建筑材料鋼材及力學(xué)試題第1頁/共290頁8.1金屬的微觀結(jié)構(gòu)及鋼材的化學(xué)組成8.2建筑鋼材的主要力學(xué)性質(zhì)8.3建材的冷加工及時效強(qiáng)化、熱處理和焊接8.4鋼材的防火和防腐蝕8.5建筑鋼材的品種和選用第2頁/共290頁8.1金屬的微觀結(jié)構(gòu)及鋼材的化學(xué)組成8.1.1金屬的微觀結(jié)構(gòu)概述金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬晶體結(jié)構(gòu)中的缺陷點(diǎn)缺陷；線缺陷；面缺陷金屬強(qiáng)化的微觀機(jī)理細(xì)晶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化彌散強(qiáng)化變形強(qiáng)化8.1.2鋼材的化學(xué)組成第3頁/共290頁金屬晶體晶格類型：金屬晶體的晶格有三種類型：面心立方晶格FCC（Face-centeredcubic）體心立方晶格BCC(Body-centeredcubic)密集六方晶格HCP（Hexagonalclose-packed）第4頁/共290頁第5頁/共290頁金屬晶體結(jié)構(gòu)中的缺陷：點(diǎn)缺陷:由于晶體中的熱振動等原因，個別能量較高的原子克服了臨近原子的束縛，離開了原來的平衡位置，形成了“空位”，跑到另一個結(jié)點(diǎn)或結(jié)點(diǎn)間的不平衡位置上導(dǎo)致晶格畸變，某些雜質(zhì)的嵌入，也會導(dǎo)致晶格畸變，這些缺陷稱為點(diǎn)缺陷。第6頁/共290頁第7頁/共290頁線缺陷：在金屬晶體中某晶面間原子排列數(shù)目不相等，在晶格中形成缺列，這種晶體缺陷稱為“位錯”。位錯有刃位錯和螺位錯。面缺陷：晶界處的原子排列規(guī)律受到嚴(yán)重干擾，使晶格發(fā)生畸變，畸變區(qū)形成一個面，這些面又交織成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這些缺陷稱為面缺陷。第8頁/共290頁第9頁/共290頁金屬強(qiáng)化的微觀機(jī)理改變晶體缺陷的的數(shù)量和分布狀態(tài)細(xì)晶強(qiáng)化：增加單位體積中晶界面積來提高屈服強(qiáng)度的方法固溶強(qiáng)化：固溶體形成較多缺陷彌散強(qiáng)化：散入第二相質(zhì)點(diǎn)，增大位錯運(yùn)動阻力變形強(qiáng)化：缺陷密度增加第10頁/共290頁8.1.2鋼材的化學(xué)組成

鋼與生鐵的區(qū)分在于含碳量的大小。含碳量小于2.06％的鐵碳合金稱為鋼。含碳量大于2.06％的鐵碳合金稱為生鐵。1.鋼材的分類：按化學(xué)成分分低碳鋼（含碳量小于0.25％）碳素鋼中碳鋼（含碳量0.25％～0.6％）高碳鋼（含碳量大于0.6％）低合金鋼（合金元素小于5％）合金鋼中合金鋼（合金元素5％～10％）高合金鋼（合金元素大于10％）第11頁/共290頁建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)用鋼和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼，主要使用非合金鋼中的低碳鋼，及低合金鋼加工成的產(chǎn)品。合金鋼亦有少量應(yīng)用。

第12頁/共290頁按品質(zhì)（雜質(zhì)含量）分類

(1)普通鋼：含硫量≤0.045％～0.050％；含磷量≤0.045％。

(2)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量≤0.035％；含磷量≤0.035％。

(3)高級優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量≤0.025％，高級優(yōu)質(zhì)鋼的鋼號后加“高”字或“A”；含磷量≤0.025％。

(4)特級優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量≤0.015％，特級優(yōu)質(zhì)鋼后加“E”；含磷量≤0.025％。按冶煉時脫氧程度分類鋼按冶煉時脫氧程度可分為鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼。第13頁/共290頁兩鋼錠（沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼）的縱剖面圖（A）沸騰鋼（B）鎮(zhèn)靜鋼第14頁/共290頁從圖中可見，沸騰鋼的氣泡明顯多于鎮(zhèn)靜鋼，沸騰鋼是脫氧不完全的鋼，澆鑄后在鋼液冷卻時有大量一氧化碳?xì)怏w外逸，引起鋼液劇烈沸騰。沸騰鋼內(nèi)部雜質(zhì)和夾雜物多，化學(xué)成分和力學(xué)性能不夠均勻、強(qiáng)度低、沖擊韌性和可焊性差，但生產(chǎn)成本低，可用于一般地建筑結(jié)構(gòu)。而鎮(zhèn)靜鋼是指在澆鑄時，鋼液平靜地冷卻凝固，基本無一氧化碳?xì)馀莓a(chǎn)生,是脫氧較完全的鋼。鋼質(zhì)均勻密實(shí)，品質(zhì)好，但成本高。鎮(zhèn)靜鋼可用于承受沖擊荷載地重要結(jié)構(gòu)。此外，還有比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度還要充分徹底的鋼，其質(zhì)量最好，稱特殊鎮(zhèn)靜鋼，其使用于特別重要的結(jié)構(gòu)工程。脫氧程度與質(zhì)量介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間的鋼，稱為半鎮(zhèn)靜鋼，其質(zhì)量較好。第15頁/共290頁鋼材的基本晶體組織鋼是以鐵（Fe）為主的Fe-C合金。Fe-C合金于一定條件下能形成具有一定形態(tài)的聚合體，稱為鋼的組織，在顯微鏡下能觀察到它們的微觀形貌圖象，故也稱顯微組織。在鋼材中碳原子與鐵原子之間的結(jié)合有三種基本的方式：即固溶體、化合物和機(jī)械混合物。由于鐵與碳的組合方式的不同，碳素鋼形成的基本組織有鐵素體、滲碳體、珠光體。第16頁/共290頁鋼材的顯微組織鋼材在常溫下主要有三種顯微組織：

①鐵素體:鋼材中的鐵素體系碳在α-Fe中的固溶體，由于α-Fe體心立方晶格的原子間空隙小，溶碳能力較差，故鐵素體含碳量很少（小于0.02％），由此決定其塑性、韌性好；但強(qiáng)度、硬度低。

②滲碳體:滲碳體為鐵和碳的化合物Fe3C，其含碳量高達(dá)6.67％，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，塑性差，性硬脆，抗拉強(qiáng)度低，是鋼中的主要化學(xué)成分。

③珠光體:珠光體為鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，含碳量較低(0.8％)，層狀結(jié)構(gòu)，塑性較好，強(qiáng)度和硬度較高。第17頁/共290頁片狀珠光體鐵針狀和塊狀鐵素體第18頁/共290頁鋼材的成分對性能的影響

