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　　第三章　工程材料

　　第一節　建筑結構材料

　　一、建筑鋼材

　　(一)常用的建筑鋼材

　　1.鋼筋混凝土結構用鋼

　　(1)熱軋鋼筋

　　熱軋鋼筋是建筑工程中用量最大的鋼材之一，主要用于鋼筋混凝土結構和預應力混凝土結構。熱軋鋼筋的技術要求應符合《鋼筋混凝土用鋼 第 1 部分：熱軋光圓鋼筋》GB1499.1 和《鋼筋混凝土用鋼第 2 部分：熱軋帶肋鋼筋》GB1499.2 的相關規定。

　　(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、冷扭、沖壓等)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。

　　1)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、韌性繼續降低，這種現象稱為冷拉時效。

　　2)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。根據《冷軋帶肋鋼筋》GB 13788 規定，冷軋帶肋鋼筋分為 CRB550、CRB650、CRB800、CRB600H、CRB680H、CRB800H 六個牌號。CRB550、CRB600H 為普通鋼筋混凝土用鋼筋，CRB650、CRB800、CRB800H 為預應力混凝土用鋼筋，CRB680H 既可作為普通鋼筋混凝土用鋼筋，也可作為預應力混凝土用鋼筋使用。冷軋帶肋鋼筋克服了冷拉、冷拔鋼筋握裹力低的缺點，具有強度高、握裹力強、節約鋼材、質量穩定等優點，但塑性降低，強屈比變小。

　　3)冷拔低碳鋼絲。

　　低碳鋼熱軋圓盤條或熱軋光圓鋼筋經一次或多次冷拔制成的光圓鋼絲，在使用中應符合《冷拔低碳鋼絲應用技術規程》JGJ 19 規定。冷拔低碳鋼絲宜作為構造鋼筋使用，作為結構構件中縱向受力鋼筋使用時應采用鋼絲焊接網。冷拔低碳鋼絲不得作預應力鋼筋使用。作為箍筋使用時，冷拔低碳鋼絲的直徑不宜小于 5mm，間距不應大于 200mm，構造應符合國家現行相關標準的有關規定。冷拔低碳鋼絲只有CDW550 一個牌號。CDW550 級冷拔低碳鋼絲的直徑可為：3mm、4mm、5mm、6mm、7mm 和 8mm。直徑小于5mm 的鋼絲焊接網不應作為混凝土結構中的受力鋼筋使用;除鋼筋混凝土排水管、環形混凝土電桿外，不應使用直徑 3mm 的冷拔低碳鋼絲;除大直徑的預應力混凝土樁外，不宜使用直徑 8mm 的冷拔低碳鋼絲。

　　(3)預應力混凝土熱處理鋼筋

　　(4)預應力混凝土用鋼絲與鋼絞線

　　2.鋼結構用鋼

　　鋼結構用鋼主要是熱軋成型的鋼板、型鋼等，其中型鋼又分熱軋型鋼和冷彎薄壁型鋼。鋼材所用的母材主要是普通碳素結構鋼及低合金高強度結構鋼。

　　(1)熱軋型鋼。按

　　鋼材的外形，鋼結構常用熱軋型鋼有：工字鋼、H 型鋼、T 型鋼、槽鋼、等邊角鋼、不等邊角鋼等。

　　(2)冷彎薄壁型鋼。薄壁型鋼是用薄鋼板(通常 2-6mm)冷彎或者模壓而成，其界面形狀多樣，可分為角鋼、槽鋼等開口薄壁型鋼及方形、矩形等空心薄壁型鋼。薄壁輕型鋼結構中主要采用薄壁型鋼、圓鋼和小角鋼，壁厚一般為 1.5-5mm，多用于輕型鋼結構。

　　(3)鋼板和壓型鋼板。

　　3.鋼管混凝土結構用鋼

　　鋼管混凝土結構即采用鋼管混凝土構件作為主要受力構件的結構，簡稱 CFST 結構。鋼管混凝土構件是指在鋼管內填充混凝土的構件，包括實心和空心鋼管混凝土構件，截面可為圓形、矩形及多邊形，簡稱 CFST 構件。

　　(二)鋼材的性能

　　鋼材的主要性能包括力學性能和工藝性能。其中力學性能是鋼材最重要的使用性能，包括抗拉性能、沖擊性能、硬度、疲勞性能等。工藝性能表示鋼材在各種加工過程中的行為，包括彎曲性能和焊接性能等。

　　1.抗拉性能

　　(1)屈服強度。在彈性階段 OA 段，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(σp)。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。當應力達到 B 點時，試件進入塑性階段，應力不增加但應變增大，這時相應的應力稱為屈服強度(屈服點)。如果達到屈服點后應力值發生下降，則應區分上屈服點(ReH)和下屈服點(ReL)，在結構計算時以下屈服點作為材料的屈服強度的標準值。預應力鋼筋混凝土用的高強度鋼筋和鋼絲具有硬鋼的特點，沒有明顯的屈服平臺，這類鋼材的屈服點以產生殘余變形達到原始標距長度 L0的 0.2%時所對應的應力作為規定的屈服強度極限(RP0.2)。

　　(2)抗拉強度。

　　(3)伸長率。

　　2.沖擊性能

　　沖擊性能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)。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。

　　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。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，并選用脆性臨界溫度較使用溫度低的鋼材。另外，時效敏感性(因時效導致性能改變的程度)愈大的鋼材，經過時效以后，其沖擊韌性和塑性的降低愈顯著，對于承受動荷載的結構物應選用時效敏感性較小的鋼材。

　　3.硬度

　　鋼材的硬度是指表面層局部體積抵抗較硬物體壓入產生塑性變形的能力。表征值常用布氏硬度值 HB表示。數值越大，表示鋼材越硬。

　　4.耐疲勞性

　　在交變荷載反復作用下，鋼材往往在應力遠小于抗拉強度時發生斷裂，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，它是指鋼材在交變荷載作用下于規定的周期基數內不發生斷裂所能承受的最大應力。試驗表明，鋼材承受的交變應力越大，則斷裂時的交變循環次數越少，相反，交變應力越小，則斷裂時的交變循環次數越多;當交變應力低于某一值時，交變循環次數達無限次也不會產生疲勞破壞。

　　5.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)區分的。試件按規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。

　　冷彎試驗能揭示鋼材是否存在內部組織不均勻、內應力、夾雜物未熔合和微裂隙等缺陷。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。

　　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。含碳量超過 0.3%，可焊性顯著下降等。

　　(三)鋼材的化學成分

　　鋼材的化學成分主要是指碳、硅、錳、硫、磷等，在不同情況下往往還需考慮氧、氮及各種合金元素。

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