建筑钢材力学性技术指标
钢筋作种建筑材料广泛种建筑结构特型重型轻型薄壁高层建筑结构钢筋指钢筋混凝土预应力钢筋混凝土钢材
钢筋分类
钢筋化学成分外形加工方法供货形式进行分类
钢筋化学成分分碳素钢筋合金钢筋碳元素合金元素含量低中高分
钢筋外形分光圆钢筋带肋钢筋刻痕钢筋钢绞线〔建筑结构第三幅员21〕带肋指外表带凸纹目前带肋钢筋凸纹般月牙纹刻痕刻出椭圆形浅坑钢绞线股高强度光圆钢筋绞合成
钢筋加工方法分热轧钢筋冷拉钢筋冷拔钢筋冷轧钢筋热处理钢筋等
热轧钢筋低碳钢低合金钢高温轧制成根强度标准值热轧钢筋分235335400500四级级越高钢筋强度越高塑性越差235级钢筋普通低碳钢〔含碳025〕制成外表光圆直径6mm335400500级钢筋低中碳低合金钢〔含碳06合金总量5〕制成外表肋纹直径般10mm种级热轧钢筋符号钢材牌号列表21
种级热轧钢筋符号牌号 表21
热扎钢筋级
符号
牌号
牌号
235
HPB235
Q235
335
HRB335
20MnSi
400
HRB400RRB400
20MnSiV20MNnTi20MnSiNbK20MnSi
500
HRB500
40Si2Mn48Si2Mn45Si2Cr
注：400级K20MnSi钢筋系余热处理钢筋牌号RRB400牌号中字母H表示热轧P表示光圆R表示带肋B表示钢筋数字表示低屈服强度标准值
冷拉钢筋常温热轧钢筋拉伸强化阶段钢筋热轧钢筋冷拉屈服强度较提高时效处理抗拉极限强度提高钢筋塑性降冷拉钢筋分四级符号分
冷拔钢筋常温热轧光圆钢筋通硬质合金拔丝模钢筋直径稍锥形孔强行拉拔成〔建筑结构第三幅员22〕拉拔次数越直径越强度越高冷拔低碳钢筋Q235热轧钢筋冷拔成分甲乙两级甲级强度较高必须逐盘检验根检验抗拉强度分ⅠⅡ两组直径4mm5mm两种乙级强度较低仅求分批检验直径3～5mm冷拔低碳钢筋符号1111冷拔钢筋强度高外表光滑 间粘结力较差现已少采
冷轧钢筋常温光圆普通低碳低合金钢筋〔Q215Q23520MnSi24MnTi〕轧制减直径外表带肋〔般三面带月牙纹肋〕钢筋目前冷轧带肋钢筋极限抗拉强度分CRB550CRB650CRB800三牌号中CRB550般Q215圆钢冷轧成CRB650Q235圆钢冷轧成CRB80020MnSi24MnTi圆钢冷轧成CRB550钢筋直径4～12mmCRB650钢筋直径4～6mmCRB800钢筋直径目前5mm种
冷轧钢筋～强度较高外表带肋取代直径Q235光圆钢筋冷拔低碳钢丝目前CRB55O钢筋般取代Q235光圆钢筋现浇板梁柱箍筋CRB650CRB800钢筋般取代甲级冷拔低碳钢丝中型预应力构件预应力孔板
热处理钢筋500级热轧钢筋加热淬火回火等调质处理钢筋强度500级钢筋高塑性降低热处理钢筋型预应力混领土构件该种钢筋符号位1111
型预应力混领土构件采热处理钢筋外常消应力钢丝钢绞线强度均高
钢筋供货形式分直条钢筋盘园钢筋两种直径10～15mm钢筋通常直条供长度6～12m直径10mm钢筋通常圆盘供
钢筋强度变形
钢筋强度变形方面性钢筋拉伸试验应力应变曲线表示钢筋种类级应力应变曲线热轧冷拉钢筋应力应变曲线具明显流幅该类钢筋称软钢冷拔冷轧热处理钢筋高强钢丝钢绞线应力应变曲线明显流幅该类钢筋称硬钢
软钢典型拉伸应力应变曲线图23示建筑结构第三版a点前材料处弹性阶段应力应变成正值钢筋弹性模量11111111应a点应力称例极限 a点应变增加变快图形变曲钢筋开始表现出塑性性质达b点时应力增加应变继续增加钢筋开始塑性流动直c点种现象称钢筋屈服〞应b点应力称屈服强度bc水段称流幅屈服台阶C点钢筋局部恢复弹性应力曲线升高点d应d点应力称极限强度cd段称强化阶段d点钢筋薄弱 发生局部颈缩现象塑性变形迅速增加应力降达e点时试件断裂断裂剩余应变称伸长率δ表示