除鐵、碳外，鋼材在冶煉過程中會從原料、燃料中引入一些的其他元素。鋼材的成分對性能有重要影響。這些成分可分為兩類：一類能改善優(yōu)化鋼材的性能稱為合金元素，主要有Si、Mn、Ti、V、Nb等；另一類能劣化鋼材的性能，屬鋼材的雜質(zhì)，主要有氧、硫、氮、磷等。第19頁/共290頁

其中硅、錳、鈦、釩、鈮等為合金元素。磷、氮、硫、氧等為雜質(zhì)。硅、錳大部分溶于鐵素體中，當(dāng)硅含量小于1％時，可提高鋼材的強(qiáng)度，對塑性、韌性影響不大；錳一般含量在1％～2％之間，除強(qiáng)化外，能消弱硫和氧引起的熱脆性，且改善鋼材的熱加工性。硅、錳是我國低合金鋼的主要合金元素。鈦是強(qiáng)脫氧劑，釩、鈮是碳化物和氮化物的形成元素，三者皆能細(xì)化晶粒，增加強(qiáng)度，在建筑常用的低合金鋼中，三者為常用合金元素。第20頁/共290頁

磷主要溶于鐵素體中起強(qiáng)化作用，同時可提高鋼材的耐磨、耐蝕性，但塑性、韌性顯著降低，當(dāng)溫度很低時，對后二者影響更大，磷的偏析傾向強(qiáng)烈。氮溶于鐵素體中或呈氮化物形式存在，對鋼材性質(zhì)影響與C、P相似。二者在低合金鋼中可配合其它元素作為合金元素。硫、氧主要存在于非金屬夾雜物中，降低各種力學(xué)性能，硫化物造成的低熔點(diǎn)使鋼材在焊接時易于產(chǎn)生熱裂紋，顯著降低可焊性，且有強(qiáng)烈的偏析作用；氧有促進(jìn)時效傾向的作用，氧化物所造成的低熔點(diǎn)亦使鋼的可焊性變壞。第21頁/共290頁化學(xué)元素對鋼材性能的影響化學(xué)元素強(qiáng)度硬度塑性韌性可焊性其他碳（C）<1%↑↑↑↓↓↓冷脆性↑硅（Si）>1%↑↓↓↓↓冷脆性↑錳（Mn）↑↑↑↑脫氧、硫劑鈦（Ti）↑↑↑↓↑強(qiáng)脫氧劑釩（V)↑↑時效↓磷（P）↑↑↓↓↓偏析、冷脆↑↑氮（N）↑↑↓↓↓↓冷脆性↑硫（S）↑↓↓熱脆性氧（O）↑↓↓第22頁/共290頁8.2建筑鋼材的主要力學(xué)性能8.2.1抗拉性能8.2.2冷彎性能8.2.3沖擊韌性8.2.4硬度8.2.5耐疲勞性第23頁/共290頁抗拉性能從低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系中可看出，低碳鋼從受拉到拉斷，經(jīng)歷了四個階段：彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段和頸縮階段。第24頁/共290頁第25頁/共290頁第26頁/共290頁(1)彈性模量

鋼材受力初期，應(yīng)力與應(yīng)變成比例地增長，應(yīng)力與應(yīng)變之比為常數(shù)，稱為彈性模量，即E=б/ε。這個階段的最大應(yīng)力（P點(diǎn)對應(yīng)值）稱為比例極限бp。

彈性模量反映了材料受力時抵抗彈性變形的能力，即材料的剛度，它是鋼材在靜荷載作用下計(jì)算結(jié)構(gòu)變形的一個重要指標(biāo)。

第27頁/共290頁(2)彈性極限

應(yīng)力超過比例極限后，應(yīng)力-應(yīng)變曲線略有彎曲，應(yīng)力與應(yīng)變不再成正比例關(guān)系，但卸去外力時，試件變形能立即消失，此階段產(chǎn)生的變形是彈性變形。不產(chǎn)生殘留塑性變形的最大應(yīng)力（e點(diǎn)對應(yīng)值）稱為彈性極限бe。事實(shí)上，бp與бe相當(dāng)接近。

第28頁/共290頁(3)屈服強(qiáng)度和條件屈服強(qiáng)度

當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限后，變形增加較快，此時除了產(chǎn)生彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到B點(diǎn)后，塑性應(yīng)變急劇增加，曲線出現(xiàn)一個波動的小平臺，這種現(xiàn)象稱為屈服。這一階段的最大、最小應(yīng)力分別稱為上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)。由于下屈服點(diǎn)的數(shù)值較為穩(wěn)定，因此以它作為材料抗力的指標(biāo)，稱為屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度，用бs表示。第29頁/共290頁條件屈服強(qiáng)度(б0.2)有些鋼材(如高碳鋼)無明顯的屈服現(xiàn)象，通常以發(fā)生微量的塑性變形(0.2％)時的應(yīng)力作為該鋼材的屈服強(qiáng)度，稱為條件屈服強(qiáng)度(б0.2)。高碳鋼拉伸時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2-4所示。圖2-4第30頁/共290頁(4)極限強(qiáng)度

當(dāng)鋼材屈服到一定程度后，由于內(nèi)部晶粒重新排列，其抵抗變形能力又重新提高，此時變形雖然發(fā)展很快，但卻只能隨著應(yīng)力的提高而提高，直至應(yīng)力達(dá)最大值。此后，鋼材抵抗變形的能力明顯降低，并在最薄弱處發(fā)生較大的塑性變形，此處試件截面迅速縮小，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，直至斷裂破壞。鋼材受拉斷裂前的最大應(yīng)力值（b點(diǎn)對應(yīng)值）稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度бb。第31頁/共290頁相反，值越小，可靠性越低，安全性越低。強(qiáng)屈比一般不低于1.2，抗震結(jié)構(gòu)一般不低于1.25。可靠性參數(shù)

強(qiáng)屈比的概念值越大可靠性越高，安全性越高，但利用率降低，浪費(fèi)增大。第32頁/共290頁把試件斷裂的兩段拼起來，便可測得標(biāo)距范圍內(nèi)的長度，減去標(biāo)距長就是塑性變形值，此值與原長的比率稱為伸長率δ。伸長率δ是衡量鋼材塑性的指標(biāo)，它的數(shù)值越大，表示鋼材塑性越好。良好的塑性，可將結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力(超過屈服點(diǎn)的應(yīng)力)重分布，從而避免結(jié)構(gòu)過早破壞。

伸長率的測定第33頁/共290頁δ5和δ10分別表示=5d0和=10d0時的伸長率。對同一種鋼材δ5>δ10。這是因?yàn)殇摬闹懈鞫卧诶斓倪^程中伸長量是不均勻的,頸縮處的伸長率較大，因此當(dāng)原始標(biāo)距

與直徑d0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(jì)算得的伸長率就愈小。某些鋼材的伸長率是采用定標(biāo)距試件測定的，如標(biāo)距=100mm或200mm，則伸長率用δ100或δ200表示。第34頁/共290頁試件拉伸前和斷裂后標(biāo)距的長度

