2015年造價工程師《安裝》：工程材料（2）

　　三、教材主要知識點解析

　　第一節(jié)基本材料

　　一、鋼筋

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　　鋼筋是土木建筑工程中使用量最大的鋼材品種之一，其材質包括碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼兩大類。常用的有熱軋鋼筋、冷加工鋼筋、熱處理鋼筋以及鋼絲和鋼絞線等。

　　1．熱軋鋼筋

　　根據現行國家標準《鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋》GB1499．1和《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》GB1499．2規(guī)定，熱軋光圓鋼筋分HPB235、HPB300兩種牌號，普通熱軋鋼筋分HRB335、HRB400、HRBS00三種牌號，細晶粒熱軋鋼筋分HRBF335、HRBF400、HRBF500三種牌號。其中HPB235、HPB300鋼筋由碳素結構鋼經熱軋成型并自然冷卻，表面光圓，其余均由低合金高強度結構鋼軋制而成，外表帶肋。帶肋鋼筋橫截面為圓形，長度方向有兩條軸對稱縱肋及均勻分布的橫肋，按肋紋的形狀分為月牙肋和等高肋。熱軋鋼筋的技術要求見表3．1．1.表中所列的強度值和伸長率均為要求的最小值。

表3．1．1熱軋鋼筋的技術要求

　　由表3．1.1可知，隨鋼筋級別的提高，其屈服強度和極限強度逐漸增加，而其塑性則逐漸下降。

　　鋼筋混凝土結構對鋼筋的要求是機械強度較高，具有一定的塑性、韌性和冷加工性等。綜合鋼筋的強度、塑性、工藝性和經濟性等因素，非預應力鋼筋混凝土可選用HPB235、HRB335和HRB400鋼筋，而預應力鋼筋混凝土則宜選用HRB500、HRB400和HRB335鋼筋。

　　2．冷加工鋼筋

　　在常溫下對熱軋鋼筋進行機械加工（冷拉、冷拔、冷軋）而成。常見的品種有冷拉熱軋鋼筋、冷軋帶肋鋼筋和冷拔低碳鋼絲。

　?。?）冷拉熱軋鋼筋。在常溫下將熱軋鋼筋拉伸至超過屈服點小于抗拉強度的某一應力，然后卸荷，即制成了冷拉熱軋鋼筋。如卸荷后立即重新拉伸，卸荷點成為新的屈服點，因此冷拉可使屈服點提高，材料變脆、屈服階段縮短，塑性、韌性降低。若卸荷后不立即重新拉伸，而是保持一定時間后重新拉伸，鋼筋的屈服強度、抗拉強度進一步提高，而塑性、韌性降低繼續(xù)降低，這種現象稱為冷拉時效。實踐中，可將冷拉、除銹、調直、切斷合并為一道工序，這樣可簡化流程，提高效率。

　?。?）冷軋帶肋鋼筋。用低碳鋼熱軋盤圓條直接冷軋或經冷拔后再冷軋，形成三面或兩面橫肋的鋼筋。現行國家標準《冷軋帶肋鋼筋》GB13788規(guī)定，冷軋帶肋鋼筋分為CRB500、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170五個牌號。CRB500用于非預應力鋼筋混凝土，其他牌號用于預應力混凝土。冷軋帶肋鋼筋克服了冷拉、冷拔鋼筋握裹力低的缺點，而具有冷拉、冷拔鋼筋相近的強度，因此在中、小型預應力鋼筋混凝土結構構件中廣泛應用。

　?。?）冷拔低碳鋼絲。將直徑6.5-～8mm的Q235或Q215盤圓條通過小直徑的拔絲孔逐步拉拔而成，直徑3～5mm.由于經多次拔制，其屈服強度可提高40％～60％，同時失去了低碳鋼的良好塑性，變得硬脆?，F行國家標準《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》GB50205規(guī)定，冷拔低碳鋼絲分為兩級，甲級用于預應力混凝土結構構件中，乙級用于非預應力混凝土結構構件中。

　　3．熱處理鋼筋

　　熱處理鋼筋是鋼廠將熱軋的帶肋鋼筋（中碳低含金鋼）經淬火和高溫回火調質處理而成的，即以熱處理狀態(tài)交貨，成盤供應，每盤長約200m.現行國家標準《預應力混凝土用熱處理鋼筋》GB4463規(guī)定，公稱直徑6mm、8.2mm、10mm，σ0.2≥1325MPa，σb≥1470MPa，δ10≥6％。熱處理鋼筋強度高，用材省，錨固性好，預應力穩(wěn)定，主要用作預應力鋼筋混凝土軌枕，也可以用于預應力混凝土板、吊車梁等構件。

　　4．碳素鋼絲、刻痕鋼絲和鋼絞線

　　預應力混凝土需使用專門的鋼絲，這些鋼絲用優(yōu)質碳素結構鋼經冷拔、熱處理、冷軋等工藝過程制得，具有很高的強度，安全可靠，且便于施工。預應力混凝土用鋼絲分為碳素鋼絲（矯直匾火鋼絲，代號J）、冷拉鋼絲（代號L）及矯直回火刻痕鋼絲（代號JK）三種。