强度级软钢应力应变曲线235～500级热轧钢筋应力应变曲线图24示建筑结构第三版图知着级提高钢筋强度增加伸长率降低
硬钢典型拉伸应力应变曲线图25示建筑结构第三版图知类钢筋明显流幅屈服强度软钢相类钢筋极限强度较高伸长率较
钢筋变形性伸长率外冷弯性指钢筋常温承受弯曲性采冷弯试验测定冷弯试验合格标准：规定弯心直径D冷弯角度α弯曲弯曲处钢筋裂纹鳞落断裂现象钢筋技术标准种类钢筋Dα取值例335级月牙纹钢筋α180°直径25㎜时弯心直径D3d直径d25㎜时弯心直径D4d
钢筋弹性阶段应力应变称弹性模量11111表示种钢筋11111数值见附表5附表6建筑结构第三版
钢筋混凝土结构计算时软钢硬钢设计强度取值软钢取屈服强度作设计强度种钢筋屈服较塑性变形时荷载根增加构件会产生裂缝变形致硬钢明显屈服点防止构件突然破坏防止构件裂缝变形太设计强度取抗拉极限强度取剩余应变02时相应强度1111111〔称条件屈服强度〕作设计强度图25示建筑结构第三版
钢筋混凝土结构预应力混凝土结构钢筋性求
钢筋混凝土结构预应力混凝土结构钢筋性求点：
1） 较高强度适宜屈强里强度指屈服强度条件屈服强度屈强指屈服强度极限强度该值反映结构程度：屈强结构钢材强度利率低济屈强太结构
2） 较塑性里保证构件破坏前较明显预兆〔明显变形裂缝〕保证塑性措施钢筋拉伸率规定值冷弯试验合格
3） 混凝土间良粘结力钢筋混凝土工作根底
4） 具较焊性保证焊接接头受力性良拉伸破坏发生接头处
外寒冷区〔例20℃〕钢筋低温性定求宜采冷加工钢筋免发生脆性破坏
钢筋选
钢筋混凝土结构预应力混凝土结构钢筋应规定选：
1） 钢筋混凝土结构中钢筋预应力混凝土结构中非预应力钢筋宜采牌号HRB335﹑HRB400热轧钢筋采HPB235〔d≤12㎜〕热轧钢筋
2） 预应力钢筋宜采钢绞线消应力钢丝采热处理钢筋中型构件中预应力钢筋宜采牌号CRB650CRB800冷轧带肋钢筋
影响建筑钢材力学性素
影响钢材机械加工等性素中钢材化学成分微观组织结构冶炼﹑浇铸﹑轧制程剩余应力﹑温度﹑钢材硬化﹑热处理影响等重素先分述
化学成分
钢材含碳量2铁碳合金碳2时铸铁制造钢结构材料碳素结构钢中低碳钢低合金结构钢碳素结构钢纯铁﹑碳杂质元素组成中纯铁约占99碳杂质元素约占1低合金结构钢种铁﹑碳外参加总量超3合金元素碳元素然占例钢材性重影响
碳含量钢强度﹑塑性﹑韧性焊接性决定性影响含碳量增加钢材抗拉强度屈服强度提高塑性﹑冷弯性击韧性特低温击韧性降低焊性变坏钢结构含碳量宜太高般超022焊接结构中应限制022﹪
锰结构钢中常元素锰够显著提高钢材强度降低塑性击韧性锰脱氧作弱脱氧剂锰消硫钢材热脆作碳素钢种锰益杂质低合金钢中锰合金元素国低合金钢中锰含量12～16﹪锰钢材焊性降低含量应受限制
硅益元素更强脱氧作强脱氧剂硅钢材晶粒变细适量硅提高钢材强度塑性冷弯性击韧性焊性会产生良影响量硅降低钢材塑性击韧性恶化抗绣力焊接性硅含量碳素镇静钢中012﹪～03﹪低合金钢中02﹪～055﹪
钒熔炼锰钒低合金时特意添加种合金元素提高钢材强度细化钢晶粒钒化合物具高温稳定性钢材高温硬度提高15MnV钢低合金16Mn根底加适量钒熔炼成功种新强度较高低合金结构钢
硫磷两种极害元素硫铁化合成硫化铁〔FeS〕散步纯铁体晶粒间层中含硫量时会降低钢材塑性击韧性疲劳强度抗锈性等温度800℃～1200℃时焊铆热加工时硫化铁融化钢材变脆产生裂纹称热脆〞应限制结构尤焊接结构含硫量般求超0033～0050磷害作钢低温时韧性降低容易产生脆性破坏称冷脆〞应限制含量超0035～0045