第35頁/共290頁頸縮第36頁/共290頁8.2.2冷彎性能冷彎性能使鋼材在常溫下的承受彎曲變形的能力，使建筑鋼材重要的工藝性能。以試驗(yàn)時的彎曲角度α和彎心直徑d為指標(biāo)表示。鋼材的冷彎試驗(yàn)是通過直徑(或厚度)為a的試件，采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的彎心直徑d（d=na,n為整數(shù)），彎曲到規(guī)定的角度時（180°或90°），檢查彎曲處有無裂紋、斷裂及起層等現(xiàn)象。若沒有這些現(xiàn)象則認(rèn)為冷彎性能合格。鋼材冷彎時的彎曲角度越大，彎心直徑越小，則表示冷彎性能越好。第37頁/共290頁鋼材的冷彎

第38頁/共290頁

冷彎試驗(yàn)意義：能反映試件彎曲處的塑性變形，能揭示鋼材是否存在內(nèi)部組織不均勻、內(nèi)應(yīng)力和夾雜物等缺陷。冷彎試驗(yàn)也能對鋼材的焊接質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，能揭示焊件受彎表面是否存在未熔合，裂縫及夾雜物等缺陷。第39頁/共290頁第40頁/共290頁第41頁/共290頁8.2.3沖擊韌性沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。鋼材的沖擊韌性是處在簡支梁狀態(tài)的金屬試樣在沖擊負(fù)荷作用下折斷時沖擊吸收功。鋼材的沖擊韌性試驗(yàn)是將標(biāo)準(zhǔn)彎曲試樣置于沖擊機(jī)的支架上，并使切槽位于受拉的一側(cè)。

第42頁/共290頁沖擊韌性實(shí)驗(yàn)沖擊韌性實(shí)驗(yàn)當(dāng)試驗(yàn)機(jī)的重?cái)[從一定高度自由落下時，在試樣中間開V型缺口，試樣吸收的能量等于重?cái)[所作的功W。若試件在缺口處的最小橫截面積為A，則沖擊韌性αk為：

式中αk的單位為J/cm2

。

第43頁/共290頁冷脆性鋼材的沖擊韌性越大,鋼材抵抗沖擊荷載的能力越強(qiáng)。αk值與試驗(yàn)溫度有關(guān)。有些材料在常溫時沖擊韌性并不低，破壞時呈現(xiàn)韌性破壞特征。但當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某值時，αk突然大幅度下降，材料無明顯塑性變形而發(fā)生脆性斷裂，這種性質(zhì)稱為鋼材的冷脆性。第44頁/共290頁第45頁/共290頁沖擊試驗(yàn)第46頁/共290頁時效：隨時間的延長而表現(xiàn)出強(qiáng)度提高，塑性和沖擊韌性下降，這種現(xiàn)象稱為時效。時效敏感性：因時效而導(dǎo)致性能改變的程度稱為時效敏感性。第47頁/共290頁8.2.4硬度指材料表面抵抗硬物壓入或刻劃的能力。金屬材料等的硬度常用壓入法測定，如布氏硬度法，是以單位壓痕面積上所受的壓力來表示。陶瓷等材料常用刻劃法測定。一般情況下，硬度大的材料強(qiáng)度高、耐磨性較強(qiáng)，但不易加工。所以，工程中有時用硬度來間接推算材料的強(qiáng)度。第48頁/共290頁8.2.5耐疲勞度

受交變荷載反復(fù)作用，鋼材在應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度的情況下突然發(fā)生脆性斷裂破壞的現(xiàn)象,稱為疲勞破壞。鋼材的疲勞破壞一般是由拉應(yīng)力引起的，首先在局部開始形成細(xì)小斷裂，隨后由于微裂紋尖端的應(yīng)力集中而使其逐漸擴(kuò)大，直至突然發(fā)生瞬時疲勞斷裂。疲勞破壞是在低應(yīng)力狀態(tài)下突然發(fā)生的，所以危害極大，往往造成災(zāi)難性的事故。第49頁/共290頁8.3鋼材的冷加工強(qiáng)化及時效強(qiáng)化、熱處理和焊接8.3.1鋼材的冷加工強(qiáng)化及時效強(qiáng)化8.3.2鋼材的熱處理8.3.3鋼材的焊接第50頁/共290頁8.3.1鋼材的冷加工強(qiáng)化及時效強(qiáng)化

冷加工強(qiáng)化：

將鋼材于常溫下進(jìn)行冷拉、冷拔或冷軋使其產(chǎn)生塑性變形，從而提高屈服強(qiáng)度，降低塑性韌性，這個過程稱為冷加工強(qiáng)化處理。

第51頁/共290頁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。冷拔鋼絲的屈服點(diǎn)可提高40％～60％。由此可適當(dāng)減小鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)截面，或減小混凝土中配筋數(shù)量，從而達(dá)到節(jié)約鋼材的目的。冷拔作用比純拉伸的作用強(qiáng)烈，鋼筋不僅受拉，而且同時受到擠壓作用。冷拔過程見動畫。第52頁/共290頁第53頁/共290頁時效處理時效處理：

將冷加工處理后的鋼筋，在常溫下存放15～20d，或加熱至100～200℃后保持一定時間（2～3h），其屈服強(qiáng)度進(jìn)一步提高,且抗拉強(qiáng)度也提高，同時塑性和韌性也進(jìn)一步降低，彈性模量則基本恢復(fù)。這個過程稱為時效處理。第54頁/共290頁時效處理方法有兩種：在常溫下存放15～20d，稱為自然時效，適合用于低強(qiáng)度鋼筋；加熱至100～200℃后保持一定時間（2～3h），稱人工時效，適合于高強(qiáng)鋼筋。第55頁/共290頁8.3.2鋼材的熱處理

熱處理是將鋼材按規(guī)定的溫度制度，進(jìn)行加熱、保溫和冷卻處理，以改變其組織，得到所需要的性能的一種工藝。

熱處理包括淬火、回火、退火和正火。第56頁/共290頁圖

鋼的熱處理工藝

第57頁/共290頁8.3.3鋼材的焊接焊接是鋼結(jié)構(gòu)的主要連結(jié)方式。類型：電弧焊；電渣壓力焊檢驗(yàn)方法：取原樣試件和原位非破損檢測第58頁/共290頁手工電弧焊第59頁/共290頁8.4鋼材的防火和防腐蝕8.4.1鋼材的防火8.4.2鋼材的銹蝕與防止1.鋼材被腐蝕的原因化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕2.防止鋼材腐蝕的措施第60頁/共290頁2.4.1鋼材的防火

