二、建筑钢材的技术性能

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2010年一级建筑师辅导之建筑材料与构造(12)

来源:网络发布时间:2010-04-02

二、建筑钢材的技术性能

 (一)力学性能

  1.抗拉强度

  抗拉性能是表示建筑钢材性能和选用钢材 最重要的指标。建筑钢材的抗拉性能。

  在钢材的应力-应变曲线中存在几个重要 的极限:比例极限、弹性极限(σp)、屈服极限(σs)、强度极限(σb)。屈服极限是结构设计中钢材强度的取值依据。

  钢材屈强比(σs/σb)小,钢材塑性好,应力重新分布能力强,用于结构的安全性高,但屈强比过小,不经济。伸长率表示钢材塑性 的大小,是评定钢材质量的重要指标。

  预应力钢筋混凝土用的高强度钢筋和钢丝具有硬钢的特点抗拉强度高,无明显的屈服阶段,伸长率小。这类钢材由于没有明显的屈服阶段,不能测定屈服点,故常以发生残余变形0.2%L0时的应力作为规定的屈服极限,用σ0.2表示。

  2.冲击韧性

  冲击韧性为钢材抵抗冲击荷载的能力,用冲击韧性指标αk表示, αk越大,钢材韧性越好。钢材的冲击韧性对钢的化学成分、组织状态,以及冶炼、轧制质量都较敏感。 试验表明,冲击韧性随温度的降低而下降,其规律是开始下降缓和,当达到一定温度范围时,突然下降很多而呈脆性,这种性质称为钢材的冷脆性。这时的温度称为脆性临界温度。它的数值愈低,钢材的低温冲击性能愈好。所以在负温下使用的结构,应当选用脆性临界温度较使用温度为低的钢材。由于脆性临界温度的测定工作较复杂,规范中通常是根据气温条件规定-20℃或-40℃的负温冲击值指标。

  随时间的延长而表现出强度提高,塑性和冲击韧性下降,这种现象称为时效。因时效而 导致性能改变的程度称为时效敏感性。时效敏感性愈大的钢材,经过时效以后其冲击韧性的 降低愈显着。为了保证安全,对于承受动荷载的重要结构,应当选用时效敏感性小的钢材。

  3.耐疲劳性

  在交变应力作用下的结构构件,钢材往往在应力远小于抗拉强度时发生断裂,这种现象称为钢材的疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示,它是指疲劳试验中试件在交变应力作用下,于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。设计承受反复荷载且须进行疲劳验算的结构时,应当了解所用钢材的疲劳极限。

  测定疲劳极限时,应当根据结构使用条件确定采用的应力循环类型、应力比值(最小与最大应力之比,又称应力特征值)和周期基数。例如,测定钢筋的疲劳极限时,通常采用的是承受大小改变的拉应力循环;应力比值通常为0. 1-0. 8(非预应力筋)和0. 7-0. 85 (预应力筋) ;周期基数一般为200万次或400万次以上。

  钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关,一般抗拉强度高,其疲劳极限也较高。

  4.硬度

  钢材的硬度指其表面局部体积内,抵抗外物压人产生塑性变形的能力。 测定钢材硬度的方法常用布氏法和洛氏法。布氏法的测定原理,是利用直径为D(mm)的淬火钢球,以P(N)的荷载将其压入试件表面,经规定的持续时间后卸除荷载, 即得直径为d(mm)的压痕,以压痕表面积F(mm2 )除荷载P,所得的应力值即为试件的布氏硬度值HB,以数字表示,不带单位。

  各类钢材的HB与抗拉强度σb之间有较好的相关关系。对于碳素钢,当HB<175 时, σb =3.6HB;当HB>175时,σb=3.5HB。根据这一关系,我们可以直接在钢结构上测出钢材的HB,并估算出该钢材的矶。

  洛氏法根据压头压入试件的深度的大小表示材料的硬度值。洛氏法压痕很小,一般可用于判断机械零件的热处理效果。

  (二)工艺性能

  1.冷弯性能

  冷弯性能,指钢材在常温下承受弯曲变形的能力,是建筑钢材的重要工艺性能。冷弯部位产生不均匀塑性变形,这种变形在一定程度上比伸长率更能反映钢的内部组织状态、 内应力及杂质等缺陷。因此,可用冷弯的方法检验钢的焊接性能。 冷弯性能指标以试件被弯曲的角度(900、180°)及弯心直径d与试件厚度(或直径)α的 比值(d/α)来表示。

  2.可焊性

  指钢材是否适宜通常的焊接方法与工艺的性能。钢的可焊性主要受化学成分的影响。 当C>0. 3%,或含有较多S时,可焊性差。可焊性差的钢,要采取特殊焊接工艺来保证焊接质量。