氧氮容易铁液中逸出含量较少两种物质害元素钢材变脆氧作硫类似引起热脆素氮钢材强化磷作相似显著降低钢材塑性韧性焊性冷弯性增时效倾冷脆性重钢结构特低温动载结构钢应严格限制含量
二冶炼浇铸轧制程影响
1冶炼浇铸程
冶炼浇铸冶金程形成钢化学成分含量金相组织结构防止冶金缺陷确定钢种钢号相应力学性
国目前钢结构冶炼方法炉氧气顶吹转炉两种质量体相电路钢结构精良钱高钢结构中般
注锭程中脱氧程度分称镇静钢半镇静钢沸腾钢镇静钢浇铸时投入锰适量硅作脱氧剂保温时间长气体容易逸出没沸腾现象镇静钢杂质少偏析等冶金缺陷严重性沸腾钢价格略高
脱氧程度脱氧剂局部进入钢材钢材化学成分产生影响镇静钢中硅含量较沸腾钢相强度击韧性较高
冶炼浇铸程会产生偏析非金属夹杂气孔等冶金缺陷降低钢材力学性偏析指钢材中化学成分分布均非金属夹杂指钢中混硫化物氧化物等杂志气泡指浇铸时气体充分逸出留钢锭形成缺陷
2轧制程
轧制程金属晶粒变细气孔裂缝焊合改善钢材力学性薄板屡次辊扎厚板强度更高浇铸时非金属夹杂物轧制造成钢材分层设计中应防止拉力垂直板面情况防止层间撕裂发生
三应力集中影响
前述钢材工作性力学性指标通常轴心受力构件中应力均匀分布情况根底事实钢构件中防止存着孔洞刻槽凹角裂纹厚度宽度突然改变时构件中应力保持均匀分布某区域产生顶峰应力外区域应力降低谓应力集中现象见图25钢结构设计原理
通常截面顶峰应力均应力〔截面受轴心力作时〕值称应力集中系数数值取决构件形状改变急剧程度说明应力集中程度
应力集中顶峰应力区通常存着号面三应力状态力学知识告诉三号应力应力数值接时材料易屈服数值相等三拉应力时直材料断裂屈服三拉应力应力状态钢材塑性变形开展受制约导致脆性破坏
四钢材硬化
1时效硬化
钢材着时间推移屈服强度抗拉强度提高塑性击韧性降低现象称时效硬化图26 钢结构设计原理钢冶炼时留纯铁体中少量氮固溶体着时间增长逐渐析出形成氮化物阻止纯铁体晶粒间滑移约束钢材塑性开展
时效硬化程长短时十年重结构钢材加快测定时效机械性常钢材产生10﹪塑性变形 加热定温度进行试验样缩短时效程称工时效
2冷作硬化
前述钢材弹性阶段加卸载产生剩余变形影响钢材性 超范围引起钢材性变化重复加载卸载屈服点提高塑性性降低图27 钢结构设计原理钢材制造时般需冷拉冷拔冷弯孔剪切等冷加工程钢材塑性变形产生冷作硬化冷作硬化然提高钢材屈服强度时降低塑性韧性增加脆性破坏危险消利影响重结构重级工作制吊车梁须刨剪切形成冷作硬化边缘金属
五温度变化影响
钢材力学性着温度变化改变钢材低温性相拟言更重
正温范围 钢材正温范围项力学性温度关系详见图28 钢结构设计原理总趋势温度增加强度降低变形加
温度200℃钢材性没变化温度250℃时抗拉强度达值塑性韧性降钢材外表氧化膜呈蓝色称蓝脆〞现象蓝脆区进行热加工引起裂纹温度超300℃时屈服强度抗拉强度弹性模量均降塑性增加温度超400℃时强度弹性模量急剧降低达600℃时强度低已承受荷载
负温范围 钢材负温范围屈服强度抗拉强度增加塑性韧性降低材料转脆图29钢结构设计原理击韧性温度关系示意曲线图中左边右边局部曲线变化拟缓温度带变化较中间局部曲线陡峭破坏时需量温度急剧变化应温度分T1T2称温度转化区区间塑性破坏转变脆性破坏曲线反弯点应温度T0称冷脆转变温度
冷脆转变温度受力情况缺口形状截取方构件设计中应防止脆性破坏处温度T1定T2免必浪费
六重复荷载作影响
重复荷载作钢材破坏强度低静力作抗拉强度呈现突发性脆性破坏特征种现象称疲劳
七剩余应力影响
剩余应力钢材轧制焊接气割程中均匀加热冷产生构件形状尺寸加工方式剩余应力分布相剩余应力存构件刚度稳定性降低
建筑钢材种类选
钢材种类选