鋼材是不燃性材料，但這并不表明鋼材能夠抵抗火災(zāi)。耐火試驗(yàn)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，而裸露鋼梁的耐火極限為0.15h。溫度在200℃以內(nèi)，可以認(rèn)為鋼材的性能基本不變；超過300℃以后，彈性模量、屈服點(diǎn)和極限強(qiáng)度均開始顯著下降，應(yīng)變急劇增大；至達(dá)600℃時已經(jīng)失去承載能力。所以，沒有防火保護(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或吸熱材料，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。第61頁/共290頁美國紐約的世貿(mào)大廈為鋼結(jié)構(gòu)，2001年9月11日被恐怖主義者襲擊、倒塌，給人們提出了鋼結(jié)構(gòu)防火、防襲擊破壞的新課題。第62頁/共290頁8.4.2鋼材的銹蝕與防止鋼材表面與周圍介質(zhì)發(fā)生作用而引起破壞的現(xiàn)象稱作腐蝕（銹蝕）。鋼材腐蝕的現(xiàn)象普遍存在，如在大氣中生銹，特別是當(dāng)環(huán)境中有各種侵蝕性介質(zhì)或濕度較大時，情況就更為嚴(yán)重。腐蝕不僅使鋼材有效截面積均勻減小，還會產(chǎn)生局部銹坑，引起應(yīng)力集中；腐蝕會顯著降低鋼的強(qiáng)度、塑性韌性等力學(xué)性能。根據(jù)鋼材與環(huán)境介質(zhì)的作用原理，腐蝕可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。第63頁/共290頁1.鋼材被腐蝕的原因

⑴化學(xué)腐蝕

化學(xué)腐蝕指鋼材與周圍的介質(zhì)（如氧氣、二氧化碳、二氧化硫和水等）直接發(fā)生化學(xué)作用，生成疏松的氧化物而引起的腐蝕。在干燥環(huán)境中化學(xué)腐蝕的速度緩慢，但在溫度高和濕度較大時腐蝕速度大大加快。第64頁/共290頁（2）.電化學(xué)腐蝕鋼材由不同的晶體組織構(gòu)成，并含有雜質(zhì)，由于這些成分的電極電位不同，當(dāng)有電解質(zhì)溶液(如水)存在時，就會在鋼材表面形成許多微小的局部原電池。整個電化學(xué)腐蝕過程如下：

陽極區(qū)：Fe=Fe2++2e

陰極區(qū)：2H2O+2e+1/2O2=2OH-+H2O

溶液區(qū)：Fe2++2OH-=Fe(OH)2

Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

水是弱電解質(zhì)溶液，而溶有CO2的水則成為有效的電解質(zhì)溶液，從而加速電化學(xué)腐蝕的過程。鋼材在大氣中的腐蝕，實(shí)際上是化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕共同作用所致，但以電化學(xué)腐蝕為主。

第65頁/共290頁2.防腐措施鋼材的防腐

鋼材的腐蝕既有內(nèi)因（材質(zhì)），又有外因（環(huán)境介質(zhì)的作用），因此要防止或減少鋼材的腐蝕可以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。具體措施有采用耐候鋼、金屬覆蓋、非金屬覆蓋和混凝土用鋼筋的防銹。第66頁/共290頁非金屬覆蓋

在鋼材表面用非金屬材料作為保護(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。

涂料通常分為底漆、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。一般應(yīng)用為兩道底漆（或一道底漆和一道中間漆）與兩道面漆，要求高時可增加一道中間漆或面漆。使用防銹涂料時，應(yīng)注意鋼構(gòu)件表面的除銹以及低漆、中間漆和面漆的匹配。

常用底漆有：紅丹底漆、環(huán)氧富鋅漆、云母氧化底漆、鐵紅環(huán)氧低漆等。中間漆有：紅丹防銹漆、鐵紅防銹漆等。面漆有：灰鉛漆、醇酸磁漆和酚醛磁漆等。第67頁/共290頁8.5建筑鋼材的選用與品種8.5.1建筑鋼材的主要鋼種1.碳素結(jié)構(gòu)鋼2.低合金高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼8.5.2常用建筑鋼材1.鋼筋2.型鋼第68頁/共290頁8.5.1建筑鋼材的主要鋼種1.碳素結(jié)構(gòu)鋼：國家標(biāo)準(zhǔn)GB700-88《碳素結(jié)構(gòu)鋼》中規(guī)定，牌號由代表屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法等四部分按順序組成。

第69頁/共290頁其中以“Q”代表屈服點(diǎn)；屈服點(diǎn)數(shù)值共分195MPa、215MPa、235MPa、255MPa和275Mpa五種；質(zhì)量等級以硫、磷等雜質(zhì)含量由多到少，分別為A、B、C、D符號表示；脫氧方法以F表示沸騰鋼、b表示半鎮(zhèn)靜鋼、Z、TZ表示鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼，Z和TZ在鋼的牌號中予以省略。隨著牌號的增大，對鋼材屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的要求增大，對拉長率的要求降低。第70頁/共290頁例如：Q235－A·F表示屈服點(diǎn)為235Mpa的A級沸騰鋼。

隨著牌號的增大，其含碳量增加，強(qiáng)度提高，塑性和韌性降低，冷彎性能逐漸變差。同一鋼號內(nèi)質(zhì)量等級越高，鋼材的質(zhì)量越好，如Q235C、Q235D級優(yōu)于Q235A、Q235B級。第71頁/共290頁2.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號的表示方法為：屈服強(qiáng)度－質(zhì)量等級，它以屈服強(qiáng)度劃分成五個等級：Ｑ295、Q345、Q390、Q420、Q460，質(zhì)量也分為五個等級：A

、

B、C、D、E。

由于合金元素的強(qiáng)化作用，使低合金結(jié)構(gòu)鋼不但具有較高的強(qiáng)度，且具有較好的塑性、韌性和可焊性。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，特別是大型結(jié)構(gòu)、重型結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑、橋梁工程、承受動力荷載和沖擊荷載的結(jié)構(gòu)。

第72頁/共290頁8.5.2常用建筑鋼材1.鋼筋低碳鋼熱軋圓盤條鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲與鋼絞線2.型鋼第73頁/共290頁（1）低碳鋼熱軋圓盤條

普通低碳鋼熱軋圓盤條由低碳普通碳素結(jié)構(gòu)鋼或屈服點(diǎn)較低的碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成，是線材品種中用量最大、使用最廣泛的盤條，故又稱普通線材，簡稱普線。

主要用途：普線主要用于建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作配筋用，也可冷拔拉制成鋼絲，作捆扎等用。第74頁/共290頁（2）熱軋帶肋鋼筋

熱軋鋼筋是經(jīng)熱軋成型并自然冷卻的成品鋼筋，主要有用Q235軋制的光圓鋼筋和用合金鋼軋制的帶肋鋼筋兩類。混凝土結(jié)構(gòu)用熱軋鋼筋應(yīng)有較高的強(qiáng)度，具有一定的塑性、韌性、冷彎和可焊性。螺紋鋼是熱軋帶肋鋼筋的俗稱。其牌號由HRB和牌號的屈服點(diǎn)最小值構(gòu)成。H、R、B分別為熱軋（Hotrolled）、帶肋（Ribbed）、鋼筋（Bars）三個詞的英文首位字母。熱軋帶肋鋼筋分為HRB335（老牌號為20MnSi）、HRB400（老牌號為20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi）、HRB500三個牌號。第75頁/共290頁熱軋鋼筋的選用

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。

HRB500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。第76頁/共290頁混凝土用熱軋帶肋鋼筋的力學(xué)性能和工藝性能第77頁/共290頁鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋

第78頁/共290頁混凝土用熱軋帶肋鋼筋是中國鋼材產(chǎn)品中用量最大的品種之一，建國以來，從仿制原蘇聯(lián)鋼筋到自行研制國產(chǎn)鋼筋，從低強(qiáng)度Ⅰ級鋼筋、Ⅱ級鋼筋到強(qiáng)度較高的Ⅲ級鋼筋、Ⅳ級鋼筋，高低并存，品牌雜多，其發(fā)展經(jīng)歷了漫長的過程。雖在使用數(shù)量上能夠滿足工程建設(shè)的需要，但低強(qiáng)度的Ⅱ級鋼筋應(yīng)用比例仍在90％左右，高強(qiáng)度Ⅲ級鋼筋、Ⅳ級鋼筋的比例僅占10％左右，這與歐美發(fā)達(dá)國家相比存在較大差距。發(fā)達(dá)國家目前基本淘汰了Ⅱ級鋼筋，混凝土結(jié)構(gòu)建筑主要采用的是高強(qiáng)度、綜合性能好的Ⅲ級鋼筋、Ⅳ級鋼筋。為了加快國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，追趕世界建筑領(lǐng)域的先進(jìn)水平，為中國可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)，混凝土用熱軋鋼筋的升級換代已勢在必行。第79頁/共290頁據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前中國每年新建房屋建筑面積約20億m2

，因大部分采用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，所以需要鋼筋在6000萬t左右，但建筑工程中使用的鋼筋等級較低，基本上是以HRB335MPa為主，HRB400MPa為輔。資料表明，2000年中國鋼筋總產(chǎn)量2844萬t，其中Ⅲ級鋼筋26．5萬t，占總量0．9％；2001年鋼筋總產(chǎn)量3735萬t，其中Ⅲ級鋼筋為106．6萬t，占總量2．8％；2002年鋼筋總產(chǎn)量4516萬t，其中Ⅲ級鋼筋194．3萬t，占總量4．3％；2003年鋼筋總產(chǎn)量6016萬t，其中Ⅲ級鋼筋588．5萬t，占總量9．8％；到2004年鋼筋總產(chǎn)量已達(dá)到7000萬t，其中Ⅲ級鋼筋為850萬t，占總量12．1％。不難看出，從2000年以來，Ⅲ級鋼筋產(chǎn)量年年都上新臺階，并在熱軋鋼筋領(lǐng)域中占有一席之地，且中國熱軋帶肋鋼筋質(zhì)量也逐年提高，各主要鋼筋生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)物質(zhì)量均已達(dá)到國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。第80頁/共290頁發(fā)展高強(qiáng)度鋼筋的優(yōu)勢實(shí)踐表明，采用400MPa的Ⅲ級鋼筋替代335MPa的Ⅱ級鋼筋可以節(jié)約14％的鋼筋。以2004年生產(chǎn)7000萬t鋼筋計(jì)算，假設(shè)所生產(chǎn)的鋼筋全部是400MPaⅢ級鋼筋，則僅鋼材一項(xiàng)就可節(jié)約近1000萬t，如果生產(chǎn)更高級的500MPa鋼筋，則可節(jié)約近2000萬t鋼筋，相當(dāng)于十幾個中型鋼鐵企業(yè)鋼筋年產(chǎn)量的總和。從而在增加建筑物安全儲備的同時。減少了鐵礦石、合金料、焦炭、水電等原材料的消耗，對合理支配物產(chǎn)資源有較重大的意義，其社會效益顯著。第81頁/共290頁《GB1499－1998鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》

保留原標(biāo)準(zhǔn)RL335（原Ⅱ級）、RL400（原Ⅲ級）、取消RL540（原Ⅵ級）鋼筋，增加RL500級鋼筋。在表達(dá)方式上取消沒有明顯物理概念的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級，代之以規(guī)定屈服強(qiáng)度表示鋼筋強(qiáng)度級別，使本標(biāo)準(zhǔn)形成335、400、500MPa強(qiáng)度級別系列。RL540級鋼筋即原Ⅳ級鋼筋，在使用中經(jīng)冷拉提高強(qiáng)度后作預(yù)應(yīng)力鋼筋使用，不屬于鋼筋混凝土用鋼筋范疇，故從本標(biāo)準(zhǔn)中取消。HRB500級鋼筋在我國尚沒有使用實(shí)踐，但世界各地在已實(shí)現(xiàn)普遍采用400MPa級鋼筋的基礎(chǔ)上，目前趨勢是發(fā)展500MPa級鋼筋，國際標(biāo)準(zhǔn)已納入500MPa級鋼筋。500MPa級鋼筋是本次修訂增加的，國內(nèi)尚無成熟的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。它不是原540MPa級（Ⅳ級）鋼筋的簡單調(diào)整，而是一種新級別的鋼筋。

第82頁/共290頁第83頁/共290頁

（3）冷軋帶肋鋼筋

冷軋帶肋鋼筋使用低碳熱軋圓盤條經(jīng)冷軋或冷拔減徑后，在其表面冷軋成三面有肋的鋼筋。它克服了冷拉、冷拔鋼筋握裹力低的缺點(diǎn)，同時具有和冷拉、冷拔相近的強(qiáng)度，因此在中、小型預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和普通混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。冷軋帶肋鋼筋按抗拉強(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。冷軋帶肋鋼筋是國家冶金部，建設(shè)部，科委聯(lián)合推廣的一種實(shí)用新型建筑鋼材。執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)（冷軋帶肋鋼筋）GB13788-2000第84頁/共290頁冷軋帶肋鋼筋國外發(fā)展情況

1968年由德國、荷蘭、比利時研制成功，1973年起在歐州（德國、奧地利、意大利、美國、英國等）就得到了大量發(fā)展應(yīng)用。并有國家標(biāo)準(zhǔn)。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）也制定了國際標(biāo)準(zhǔn)。作為一種建筑鋼材，納入了各國的混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范，在這些國家，冷軋帶肋鋼筋已廣泛用于建筑工程、高速公路、機(jī)場、市政、水電管線中。1994年，歐共體年產(chǎn)量450萬噸。在中國周邊國家，新加坡和馬來西亞也早已在建筑工程和市政工程中廣泛應(yīng)用，僅新加坡冷軋帶肋鋼筋的年使用量就在15萬噸以上。

第85頁/共290頁冷軋帶肋鋼筋各國大都以焊網(wǎng)的形式用于工程中，少量用直條鋼筋在現(xiàn)場綁扎，其中德國有19家焊網(wǎng)廠，分屬6個集團(tuán)。不論是直條鋼筋還是焊網(wǎng)，都實(shí)行工廠化生產(chǎn)，按施工進(jìn)度要求分批送到施工現(xiàn)場，鋼筋工只需按圖鋪放，不需再作任何加工。