　　碳素鋼絲（矯直回火鋼絲）由含碳量不低于0.8％的優(yōu)質碳素結構鋼盤條，經冷拔及回火制成。碳素鋼絲具有很好的力學性能，是生產刻痕鋼絲和鋼絞拉張的母材。

　　刻痕鋼絲。將碳素鋼絲表面沿長度方向壓出橢圓形刻痕即為刻痕鋼絲。壓痕后，成盤的刻痕鋼絲需做低溫回火處理后交貨。

　　鋼絞線。鋼絞線是將碳素鋼絲若干根，經絞捻及消除內應力的熱處理后制成。鋼絞線強度高、柔性好，特別適用于曲線配筋的預應力混凝土結構、大跨度或重荷載的屋架等。

　　鋼絲和鋼絞線主要用于大跨度、大負荷的橋梁、電桿、枕軌、屋架、大跨度吊車梁等，安全可靠，節(jié)約鋼材，且不需冷拉、焊接接頭等加工，因此在土木建筑工程中得到廣泛應用。

　　（二）鋼筋的性能

　　1．抗拉性能

　　抗拉性能是鋼筋的最主要性能，因為鋼筋在大多數情況下是作為抗拉材料來使用的。

　　表征抗拉性能的技術指標主要是屈服點（也叫屈服強度）、抗拉強度（全稱抗拉極限強度）

　　和伸長率。低碳鋼（軟鋼）受拉的應力一應變圖能夠較好地解釋這些重要的技術指標，見圖3．1．1.

　?。?）屈服點。在彈性階段OA段，此時如卸去拉力，試件能恢復原狀，此階段的變形為彈性變形，應力與應變成正比，其比值即為鋼材的彈性模量。與A點對應的應力稱為彈性極限（昂）當對試件的拉伸進入塑性變形的屈服階段AB時，應力的增長滯后于應變的增加，屈服下限點I下所對應的應力稱為屈服強度或屈服點，記做δS.設計時一般以以作為強度取值的依據。對屈服現象不明顯的鋼，規(guī)定以0．2％殘余變形時的應力σ0.2作為屈服強度。

　?。?）抗拉強度。曲線逐步上升可以看出：試件在屈服階段以后，其抵抗塑性變形的能力叉重新提高，稱為強化階段。對應于最高點C的應力稱為抗拉強度，用δb表示。

　　設計中抗拉強度雖然不能利用，但屈強比δS/δb能反映鋼材的利用率和結構安全可靠程度。屈強比愈小，反映鋼材受力超過屈服點工作時的可靠性愈大，因而結構的安全性愈高。但屈服強比太小，則反映鋼材不能有效地被利用。

　?。?）伸長率。當曲線到達C點后，試件薄弱處急劇縮小，塑性變形迅速增加，產生“頸縮現象”而斷裂。試件拉斷后，量出拉斷后標距部分的長度1，，即可按下式計算伸長率。

　　伸長率表征了鋼材的塑性變形能力。伸長率的大小與標距長度有關。塑性變形在標距內的分布是不均勻的，頸縮處的伸長較大，離頸縮部位越遠變形越小。因此原標距與試件的直徑之比愈大，頸縮處伸長值在整個伸長值中的比重愈小，計算伸長率愈小。通常以δ5和δ10分別表示10=5d0和10=10d0（d0為試件直徑）時的伸長率，對于同一種鋼材，δ5應大于δ10.

　　2．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。冷彎性能指標是通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（d/a）區(qū)分的。試件按規(guī)定的彎曲角和彎心直徑進行試驗，試件彎曲處的外表面無裂斷、裂縫或起層，即認為冷彎性能合格。

　　冷彎試驗是通過試件彎曲處的塑性變形實現的，能揭示鋼材是否存在內部組織不均勻、內應力和夾雜物等缺陷。在拉力試驗中，這些缺陷常因塑造性變形導致應力重分布而得不到反映。因此冷彎試驗是一種比較嚴格的試驗，對鋼材的焊接質量也是一種嚴格的檢驗，能揭示焊件在受彎表面存在的裂紋和夾雜物。

　　3．沖擊韌性

　　沖擊韌性指鋼材抵抗沖擊載荷的能力。其指標是通過標準試件的彎曲沖擊韌性試驗確定。按規(guī)定，將帶有V形缺口的試件進行沖擊試驗。試件在沖擊荷載作用下折斷時所吸收的功，稱為沖擊吸收功Akv（J）鋼材的化學成分、組織狀態(tài)、內在缺陷及環(huán)境溫度等都是影響沖擊韌性的重要因素。Akv值隨試驗溫度的下降而減小，當溫度降低達到某一范圍時，Akv急劇下降而呈脆性斷裂，這種現象稱為冷脆性。發(fā)生冷脆時的溫度稱為脆性臨界溫度，其數值越低，說明鋼材的低溫沖擊韌性越好。因此，對直接承受動荷載而且可能在負溫下工作的重要結構，必須進行沖擊韌性檢驗。

　　4．硬度

　　鋼材的硬度是指表面層局部體積抵抗較硬物體壓人產生塑性變形的能力。表征值常用布氏硬度值HB表示。

　　5．耐疲勞性

　　在反復荷載作用下的結構構件，鋼材往往在應力遠小于抗拉強度時發(fā)生斷裂，這種現象稱為鋼材的疲勞破壞。疲勞破壞的危險應力用疲勞極限來表示，它是指疲勞試驗中試件在交變應力作用下，于規(guī)定的周期基數內不發(fā)生斷裂所能承受的最大應力。

　　6．焊接性能

　　鋼材的可焊性是指焊接后在焊縫處的性質與母材性質的一致程度。影響鋼材可焊性的主要因素是化學成分及含量。如硫產生熱脆性，使焊縫處產生硬脆及熱裂紋。又如，含碳量超過0．3％，可焊性顯著下降等。

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