品种繁钢材中钢结构常钢材碳素结构钢低合金结构钢两种者含锰钒等合金元素具较高强度处腐蚀介质中结构采参加铜磷铬镍等元素具较高抗绣力高耐候结构钢
钢结构钢材种类钢种牌号分表达碳素结构钢低合金钢牌号性〔紧固件中普通螺栓高强度螺栓焊条钢材〕
1 碳素结构钢
国生产碳素钢分Q195Q215Q235Q255Q275五牌号中Q屈服强度屈字汉语拼音字头面阿拉伯数字表示屈服强度值〔N∕㎜²〕Q195Q275强度低高排列钢材强度中碳元素含量少确定钢结构钢Q235中碳含量012﹪～022﹪间
碳素结构钢表示方法Q235—###分表示质量等级浇铸方法例Q235—AFQ235—C等
Q235分ABCD四等级中D级质量A级质量差AB级脱氧程度分沸腾钢〔F〕半镇静钢〔b〕C级镇静钢〔Z〕D级特殊镇静钢〔TZ〕中镇静钢〔Z〕特殊镇静钢〔TZ〕写
质量优劣V形缺口试件击韧性求区分冷弯试验需方求时菜进行BCD级分求20℃0℃20℃时击韧性值BCD级求冷弯试验合格等级Q235钢化学元素含量求略CD级钢提高锰含量改良韧性时降低含碳量限保证焊性外硫磷含量限制应保证
2 低合金结构钢
合金元素总量低5﹪钢称低合金钢高5高合金钢建筑结构仅低合金钢牌号性：
生产验关系标准推荐低合金钢两种：16Mn(16锰)15MnV〔15锰钒〕标准推荐两种类似质量较高桥梁钢16Mnq(16锰桥)15MnVq(15锰钒桥)钢
低合金钢品牌前两位数表示均含碳量万分数面标出含合金元素符号均含量低15﹪时列元素符号高15﹪时元素符号列百分取整数例16Mn表示含碳量016﹪合金元素锰合金量低15﹪
低合金结构钢化学成分碳素结构钢相似参加少量合金元素16Mn15MnV屈服强度Q235分高出4766具较塑性韧性加工性强度高综合性钢材钢结构碳素结构钢节约材料15～25仅受拉受弯时节约例更
二 钢材选择
1 钢材选原考虑素
刚刚选原：结构安满足求节约钢材降低造价
条件应质量求钢材力学性质中屈服点抗拉强度伸长率冷弯性击韧性等项指标方面衡量钢材质量显然没必条件符合质量指标钢材选应考虑素：
（1） 结构类型重性
结构构件途部位破坏果严重性分重般次三类相应安等级级二级三级跨度屋梁重型工作制吊车梁等级考虑应采质量钢材般屋架梁柱二级考虑梯子台栏杆三级考虑选择质量较低钢材
（2） 荷载性质
结构承受荷载性质分静力荷载动力荷载两种受力状态承受动力荷载结构构件中常满载〔重级工作制〕常满载〔中轻级工作制〕区荷载性质应选钢材提出质量保证工程
（3） 连接方法
钢结构连接方法焊接非焊接〔紧固件连接〕分焊接结构会产生焊接应力焊接变形焊接缺陷导致构件产生裂纹裂缝甚发生脆性断裂焊接钢结构中钢材化学成分力学性焊接性较高求钢材碳硫磷含量低塑性韧性等
（4） 工作条件
结构处工作环境工作条件室外温度变化腐蚀作等钢材影响应塑性韧性抗腐蚀性提出相应求
2 钢材选择保证工程求
承重结构选择钢材务确定钢材牌号〔包括钢种冶炼方法脱氧方法质量等级〕提出应机械性化学成分保证工程
〔1〕般结构采Q235钢跨度较荷载较重较动荷载作低温条件选16Mn15MnV钢
〔2〕结构钢炉钢氧气转炉钢质量相订货设计时般加区
〔3〕般结构采Q235钢时沸腾钢通常满足实求较动荷载低温条件宜沸腾钢
〔4〕结构钢少屈服强度抗拉强度伸长率三项机械性磷硫两项化学成分合格保证焊接结构需含碳量合格保证
〔5〕重级工作制吊车起重量50t中级工作制吊车梁吊车桁架等构件应具常温〔20℃〕击韧性保证低温工作时需0℃20℃40℃时低温击韧性合格保证
〔6〕较房屋柱屋架托架等构件承受直接动力荷载结构等应冷弯试验合格保证