第86頁/共290頁國內(nèi)發(fā)展概況我國自八十年代后期起，開始引進(jìn)冷軋帶肋鋼筋生產(chǎn)設(shè)備。先后有南京、蘇州、上海、青島、滄州、昆明等地分別從德國、意大利等國引進(jìn)11套設(shè)備。九十年代中期又有安徽、廣東、江蘇等省的合資或外商獨(dú)資企業(yè)，從國外引進(jìn)幾條生產(chǎn)線。與此同時。國內(nèi)有些科研單位和企業(yè)著手研制或仿制冷軋?jiān)O(shè)備。迄今已有十多個單位在生產(chǎn)和銷售冷軋帶肋鋼筋全套設(shè)備，分布于北京、遼寧、江蘇、河北、天津等地。還有一些設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，在幾年來激烈的市場競爭中，由于產(chǎn)品性能不良或質(zhì)量低劣被淘汰。第87頁/共290頁冷軋帶肋鋼筋有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、鋼材強(qiáng)度高，可節(jié)約建筑鋼材和降低工程造價。CRB550級冷軋帶肋鋼筋與熱軋光圓鋼筋相比，用于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)（特別是樓屋蓋中）可節(jié)約35%─40%的鋼材。如考慮不用彎鉤，鋼材節(jié)約量還要多一些。根據(jù)目前鋼材市場價格，每使用一噸冷軋帶肋鋼筋，可節(jié)約鋼材費(fèi)用800元左右。

2、冷軋帶肋鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)錨固性能良好。因此用于構(gòu)件中，從根本上杜絕了構(gòu)件錨固區(qū)開裂、鋼絲滑移而破壞的現(xiàn)象，且提高了構(gòu)件端部的承載能力和抗裂能力；在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，裂縫寬度也比光圓鋼筋，甚至比熱軋螺紋鋼筋還小。

3、冷軋帶肋鋼筋伸長率較同類的冷加工鋼材大。

第88頁/共290頁第89頁/共290頁（4）預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋

熱處理鋼筋是鋼廠將熱軋的帶肋鋼筋(中碳低合金鋼)經(jīng)淬火和高溫回火調(diào)質(zhì)處理而成的。其特點(diǎn)是塑性降低不大，但強(qiáng)度提高很多，綜合性能比較理想。其主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕，代替碳素鋼絲。還用于預(yù)應(yīng)力梁、板結(jié)構(gòu)及吊車梁等。

預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋成盤供應(yīng)，開盤后能自行伸直，不需調(diào)直和焊接，施工方便，且節(jié)約鋼材。

第90頁/共290頁使用荷載下混凝土受拉區(qū)開裂難以采用高強(qiáng)度鋼筋從型縫寬度的驗(yàn)算中可知，在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件中，當(dāng)裂縫寬度達(dá)到其允許限值0.2~0.3mm時，受拉鋼筋的應(yīng)力值不過200N／mm2左右，配筋量也往往由裂縫寬度控制?，F(xiàn)代冶煉技術(shù)已可生產(chǎn)強(qiáng)度高達(dá)1600N／mm2以上的鋼筋，但是將它們用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，則在其強(qiáng)度遠(yuǎn)未充分利用之前，裂縫的開展寬度和變形早已超過允許限值，不能滿足正常使用要求。因此，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，高強(qiáng)度鋼筋不能發(fā)揮作用，只能采用強(qiáng)度較低的Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級鋼筋。第91頁/共290頁（5）預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲：是以優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼盤條為原料，經(jīng)淬火奧氏體化、酸洗、冷拉制成的用作預(yù)應(yīng)力混凝土骨架的鋼絲。鋼絲的抗拉強(qiáng)度比鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼、熱軋帶肋鋼筋高許多，在構(gòu)件中采用預(yù)應(yīng)力鋼絲可收到節(jié)省鋼材、減少構(gòu)件截面和節(jié)省混凝土的效果，主要用作橋梁、吊車梁、大跨度屋架、管樁等預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件中。第92頁/共290頁預(yù)應(yīng)力鋼絞線：預(yù)應(yīng)力鋼絞線主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土配筋。與鋼筋混凝土中的其他配筋相比，預(yù)應(yīng)力鋼絞線具有強(qiáng)度高、柔性好、質(zhì)量穩(wěn)定、成盤供應(yīng)無需接頭等優(yōu)點(diǎn)。適用于大型屋架、薄腹梁、大跨度橋梁等負(fù)荷大、跨度大的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。第93頁/共290頁2.型鋼熱軋型鋼冷彎薄壁型鋼鋼板和壓型鋼板第94頁/共290頁（1）熱軋型鋼鋼結(jié)構(gòu)常用的型鋼有：工字鋼、H型鋼、T型鋼、槽鋼、等邊角鋼、不等邊型鋼等。型鋼由于截面形式合理，材料在截面上分布對受力最為有利，且構(gòu)件間連接方便，所以它是鋼結(jié)構(gòu)中采用的主要鋼材。型鋼的規(guī)格通常以反映其斷面形狀的主要輪廓尺寸來表示。

第95頁/共290頁①熱軋普通工字鋼

工字鋼是截面為工字型、腿部內(nèi)側(cè)有1:6斜度的長條鋼材。工字鋼廣泛應(yīng)用于各種建筑結(jié)構(gòu)和橋梁，主要用于承受橫向彎曲（腹板平面內(nèi)受彎）的桿件，但不宜單獨(dú)用作軸心受壓構(gòu)件或雙向彎曲的構(gòu)件。第96頁/共290頁②熱軋H型鋼和剖分T型鋼

H型鋼由工字鋼發(fā)展而來，優(yōu)化了截面的分布。與工字鋼相比，H型鋼具有翼緣寬、側(cè)向剛度大、抗彎能力強(qiáng)、翼緣兩表面相互平行、連接構(gòu)件方便、省勞力、重量輕、節(jié)省鋼材等優(yōu)點(diǎn)。H型鋼截面形狀經(jīng)濟(jì)合理，力學(xué)性能好，常用于要求承載力大、截面穩(wěn)定性好的大型建筑（如高層建筑）。T型鋼由H型鋼對半剖分而成。第97頁/共290頁（2）冷彎薄壁型鋼冷彎薄壁型鋼是用2mm～6mm的薄鋼板經(jīng)冷彎或模壓而制成，有角鋼、槽鋼等開口薄壁型鋼及方形、矩形等空心薄壁型鋼，用于輕型鋼結(jié)構(gòu)。

冷彎薄壁型鋼的表示方法與熱軋型鋼相同。

土木工程中鋼筋混凝土用鋼材和鋼結(jié)構(gòu)用鋼材，主要根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載性質(zhì)（動荷載或靜荷載）、連接方法（焊接或鉚接）、溫度條件（正溫或負(fù)溫）等，綜合考慮鋼種或鋼牌號、質(zhì)量等級和脫氧程度等進(jìn)行選用，以保證結(jié)構(gòu)的安全。第98頁/共290頁（3）鋼板和壓型鋼板鋼板是用碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)熱軋或冷軋生產(chǎn)的扁平鋼材。以平板狀態(tài)供貨的稱為鋼板，以卷狀態(tài)供貨的稱為鋼帶。厚度大于4mm以上為厚板，厚度小于或等于4mm的為薄板。

熱軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼厚板，是鋼結(jié)構(gòu)的主要用鋼材。薄板用于屋面、墻面或壓型板原料等。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼厚板，用于重型結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁和高壓容器等。

