示熱軋鋼筋的屈服強(qiáng)度。其中熱軋光圓鋼筋由碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成, 表面光圓; 熱軋帶肋鋼筋由低合金鋼軋制而成, 外表帶肋。按照現(xiàn)行國標(biāo)( GB13013-91) 和( GB1499-98) 規(guī)定, 對熱軋光圓鋼筋和熱軋帶肋鋼筋的力學(xué)性能和工藝性能的要求如表2.6。表2.6熱軋鋼筋的力學(xué)性能、 工藝性能表面形狀牌號公稱直徑/mm屈服點s/MPa抗拉強(qiáng)度b/MPa伸長率5%冷彎d彎芯直徑a鋼筋公稱直徑不小于光圓R2

37、3582023537025180d=a帶肋HRB335625285033549016180d=3ad=4aHRB400625285040057014180d=4ad=5aHRB500625285050063012180d=6ad=7a注: 按GB13013-91規(guī)定, 熱軋直條光圓鋼筋級別為I級; 按GB1499-98規(guī)定, 熱軋帶肋鋼筋的屈服點一項, 也能夠用p0.2表示。( 3) 鋼材選用光圓鋼筋的強(qiáng)度較低, 但塑性及焊接性好, 便于冷加工, 廣泛用做普通鋼筋混凝土; HRB325, HRB400帶肋鋼筋的強(qiáng)度較高, 塑性及焊接性也較好, 廣泛用做大、 中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋; HR

38、B500帶肋鋼筋強(qiáng)度高, 但塑性與焊接性較差, 適宜作預(yù)應(yīng)力鋼筋。2.冷拉熱軋鋼筋為了提高強(qiáng)度以節(jié)約鋼筋, 工程中常按施工規(guī)程對熱軋鋼筋進(jìn)行冷拉。冷拉后鋼筋的力學(xué)性能應(yīng)符合表2.7, GB50204-92冷拉熱軋鋼筋的規(guī)定。表2.7冷拉熱軋鋼筋的性能鋼筋級別直徑/mms/MPab/MPa/%冷彎不小于彎曲角d彎芯直徑a鋼筋直徑冷拉級61228037011180d=3a冷拉級8254505101090d=3a284043049010d=4a冷拉級840500570890d=5a冷拉級1028700835690d=5a注: 鋼筋直徑25mm的冷拉、 級鋼筋, 冷彎彎芯直徑應(yīng)增加1a。冷拉I級鋼筋適

39、用作非預(yù)應(yīng)力受拉鋼筋, 冷拉、 、 級鋼筋強(qiáng)度較高, 可用作預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋。由于冷拉鋼筋的塑性、 韌性較差, 易發(fā)生脆斷, 因此, 冷拉鋼筋不宜用于負(fù)溫度、 受沖擊或重復(fù)荷載作用的結(jié)構(gòu)。3.冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋是用低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)冷軋或冷拔減徑后, 在其表面冷軋成三面有肋的鋼筋。現(xiàn)行國標(biāo)GB13788- 冷軋帶肋鋼筋規(guī)定, 冷軋帶肋鋼筋代號為CR, 按抗拉強(qiáng)度分為三級: CRB550、 CRB650、 CRB800、 CRB970、 CRB1170, 其中數(shù)值表示鋼筋應(yīng)達(dá)到的最小抗拉強(qiáng)度值。冷軋帶肋鋼筋的力學(xué)、 工藝性質(zhì)列如表2.8。表2.8冷軋帶肋鋼筋的性質(zhì)級別代號抗拉強(qiáng)度

40、b/MPa不小于伸長率/%不小于冷彎180D彎心直徑d鋼筋公稱直徑應(yīng)力松馳Qcon=0.7b1000h不大于/%10h不大于/%10100CRB5505508.0D=3dCRB6506504.085CRB8008004.085CRB9709704.085CRB117011704.085冷軋帶肋鋼筋提高了鋼筋的握裹力, 可廣泛用于中、 小預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件, 也可用于焊接鋼筋網(wǎng)。4.冷軋扭鋼筋冷軋扭鋼筋由低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)專用鋼筋冷軋扭機(jī)調(diào)直、 冷軋并冷扭一次成型, 具有規(guī)定截面形狀和節(jié)距的連續(xù)螺旋狀鋼筋。按其截面形狀不同分為I型( 矩形截面) 和型( 菱形截面) 兩種

41、類型。代號為LZN。冷軋扭鋼筋可適用于鋼筋混凝土構(gòu)件, 其力學(xué)和工藝性質(zhì)應(yīng)符合表2.9JG3046-98冷軋扭鋼筋的規(guī)定。表2.9冷軋扭鋼筋的性能抗拉強(qiáng)度b/MPa伸長率10/%冷彎180( 彎心直徑=3d) 5804.5受彎曲部位表面不得產(chǎn)生裂紋注: d為冷軋扭鋼筋標(biāo)志直徑; 10以標(biāo)距為10倍標(biāo)志直徑的試樣拉斷伸長率。冷軋扭鋼筋與混凝土的握裹力與其螺距大小有直接關(guān)系。螺距越小, 握裹力越大, 但加工難度也越大, 因此應(yīng)選擇適宜的螺距。冷軋扭鋼筋在拉伸時無明顯屈服臺階, 為安全起見, 其抗拉設(shè)計強(qiáng)度采用0.8b。5.熱處理鋼筋熱處理鋼筋是用熱軋螺紋鋼筋經(jīng)淬火和回火的調(diào)質(zhì)處理而成的。代號為RB

42、150。按螺紋外形可分為有縱肋和無縱肋兩種。根據(jù)GB4463-92預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋的規(guī)定, 熱處理鋼筋有40SiMn、 48Si2Mn和45Si2Cr等三個牌號, 其性能要求列如表2.10。表2.10預(yù)應(yīng)力混凝土熱處理鋼筋的性能公稱直徑/mm牌號屈服強(qiáng)度0.2/MPa抗拉強(qiáng)度b/MPa伸長率10/%不小于640Si2Mn1325(135)1470(150)68.248Si2Mn1045Si2Cr熱處理鋼筋當(dāng)前主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕, 用以代替高強(qiáng)度鋼絲, 配筋根數(shù)減少, 制作方便, 錨固性能好, 建立預(yù)應(yīng)力穩(wěn)定。也用于預(yù)應(yīng)力混凝土板、 梁和吊車梁, 使用效果良好。熱處理鋼筋系成盤供應(yīng)( 每盤長約20mm) , 開盤后能自然伸直, 不需調(diào)直、 焊接, 故施工簡單, 并可節(jié)約鋼材。6.預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線預(yù)應(yīng)力鋼絲按交貨狀態(tài)分為冷拉鋼絲及消除應(yīng)力鋼絲兩種, 按外形分為光面鋼絲、 刻痕鋼絲、 螺旋鋼絲三種。按松馳能力分為I級松馳和級松馳兩級。代號為RCD( 冷拉鋼絲) 、 S( 消除應(yīng)力鋼絲) 、 SI( 消除應(yīng)力刻痕鋼絲) 、 SH( 消除應(yīng)力螺旋肋鋼絲) 。按現(xiàn)行國標(biāo)GB/T5223- 預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲規(guī)定, 部分鋼絲的力學(xué)性能要求如表2.11、