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钢筋作种建筑材料广泛种建筑结构特型重型轻型薄壁高层建筑结构钢筋指钢筋混凝土预应力钢筋混凝土钢材
钢筋分类
钢筋化学成分外形加工方法供货形式进行分类
钢筋化学成分分碳素钢筋合金钢筋碳元素合金元素含量低中高分
钢筋外形分光圆钢筋带肋钢筋刻痕钢筋钢绞线〔建筑结构第三幅员21〕带肋指外表带凸纹目前带肋钢筋凸纹般月牙纹刻痕刻出椭圆形浅坑钢绞线股高强度光圆钢筋绞合成
钢筋加工方法分热轧钢筋冷拉钢筋冷拔钢筋冷轧钢筋热处理钢筋等
热轧钢筋低碳钢低合金钢高温轧制成根强度标准值热轧钢筋分235335400500四级级越高钢筋强度越高塑性越差235级钢筋普通低碳钢〔含碳025〕制成外表光圆直径6mm335400500级钢筋低中碳低合金钢〔含碳06合金总量5〕制成外表肋纹直径般10mm种级热轧钢筋符号钢材牌号列表21
种级热轧钢筋符号牌号 表21
热扎钢筋级
符号
牌号
牌号
235
HPB235
Q235
335
HRB335
20MnSi
400
HRB400RRB400
20MnSiV20MNnTi20MnSiNbK20MnSi
500
HRB500
40Si2Mn48Si2Mn45Si2Cr
注：400级K20MnSi钢筋系余热处理钢筋牌号RRB400牌号中字母H表示热轧P表示光圆R表示带肋B表示钢筋数字表示低屈服强度标准值
冷拉钢筋常温热轧钢筋拉伸强化阶段钢筋热轧钢筋冷拉屈服强度较提高时效处理抗拉极限强度提高钢筋塑性降冷拉钢筋分四级符号分
冷拔钢筋常温热轧光圆钢筋通硬质合金拔丝模钢筋直径稍锥形孔强行拉拔成〔建筑结构第三幅员22〕拉拔次数越直径越强度越高冷拔低碳钢筋Q235热轧钢筋冷拔成分甲乙两级甲级强度较高必须逐盘检验根检验抗拉强度分ⅠⅡ两组直径4mm5mm两种乙级强度较低仅求分批检验直径3～5mm冷拔低碳钢筋符号1111冷拔钢筋强度高外表光滑 间粘结力较差现已少采
冷轧钢筋常温光圆普通低碳低合金钢筋〔Q215Q23520MnSi24MnTi〕轧制减直径外表带肋〔般三面带月牙纹肋〕钢筋目前冷轧带肋钢筋极限抗拉强度分CRB550CRB650CRB800三牌号中CRB550般Q215圆钢冷轧成CRB650Q235圆钢冷轧成CRB80020MnSi24MnTi圆钢冷轧成CRB550钢筋直径4～12mmCRB650钢筋直径4～6mmCRB800钢筋直径目前5mm种
冷轧钢筋～强度较高外表带肋取代直径Q235光圆钢筋冷拔低碳钢丝目前CRB55O钢筋般取代Q235光圆钢筋现浇板梁柱箍筋CRB650CRB800钢筋般取代甲级冷拔低碳钢丝中型预应力构件预应力孔板
热处理钢筋500级热轧钢筋加热淬火回火等调质处理钢筋强度500级钢筋高塑性降低热处理钢筋型预应力混领土构件该种钢筋符号位1111
型预应力混领土构件采热处理钢筋外常消应力钢丝钢绞线强度均高
钢筋供货形式分直条钢筋盘园钢筋两种直径10～15mm钢筋通常直条供长度6～12m直径10mm钢筋通常圆盘供
钢筋强度变形
钢筋强度变形方面性钢筋拉伸试验应力应变曲线表示钢筋种类级应力应变曲线热轧冷拉钢筋应力应变曲线具明显流幅该类钢筋称软钢冷拔冷轧热处理钢筋高强钢丝钢绞线应力应变曲线明显流幅该类钢筋称硬钢
软钢典型拉伸应力应变曲线图23示建筑结构第三版a点前材料处弹性阶段应力应变成正值钢筋弹性模量11111111应a点应力称例极限 a点应变增加变快图形变曲钢筋开始表现出塑性性质达b点时应力增加应变继续增加钢筋开始塑性流动直c点种现象称钢筋屈服〞应b点应力称屈服强度bc水段称流幅屈服台阶C点钢筋局部恢复弹性应力曲线升高点d应d点应力称极限强度cd段称强化阶段d点钢筋薄弱 发生局部颈缩现象塑性变形迅速增加应力降达e点时试件断裂断裂剩余应变称伸长率δ表示