壓型鋼板是用薄板經(jīng)冷壓或冷軋成波形、雙曲線、V形等形狀，壓型鋼板有涂層、鍍鋅、防腐等薄板。具有單位質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抗震性能好、施工快、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)。主要用于維護(hù)結(jié)構(gòu)、樓板、屋面等。

第99頁/共290頁復(fù)習(xí)提綱（1）初步懂得鋼材的幾種基本組織；掌握鋼材含碳量對鋼材組織和性能的影響。（2）理解鋼材的分類、鋼材脫氧程度對性能的影響。（3）熟練掌握建筑鋼材的力學(xué)性能（包括強(qiáng)度、彈性及塑性變形，耐疲勞性）的意義，測定方法及影響因素；著重理解低碳鋼在受拉過程中各階段的應(yīng)力-應(yīng)變特征；σp、σs及σd的位置；σs、σd及σ0.2的實(shí)用意義；理解伸長率與塑性的關(guān)系；沖擊韌性的定義、表示方法及低溫冷脆性；理解鋼材的耐疲勞性。

（4）理解鋼材的冷彎性能，并懂得其與伸長率的關(guān)系；了解鋼材焊接性能的影響因素。

第100頁/共290頁（5）熟悉建筑鋼材的強(qiáng)化機(jī)理及強(qiáng)化方法；理解冷加工強(qiáng)化及時效處理的概念；一般性了解熱處理工藝。

（6）掌握土木工程中常用的建筑鋼材的分類及其選用原則。理解碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號的表示方法，結(jié)合實(shí)例掌握其在工程中選用的條件；了解鋼筋及鋁合金在工程中的應(yīng)用。

（7）一般性了解鋼材銹蝕的種類及鋼材的防腐、防火。

第101頁/共290頁本節(jié)基本概念◆鋼生鐵

◆鎮(zhèn)靜鋼沸騰鋼

◆普通鋼◆強(qiáng)度彈性模量

◆彈性極限屈服強(qiáng)度

◆極限強(qiáng)度硬度

◆塑性韌性

◆耐疲勞性第102頁/共290頁◆冷彎性能

◆焊接性能◆鐵素體珠光體

◆滲碳體◆冷加工強(qiáng)化

◆熱處理

◆時效處理◆碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號

◆低合金結(jié)構(gòu)鋼

◆熱軋鋼筋冷拔鋼絲第103頁/共290頁◆腐蝕化學(xué)腐蝕

◆電化學(xué)腐蝕第104頁/共290頁材料力學(xué)習(xí)題集精品課程資料第105頁/共290頁第一章:緒論一、填空1.構(gòu)件在外荷載作用下具有抵抗破壞的能力為材料的（）；具有一定的抵抗變形的能力為材料的（）；保持其原有平衡狀態(tài)的能力為材料的（）。2.現(xiàn)代工程中常用的固體材料種類繁多，物理力學(xué)性能各異。所以，在研究受力后物體（構(gòu)件）內(nèi)部的力學(xué)響應(yīng)時，除非有特別提示，一般將材料看成由（）、（）、（）的介質(zhì)組成。答案：答案：強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性。連續(xù)性、均勻性、各向同性。第106頁/共290頁3.構(gòu)件所受的外力可以是各式各樣的，有時是很復(fù)雜的。材料力學(xué)根據(jù)構(gòu)件的典型受力情況及截面上的內(nèi)力分量可分為（）、（）、（）、（）四種基本變形。答案：拉伸或壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲。第107頁/共290頁二、計(jì)算1.

試求下列桿件中指定截面上內(nèi)力分量，并指出相應(yīng)的變形形式。第108頁/共290頁解：各截面上內(nèi)力分量的方向從略，僅記大小。第109頁/共290頁第二章:拉伸與壓縮一、填空1.軸力是指通過橫截面形心垂直于橫截面作用的內(nèi)力，而求軸力的基本方法是（）。答案：截面法。2.工程構(gòu)件在實(shí)際工作環(huán)境下所能承受的應(yīng)力稱為（），工件中最大工作應(yīng)力不能超過此應(yīng)力，超過此應(yīng)力時稱為（）。答案：許用應(yīng)力，失效。3.金屬拉伸標(biāo)準(zhǔn)試件有（）和（）兩種。答案：圓柱形，平板形。第110頁/共290頁４.在低碳鋼拉伸曲線中，其變形破壞全過程可分為（）個變形階段，它們依次是

（）、（）、（）、和（）。答案：四，彈性、屈服、強(qiáng)化和頸縮、斷裂。５.用塑性材料的低碳鋼標(biāo)準(zhǔn)試件在做拉伸實(shí)驗(yàn)過程中，將會出現(xiàn)四個重要的極限應(yīng)力；其中保持材料中應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)系的最大應(yīng)力為（）；使材料保持純彈性變形的最大應(yīng)力為（）；應(yīng)力只作微小波動而變形迅速增加時的應(yīng)力為（）；材料達(dá)到所能承受的最大載荷時的應(yīng)力為（）。答案：比例極限、彈性極限、屈服極限、強(qiáng)度極限。第111頁/共290頁6.通過低碳鋼拉伸破壞試驗(yàn)可測定強(qiáng)度指標(biāo)（）和（）；塑性指標(biāo)（）和（）。答案：屈服極限，強(qiáng)度極限；伸長率，斷面收縮率。7.功能守恒原理是指對于始終處于靜力平衡狀態(tài)的物體，緩慢施加的外力對變形體所做的外功W可近似認(rèn)為全部轉(zhuǎn)化為物體的變形能U，即（）。答案：W=U8.當(dāng)結(jié)構(gòu)中構(gòu)件所受未知約束力或內(nèi)力的數(shù)目n多于靜力平衡條件數(shù)目m時，單憑平衡條件不能確定全部未知力，相對靜定結(jié)構(gòu)（n=m），稱它為（）。稱為（），這也是“多余”約束力或“多余”約束的數(shù)目。答案：靜不定結(jié)構(gòu)，靜不定次數(shù)。第112頁/共290頁二、選擇題1.所有脆性材料，它與塑性材料相比，其拉伸力學(xué)性能的最大特點(diǎn)是（）。（A）強(qiáng)度低，對應(yīng)力集中不敏感；（B）相同拉力作用下變形??；（C）斷裂前幾乎沒有塑性變形；（D）應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系嚴(yán)格遵循胡克定律。答案：C第113頁/共290頁2.

