一級建筑師輔導(dǎo)精選之建筑材料與構(gòu)造(12)

　　二、建筑鋼材的技術(shù)性能

　　(一)力學(xué)性能

　　1.抗拉強(qiáng)度

　　抗拉性能是表示建筑鋼材性能和選用鋼材 最重要的指標(biāo)。建筑鋼材的抗拉性能。

　　在鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線中存在幾個(gè)重要 的極限：比例極限、彈性極限(σp)、屈服極限(σs)、強(qiáng)度極限(σb)。屈服極限是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼材強(qiáng)度的取值依據(jù)。

　　鋼材屈強(qiáng)比(σs/σb)小，鋼材塑性好，應(yīng)力重新分布能力強(qiáng)，用于結(jié)構(gòu)的安全性高，但屈強(qiáng)比過小，不經(jīng)濟(jì)。伸長率表示鋼材塑性 的大小，是評定鋼材質(zhì)量的重要指標(biāo)。

　　預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土用的高強(qiáng)度鋼筋和鋼絲具有硬鋼的特點(diǎn)抗拉強(qiáng)度高，無明顯的屈服階段，伸長率小。這類鋼材由于沒有明顯的屈服階段，不能測定屈服點(diǎn)，故常以發(fā)生殘余變形0.2%L0時(shí)的應(yīng)力作為規(guī)定的屈服極限，用σ0.2表示。

　　2.沖擊韌性

　　沖擊韌性為鋼材抵抗沖擊荷載的能力，用沖擊韌性指標(biāo)αk表示， αk越大，鋼材韌性越好。鋼材的沖擊韌性對鋼的化學(xué)成分、組織狀態(tài)，以及冶煉、軋制質(zhì)量都較敏感。 試驗(yàn)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(shí)，突然下降很多而呈脆性，這種性質(zhì)稱為鋼材的冷脆性。這時(shí)的溫度稱為脆性臨界溫度。它的數(shù)值愈低，鋼材的低溫沖擊性能愈好。所以在負(fù)溫下使用的結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)選用脆性臨界溫度較使用溫度為低的鋼材。由于脆性臨界溫度的測定工作較復(fù)雜，規(guī)范中通常是根據(jù)氣溫條件規(guī)定-20℃或-40℃的負(fù)溫沖擊值指標(biāo)。

　　隨時(shí)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(shí)效。因時(shí)效而 導(dǎo)致性能改變的程度稱為時(shí)效敏感性。時(shí)效敏感性愈大的鋼材，經(jīng)過時(shí)效以后其沖擊韌性的 降低愈顯著。為了保證安全，對于承受動(dòng)荷載的重要結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)選用時(shí)效敏感性小的鋼材。

　　3.耐疲勞性

　　在交變應(yīng)力作用下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，鋼材往往在應(yīng)力遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度時(shí)發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞破壞。疲勞破壞的危險(xiǎn)應(yīng)力用疲勞極限來表示，它是指疲勞試驗(yàn)中試件在交變應(yīng)力作用下，于規(guī)定的周期基數(shù)內(nèi)不發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力。設(shè)計(jì)承受反復(fù)荷載且須進(jìn)行疲勞驗(yàn)算的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)當(dāng)了解所用鋼材的疲勞極限。

　　測定疲勞極限時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)結(jié)構(gòu)使用條件確定采用的應(yīng)力循環(huán)類型、應(yīng)力比值(最小與最大應(yīng)力之比，又稱應(yīng)力特征值)和周期基數(shù)。例如，測定鋼筋的疲勞極限時(shí)，通常采用的是承受大小改變的拉應(yīng)力循環(huán);應(yīng)力比值通常為0. 1-0. 8(非預(yù)應(yīng)力筋)和0. 7-0. 85 (預(yù)應(yīng)力筋) ;周期基數(shù)一般為200萬次或400萬次以上。

　　鋼材的疲勞極限與其抗拉強(qiáng)度有關(guān)，一般抗拉強(qiáng)度高，其疲勞極限也較高。

　　4.硬度

　　鋼材的硬度指其表面局部體積內(nèi)，抵抗外物壓人產(chǎn)生塑性變形的能力。 測定鋼材硬度的方法常用布氏法和洛氏法。布氏法的測定原理，是利用直徑為D(mm)的淬火鋼球，以P(N)的荷載將其壓入試件表面，經(jīng)規(guī)定的持續(xù)時(shí)間后卸除荷載， 即得直徑為d(mm)的壓痕，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HB，以數(shù)字表示，不帶單位。

　　各類鋼材的HB與抗拉強(qiáng)度σb之間有較好的相關(guān)關(guān)系。對于碳素鋼，當(dāng)HB<175 時(shí)， σb =3.6HB;當(dāng)HB>175時(shí)，σb=3.5HB。根據(jù)這一關(guān)系，我們可以直接在鋼結(jié)構(gòu)上測出鋼材的HB，并估算出該鋼材的磯。

　　洛氏法根據(jù)壓頭壓入試件的深度的大小表示材料的硬度值。洛氏法壓痕很小，一般可用于判斷機(jī)械零件的熱處理效果。

　　(二)工藝性能

　　1.冷彎性能

　　冷彎性能，指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，是建筑鋼材的重要工藝性能。冷彎部位產(chǎn)生不均勻塑性變形，這種變形在一定程度上比伸長率更能反映鋼的內(nèi)部組織狀態(tài)、 內(nèi)應(yīng)力及雜質(zhì)等缺陷。因此，可用冷彎的方法檢驗(yàn)鋼的焊接性能。 冷彎性能指標(biāo)以試件被彎曲的角度(900、180°)及彎心直徑d與試件厚度(或直徑)α的 比值(d/α)來表示。

　　2.可焊性

　　指鋼材是否適宜通常的焊接方法與工藝的性能。鋼的可焊性主要受化學(xué)成分的影響。 當(dāng)C>0. 3%，或含有較多S時(shí)，可焊性差。可焊性差的鋼，要采取特殊焊接工藝來保證焊接質(zhì)量。

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