强度级软钢应力应变曲线235～500级热轧钢筋应力应变曲线图24示建筑结构第三版图知着级提高钢筋强度增加伸长率降低
硬钢典型拉伸应力应变曲线图25示建筑结构第三版图知类钢筋明显流幅屈服强度软钢相类钢筋极限强度较高伸长率较
钢筋变形性伸长率外冷弯性指钢筋常温承受弯曲性采冷弯试验测定冷弯试验合格标准：规定弯心直径D冷弯角度α弯曲弯曲处钢筋裂纹鳞落断裂现象钢筋技术标准种类钢筋Dα取值例335级月牙纹钢筋α180°直径25㎜时弯心直径D3d直径d25㎜时弯心直径D4d
钢筋弹性阶段应力应变称弹性模量11111表示种钢筋11111数值见附表5附表6建筑结构第三版
钢筋混凝土结构计算时软钢硬钢设计强度取值软钢取屈服强度作设计强度种钢筋屈服较塑性变形时荷载根增加构件会产生裂缝变形致硬钢明显屈服点防止构件突然破坏防止构件裂缝变形太设计强度取抗拉极限强度取剩余应变02时相应强度1111111〔称条件屈服强度〕作设计强度图25示建筑结构第三版
钢筋混凝土结构预应力混凝土结构钢筋性求
钢筋混凝土结构预应力混凝土结构钢筋性求点：
1） 较高强度适宜屈强里强度指屈服强度条件屈服强度屈强指屈服强度极限强度该值反映结构程度：屈强结构钢材强度利率低济屈强太结构
2） 较塑性里保证构件破坏前较明显预兆〔明显变形裂缝〕保证塑性措施钢筋拉伸率规定值冷弯试验合格
3） 混凝土间良粘结力钢筋混凝土工作根底
4） 具较焊性保证焊接接头受力性良拉伸破坏发生接头处
外寒冷区〔例20℃〕钢筋低温性定求宜采冷加工钢筋免发生脆性破坏
钢筋选
钢筋混凝土结构预应力混凝土结构钢筋应规定选：
1） 钢筋混凝土结构中钢筋预应力混凝土结构中非预应力钢筋宜采牌号HRB335﹑HRB400热轧钢筋采HPB235〔d≤12㎜〕热轧钢筋
2） 预应力钢筋宜采钢绞线消应力钢丝采热处理钢筋中型构件中预应力钢筋宜采牌号CRB650CRB800冷轧带肋钢筋
影响建筑钢材力学性素
影响钢材机械加工等性素中钢材化学成分微观组织结构冶炼﹑浇铸﹑轧制程剩余应力﹑温度﹑钢材硬化﹑热处理影响等重素先分述
化学成分
钢材含碳量2铁碳合金碳2时铸铁制造钢结构材料碳素结构钢中低碳钢低合金结构钢碳素结构钢纯铁﹑碳杂质元素组成中纯铁约占99碳杂质元素约占1低合金结构钢种铁﹑碳外参加总量超3合金元素碳元素然占例钢材性重影响
碳含量钢强度﹑塑性﹑韧性焊接性决定性影响含碳量增加钢材抗拉强度屈服强度提高塑性﹑冷弯性击韧性特低温击韧性降低焊性变坏钢结构含碳量宜太高般超022焊接结构中应限制022﹪
锰结构钢中常元素锰够显著提高钢材强度降低塑性击韧性锰脱氧作弱脱氧剂锰消硫钢材热脆作碳素钢种锰益杂质低合金钢中锰合金元素国低合金钢中锰含量12～16﹪锰钢材焊性降低含量应受限制
硅益元素更强脱氧作强脱氧剂硅钢材晶粒变细适量硅提高钢材强度塑性冷弯性击韧性焊性会产生良影响量硅降低钢材塑性击韧性恶化抗绣力焊接性硅含量碳素镇静钢中012﹪～03﹪低合金钢中02﹪～055﹪
钒熔炼锰钒低合金时特意添加种合金元素提高钢材强度细化钢晶粒钒化合物具高温稳定性钢材高温硬度提高15MnV钢低合金16Mn根底加适量钒熔炼成功种新强度较高低合金结构钢
硫磷两种极害元素硫铁化合成硫化铁〔FeS〕散步纯铁体晶粒间层中含硫量时会降低钢材塑性击韧性疲劳强度抗锈性等温度800℃～1200℃时焊铆热加工时硫化铁融化钢材变脆产生裂纹称热脆〞应限制结构尤焊接结构含硫量般求超0033～0050磷害作钢低温时韧性降低容易产生脆性破坏称冷脆〞应限制含量超0035～0045