現(xiàn)有三種材料的拉伸曲線如圖所示。分別由此三種材料制成同一構(gòu)件，其中：1）強(qiáng)度最高的是（）；2）剛度最大的是（）；3）塑性最好的是（）；4）韌性最高，抗沖擊能力最強(qiáng)的是（）。答案：A，B，C，C第114頁/共290頁3.兩端固定的階梯桿如圖所示，橫截面面積，受軸向載荷P后，其軸力圖是（）。答案：C第115頁/共290頁三、判斷題1.兩端固定的等截面直桿受軸向載荷P作用，則圖示AC、CB段分別受壓縮和拉伸（）答案：2.圖示結(jié)構(gòu)由兩根尺寸完全相同的桿件組成。AC桿為銅合金，BC桿為低碳鋼桿，則此兩桿在力P作用下具有相同的拉應(yīng)力。（）答案：第116頁/共290頁3.正應(yīng)變的定義為（）答案：答案：答案：4.任何溫度改變都會在結(jié)構(gòu)中引起應(yīng)變與應(yīng)力。（）5.對于拉伸曲線上沒有屈服平臺的合金塑性材料，工程上規(guī)定作為名義屈服極限，此時相對應(yīng)的應(yīng)變量為（）第117頁/共290頁四、計(jì)算1.礦井起重機(jī)鋼繩如圖（a）所示，AB段截面積BC段截面積鋼繩的單位體積重量長度起吊重物的重量求：1）鋼繩內(nèi)的最大應(yīng)力；2）作軸力圖。

第118頁/共290頁解：1）在可能危險(xiǎn)的1段B面，2段C面截開（圖b），有所以第119頁/共290頁2）作軸力圖取1-1截面（AB段，見圖（b））取2-2截面（BC段）由式（a）由式（b）第120頁/共290頁在圖(c)所示坐標(biāo)下,由式(a)、(b)知隨呈直線變化。由三個控制面上控制值畫出由兩段斜直線構(gòu)成的軸力圖。見下圖第121頁/共290頁2.某車間一自制桅桿式起重機(jī)的簡圖如圖(a)。已知起重桿（桿1）為鋼管，外徑D=400mm，內(nèi)徑d=20mm，許用應(yīng)力鋼絲繩2的橫截面積，許用應(yīng)力若最大起重量P=55kN，試校核此起重機(jī)的強(qiáng)度是否安全。第122頁/共290頁解：1）確定桿件受力根據(jù)圖（b）所示B鉸受力圖，在x-y坐標(biāo)下，由平衡條件解得第123頁/共290頁2）校核各桿強(qiáng)度第124頁/共290頁3.圖（a）所示結(jié)構(gòu)中，桿1材料為碳鋼，橫截面面積為，許用應(yīng)力；桿2材料為銅合金，橫截面積，許用應(yīng)力，試求此結(jié)構(gòu)許可載荷。第125頁/共290頁解:1)結(jié)構(gòu)中各桿應(yīng)滿足平衡條件對節(jié)點(diǎn)C取圖(b)所示研究對象，有由式（a）、(b)解得各桿軸力與外載的關(guān)系第126頁/共290頁2）結(jié)構(gòu)中各桿應(yīng)滿足各自強(qiáng)度條件由式（e）、式(f)，有由式(f)

、式（d），有第127頁/共290頁4.圖示桿件由兩種材料在I-I斜面上用粘結(jié)劑粘結(jié)而成。已知桿件橫截面面積，根據(jù)粘結(jié)劑強(qiáng)度指標(biāo)要求粘結(jié)面上拉應(yīng)力不超過，剪應(yīng)力不超過，若要求粘結(jié)面上正應(yīng)力與剪應(yīng)力同時達(dá)到各自容許值，試給定粘結(jié)面的傾角a并確定其容許軸向拉伸載荷P。第128頁/共290頁解:根據(jù)軸向拉伸桿件斜截面上正應(yīng)力和剪力公式,各自的容許條件為式(b)除以式(a),得將此結(jié)果代入式(a),得可利用式(b)校核結(jié)果是否正確第129頁/共290頁5.圖(a)所示簡單桁架由AC桿、BC桿組成，桿的橫截面積為A，長度為。試求節(jié)點(diǎn)C的鉛垂位移，已知：1）材料的彈性模量為E，在載荷P作用下處于線彈性范圍；2）材料在P作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為（圖（b）），其中n，B為已知材料常數(shù)。第130頁/共290頁解:1)對線彈性材料(1)求桿的軸力（2）求桿的變形第131頁/共290頁（3）求節(jié)點(diǎn)位移2）對非線性彈性材料同1），結(jié)果仍為式（a）(1)

求桿的軸力第132頁/共290頁2）由應(yīng)力求桿的變形兩桿的正應(yīng)力均為3）求節(jié)點(diǎn)位移第133頁/共290頁第三章:扭轉(zhuǎn)與剪切一、填空1.空心圓軸外徑為D，內(nèi)徑為d=D/2，兩端受扭轉(zhuǎn)力偶作用，則其橫截面上剪應(yīng)力呈（）分布，（），2.圓截面桿扭轉(zhuǎn)時，其變形特點(diǎn)是變形過程中橫截面始終保持（），即符合（）假設(shè)。非圓截面桿扭轉(zhuǎn)時，其變形特點(diǎn)是變形過程中橫截面發(fā)生（），即不符合（）假設(shè)。答案：答案：第134頁/共290頁3.圖（a）、圖（b）所示兩圓軸的材料、長度相同，扭轉(zhuǎn)時兩軸表面上各點(diǎn)的剪應(yīng)力相同，此時作用于兩端的扭轉(zhuǎn)力偶之比4.多邊形截面棱柱受扭轉(zhuǎn)力偶作用，根據(jù)（）定理可以證明其橫截面角點(diǎn)上的剪應(yīng)力為（）。答案：答案：第135頁/共290頁二、選擇答案：答案：第136頁/共290頁答案：第137頁/共290頁答案：第138頁/共290頁三、判斷題答案：答案：答案：第139頁/共290頁答案：答案：第140頁/共290頁四、計(jì)算題第141頁/共290頁解:1)求I-I截面上的扭距第142頁/共290頁第143頁/共290頁第144頁/共290頁解:由鋼管外徑與壁厚可知第145頁/共290頁第146頁/共290頁第147頁/共290頁第148頁/共290頁第149頁/共290頁第150頁/共290頁第151頁/共290頁5.如圖(a)所示，實(shí)心軸和空心軸通過牙式離合器連接在一起。已知軸的轉(zhuǎn)速n＝100r/min，傳遞的功率P＝7.5kW，材料的許用切應(yīng)力。試選擇實(shí)心軸的直徑d1和內(nèi)外徑比值為0.5的實(shí)心軸的外徑D2。第152頁/共290頁第153頁/共290頁第四章:彎曲內(nèi)力與強(qiáng)度問題一、填空答案：答案：第154頁/共290頁答案：答案：第155頁/共290頁二、選擇題答案：第156頁/共290頁答案：第157頁/共290頁答案：第158頁/共290頁答案：第159頁/共290頁三、判斷題答案：答案：答案：答案：第160頁/共290頁四、計(jì)算題第161頁/共290頁第162頁/共290頁第163頁/共290頁第164頁/共290頁第165頁/共290頁第166頁/共290頁第167頁/共290頁第168頁/共290頁第169頁/共290頁第170頁/共290頁第171頁/共290頁第172頁/共290頁第173頁/共290頁第174頁/共290頁第175頁/共290頁第176頁/共290頁第177頁/共290頁第178頁/共290頁第179頁/共290頁第180頁/共290頁第181頁/共290頁第182頁/共290頁第五章:彎曲變形與靜不定問題一、填空答案：