第三章 工程材料

　　大綱要求

　　1.熟悉土木工程主要材料的分類。

　　2.熟悉土木工程主要材料的特征。

　　3.熟悉混凝土強度等級及配合比計算。

　　第一節 基本材料P87

　　◆掌握鋼筋的分類、特性、應用。

　　◆掌握水泥的分類、特性、應用。

　　◆了解砂石的特性、應用。

　　◆掌握石灰和石膏的特性、應用。

　　一、鋼筋P87

　　◆掌握鋼筋的分類、特性、應用。

　　(一)鋼筋分類

　　1.熱軋鋼筋

　　熱軋鋼筋的技術要求，見教材表3.1.1。

　　性能：隨鋼筋級別的提高，其屈服強度和極限強度逐漸增加，而其塑性則逐步下降。

　　應用：非預應力鋼筋混凝土可選用HPB235、HRB335和HRB400鋼筋。

　　預應力鋼筋混凝土則宜選用HRB500、HRB335和HRB400鋼筋。

　　2.冷加工鋼筋P88

　　(1)冷拉熱軋鋼筋

　　冷拉特性：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。

　　(2)冷軋帶肋鋼筋

　　應用：在中、小型預應力鋼筋混凝土結構構件中廣泛應用。

　　(3)冷拔低碳鋼絲

　　應用：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

　　特點：熱處理鋼筋強度高，用材省，錨固性好，預應力穩定。

　　應用：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

　　特性、應用：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。

　　練習題：

　　1.綜合考慮鋼筋的強度、塑性、工藝性和經濟性，非預應力鋼筋混凝土一般不應采用( )。

　　A.甲級冷拔低碳鋼絲 B.HRB500鋼筋

　　C.HRB400鋼筋 D.HPB235鋼筋

　　答案：B

　　2.綜合鋼筋的強度、塑性、工藝性和經濟性等因素，既可作為非預應力鋼筋混凝土選用，也可作為預應力鋼筋混凝土選用的鋼筋牌號是( )。

　　A.HPB235 B.HRB335 C.HRB435 D.HRB500

　　答案：B

　　3.與熱軋鋼筋相比，冷拉熱軋鋼筋的特點是( )。

　　A.屈服強度提高，結構安全性降低

　　B.抗拉強度提高，結構安全性提高

　　C.屈服強度降低，伸長率降低

　　D.抗拉強度降低，伸長率提高

　　答案：A

　　4.受沖擊振動荷載的預應力鋼筋混凝土軌枕，在配筋選材時應采用( )。

　　A.冷拉熱軋鋼筋 B.冷拔低碳鋼筋 C.冷軋帶肋鋼筋 D.熱處理鋼筋

　　答案：D

　　(二)鋼筋的性能P89

　　◆掌握鋼筋性能基本概念。

　　1.抗拉性能

　　表征抗拉性能的技術指標有：屈服點、抗拉強度及伸長率。

　　(1)屈服點。設計時，一般以屈服強度或壓服點作為強度取值的依據。

　　(2)抗拉強度。屈強比的概念及應用：屈強比小則表明鋼材在超過屈服點工作時可靠性較高，較為安全。太小了則反映鋼材不能有效的被利用。

　　(3)伸長率。表征了鋼材的塑性變形能力。

　　2.冷彎性能

　　概念：冷彎性能指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。

　　3.沖擊韌性

　　概念：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)。

　　影響因素：鋼材的化學成分、組織狀態、內在缺陷及環境溫度等 都是影響沖擊韌性的重要因素。

　　冷脆性的概念：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。

　　5.耐疲勞性

　　在反復荷載作用下，鋼材在遠低于抗拉強度時突然發生斷裂，稱為疲勞破壞。疲勞破壞的危險應力用疲勞極限表示。

　　練習題：

　　1.關于屈強比的敘述正確的是( )。

　　A.屈強比等于бs/бb

　　B.屈強比太大，則反映鋼材不能有效地被利用

　　C.屈強比太小，則反映鋼材不能有效地被利用

　　D.屈強比越大，反映鋼材受力超過屈服點工作時的可靠性越大，因而結構的安全性越高

　　E.屈強比越小，反映鋼材受力超過屈服點工作時的可靠性越大，因而結構的安全性越高

　　答案：ABE

　　2.在負溫下直接承受動荷載的結構鋼材，要求低溫沖擊韌性好，其判斷指標為( ).

　　A.屈服點 B.彈性模量

　　C.脆性臨界溫度 D.布氏硬度

　　答案：C

　　3.關于鋼筋性能，說法錯誤的是( )。

　　A.設計時應以抗拉強度作為鋼筋強度取值的依據

　　B.伸長率表征了鋼材的塑性變形能力

　　C.屈強比太小，反映鋼材不能有效地被利用

　　D.冷彎性能是鋼材的重要工藝性能

　　答案：A

　　(三)鋼材的化學成分及其對性能的影響

　　1.碳

　　2.硅

　　3.錳

　　4.硫

　　為有害元素，有強烈的偏析作用，使機械性能、焊接性能下降(引起熱裂紋)。

　　5.磷

　　為有害元素，含量的增加可提高強度，塑性及韌性顯著下降。有強烈的偏析作用，引起冷脆性，焊接性下降。但可提高耐磨性及耐腐蝕性。

　　練習題：

　　1.鋼材中磷是有害元素，它會引起( )。

　　A.強度降低

　　B.耐腐蝕性能降低

　　C.焊接性能提高

　　D.塑性和韌性顯著下降

　　答案：D

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