氧氮容易铁液中逸出含量较少两种物质害元素钢材变脆氧作硫类似引起热脆素氮钢材强化磷作相似显著降低钢材塑性韧性焊性冷弯性增时效倾冷脆性重钢结构特低温动载结构钢应严格限制含量
二冶炼浇铸轧制程影响
1冶炼浇铸程
冶炼浇铸冶金程形成钢化学成分含量金相组织结构防止冶金缺陷确定钢种钢号相应力学性
国目前钢结构冶炼方法炉氧气顶吹转炉两种质量体相电路钢结构精良钱高钢结构中般
注锭程中脱氧程度分称镇静钢半镇静钢沸腾钢镇静钢浇铸时投入锰适量硅作脱氧剂保温时间长气体容易逸出没沸腾现象镇静钢杂质少偏析等冶金缺陷严重性沸腾钢价格略高
脱氧程度脱氧剂局部进入钢材钢材化学成分产生影响镇静钢中硅含量较沸腾钢相强度击韧性较高
冶炼浇铸程会产生偏析非金属夹杂气孔等冶金缺陷降低钢材力学性偏析指钢材中化学成分分布均非金属夹杂指钢中混硫化物氧化物等杂志气泡指浇铸时气体充分逸出留钢锭形成缺陷
2轧制程
轧制程金属晶粒变细气孔裂缝焊合改善钢材力学性薄板屡次辊扎厚板强度更高浇铸时非金属夹杂物轧制造成钢材分层设计中应防止拉力垂直板面情况防止层间撕裂发生
三应力集中影响
前述钢材工作性力学性指标通常轴心受力构件中应力均匀分布情况根底事实钢构件中防止存着孔洞刻槽凹角裂纹厚度宽度突然改变时构件中应力保持均匀分布某区域产生顶峰应力外区域应力降低谓应力集中现象见图25钢结构设计原理
通常截面顶峰应力均应力〔截面受轴心力作时〕值称应力集中系数数值取决构件形状改变急剧程度说明应力集中程度
应力集中顶峰应力区通常存着号面三应力状态力学知识告诉三号应力应力数值接时材料易屈服数值相等三拉应力时直材料断裂屈服三拉应力应力状态钢材塑性变形开展受制约导致脆性破坏
四钢材硬化
1时效硬化
钢材着时间推移屈服强度抗拉强度提高塑性击韧性降低现象称时效硬化图26 钢结构设计原理钢冶炼时留纯铁体中少量氮固溶体着时间增长逐渐析出形成氮化物阻止纯铁体晶粒间滑移约束钢材塑性开展
时效硬化程长短时十年重结构钢材加快测定时效机械性常钢材产生10﹪塑性变形 加热定温度进行试验样缩短时效程称工时效
2冷作硬化
前述钢材弹性阶段加卸载产生剩余变形影响钢材性 超范围引起钢材性变化重复加载卸载屈服点提高塑性性降低图27 钢结构设计原理钢材制造时般需冷拉冷拔冷弯孔剪切等冷加工程钢材塑性变形产生冷作硬化冷作硬化然提高钢材屈服强度时降低塑性韧性增加脆性破坏危险消利影响重结构重级工作制吊车梁须刨剪切形成冷作硬化边缘金属
五温度变化影响
钢材力学性着温度变化改变钢材低温性相拟言更重
正温范围 钢材正温范围项力学性温度关系详见图28 钢结构设计原理总趋势温度增加强度降低变形加
温度200℃钢材性没变化温度250℃时抗拉强度达值塑性韧性降钢材外表氧化膜呈蓝色称蓝脆〞现象蓝脆区进行热加工引起裂纹温度超300℃时屈服强度抗拉强度弹性模量均降塑性增加温度超400℃时强度弹性模量急剧降低达600℃时强度低已承受荷载
负温范围 钢材负温范围屈服强度抗拉强度增加塑性韧性降低材料转脆图29钢结构设计原理击韧性温度关系示意曲线图中左边右边局部曲线变化拟缓温度带变化较中间局部曲线陡峭破坏时需量温度急剧变化应温度分T1T2称温度转化区区间塑性破坏转变脆性破坏曲线反弯点应温度T0称冷脆转变温度
冷脆转变温度受力情况缺口形状截取方构件设计中应防止脆性破坏处温度T1定T2免必浪费
六重复荷载作影响
重复荷载作钢材破坏强度低静力作抗拉强度呈现突发性脆性破坏特征种现象称疲劳
七剩余应力影响
剩余应力钢材轧制焊接气割程中均匀加热冷产生构件形状尺寸加工方式剩余应力分布相剩余应力存构件刚度稳定性降低
建筑钢材种类选
钢材种类选
品种繁钢材中钢结构常钢材碳素结构钢低合金结构钢两种者含锰钒等合金元素具较高强度处腐蚀介质中结构采参加铜磷铬镍等元素具较高抗绣力高耐候结构钢
钢结构钢材种类钢种牌号分表达碳素结构钢低合金钢牌号性〔紧固件中普通螺栓高强度螺栓焊条钢材〕
1 碳素结构钢
国生产碳素钢分Q195Q215Q235Q255Q275五牌号中Q屈服强度屈字汉语拼音字头面阿拉伯数字表示屈服强度值〔N∕㎜²〕Q195Q275强度低高排列钢材强度中碳元素含量少确定钢结构钢Q235中碳含量012﹪～022﹪间
碳素结构钢表示方法Q235—###分表示质量等级浇铸方法例Q235—AFQ235—C等
Q235分ABCD四等级中D级质量A级质量差AB级脱氧程度分沸腾钢〔F〕半镇静钢〔b〕C级镇静钢〔Z〕D级特殊镇静钢〔TZ〕中镇静钢〔Z〕特殊镇静钢〔TZ〕写
质量优劣V形缺口试件击韧性求区分冷弯试验需方求时菜进行BCD级分求20℃0℃20℃时击韧性值BCD级求冷弯试验合格等级Q235钢化学元素含量求略CD级钢提高锰含量改良韧性时降低含碳量限保证焊性外硫磷含量限制应保证
2 低合金结构钢
合金元素总量低5﹪钢称低合金钢高5高合金钢建筑结构仅低合金钢牌号性：
生产验关系标准推荐低合金钢两种：16Mn(16锰)15MnV〔15锰钒〕标准推荐两种类似质量较高桥梁钢16Mnq(16锰桥)15MnVq(15锰钒桥)钢
低合金钢品牌前两位数表示均含碳量万分数面标出含合金元素符号均含量低15﹪时列元素符号高15﹪时元素符号列百分取整数例16Mn表示含碳量016﹪合金元素锰合金量低15﹪
低合金结构钢化学成分碳素结构钢相似参加少量合金元素16Mn15MnV屈服强度Q235分高出4766具较塑性韧性加工性强度高综合性钢材钢结构碳素结构钢节约材料15～25仅受拉受弯时节约例更
二 钢材选择
1 钢材选原考虑素
刚刚选原：结构安满足求节约钢材降低造价
条件应质量求钢材力学性质中屈服点抗拉强度伸长率冷弯性击韧性等项指标方面衡量钢材质量显然没必条件符合质量指标钢材选应考虑素：
（1） 结构类型重性
结构构件途部位破坏果严重性分重般次三类相应安等级级二级三级跨度屋梁重型工作制吊车梁等级考虑应采质量钢材般屋架梁柱二级考虑梯子台栏杆三级考虑选择质量较低钢材
（2） 荷载性质
结构承受荷载性质分静力荷载动力荷载两种受力状态承受动力荷载结构构件中常满载〔重级工作制〕常满载〔中轻级工作制〕区荷载性质应选钢材提出质量保证工程
（3） 连接方法
钢结构连接方法焊接非焊接〔紧固件连接〕分焊接结构会产生焊接应力焊接变形焊接缺陷导致构件产生裂纹裂缝甚发生脆性断裂焊接钢结构中钢材化学成分力学性焊接性较高求钢材碳硫磷含量低塑性韧性等
（4） 工作条件
结构处工作环境工作条件室外温度变化腐蚀作等钢材影响应塑性韧性抗腐蚀性提出相应求
2 钢材选择保证工程求
承重结构选择钢材务确定钢材牌号〔包括钢种冶炼方法脱氧方法质量等级〕提出应机械性化学成分保证工程
〔1〕般结构采Q235钢跨度较荷载较重较动荷载作低温条件选16Mn15MnV钢
〔2〕结构钢炉钢氧气转炉钢质量相订货设计时般加区
〔3〕般结构采Q235钢时沸腾钢通常满足实求较动荷载低温条件宜沸腾钢
〔4〕结构钢少屈服强度抗拉强度伸长率三项机械性磷硫两项化学成分合格保证焊接结构需含碳量合格保证
〔5〕重级工作制吊车起重量50t中级工作制吊车梁吊车桁架等构件应具常温〔20℃〕击韧性保证低温工作时需0℃20℃40℃时低温击韧性合格保证
〔6〕较房屋柱屋架托架等构件承受直接动力荷载结构等应冷弯试验合格保证
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