2012年造價工程師《技術(shù)與計量》(安裝)-工程材料(2)

　　三、教材主要知識點解析

　　第一節(jié)基本材料

　　一、鋼筋

　　(一)鋼筋分類

　　鋼筋是土木建筑工程中使用量最大的鋼材品種之一，其材質(zhì)包括碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼兩大類。常用的有熱軋鋼筋、冷加工鋼筋、熱處理鋼筋以及鋼絲和鋼絞線等。

　　1.熱軋鋼筋

　　根據(jù)現(xiàn)行國家標準《鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋》GB1499.1和《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》GB1499.2規(guī)定，熱軋光圓鋼筋分HPB235、HPB300兩種牌號，普通熱軋鋼筋分HRB335、HRB400、HRBS00三種牌號，細晶粒熱軋鋼筋分HRBF335、HRBF400、HRBF500三種牌號。其中HPB235、HPB300鋼筋由碳素結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)熱軋成型并自然冷卻，表面光圓，其余均由低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼軋制而成，外表帶肋。帶肋鋼筋橫截面為圓形，長度方向有兩條軸對稱縱肋及均勻分布的橫肋，按肋紋的形狀分為月牙肋和等高肋。熱軋鋼筋的技術(shù)要求見表3.1.1.表中所列的強度值和伸長率均為要求的最小值。

　　表3.1.1熱軋鋼筋的技術(shù)要求

　　由表3.1.1可知，隨鋼筋級別的提高，其屈服強度和極限強度逐漸增加，而其塑性則逐漸下降。

　　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求是機械強度較高，具有一定的塑性、韌性和冷加工性等。綜合鋼筋的強度、塑性、工藝性和經(jīng)濟性等因素，非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土可選用HPB235、HRB335和HRB400鋼筋，而預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土則宜選用HRB500、HRB400和HRB335鋼筋。

　　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)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(yīng)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、韌性降低繼續(xù)降低，這種現(xiàn)象稱為冷拉時效。實踐中，可將冷拉、除銹、調(diào)直、切斷合并為一道工序，這樣可簡化流程，提高效率。

　　(2)冷軋帶肋鋼筋。用低碳鋼熱軋盤圓條直接冷軋或經(jīng)冷拔后再冷軋，形成三面或兩面橫肋的鋼筋。現(xiàn)行國家標準《冷軋帶肋鋼筋》GB13788規(guī)定，冷軋帶肋鋼筋分為CRB500、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170五個牌號。CRB500用于非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，其他牌號用于預(yù)應(yīng)力混凝土。冷軋帶肋鋼筋克服了冷拉、冷拔鋼筋握裹力低的缺點，而具有冷拉、冷拔鋼筋相近的強度，因此在中、小型預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中廣泛應(yīng)用。

　　(3)冷拔低碳鋼絲。將直徑6.5-～8mm的Q235或Q215盤圓條通過小直徑的拔絲孔逐步拉拔而成，直徑3～5mm.由于經(jīng)多次拔制，其屈服強度可提高40%～60%，同時失去了低碳鋼的良好塑性，變得硬脆。現(xiàn)行國家標準《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50205規(guī)定，冷拔低碳鋼絲分為兩級，甲級用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，乙級用于非預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中。

　　3.熱處理鋼筋

　　熱處理鋼筋是鋼廠將熱軋的帶肋鋼筋(中碳低含金鋼)經(jīng)淬火和高溫回火調(diào)質(zhì)處理而成的，即以熱處理狀態(tài)交貨，成盤供應(yīng)，每盤長約200m.現(xiàn)行國家標準《預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋》GB4463規(guī)定，公稱直徑6mm、8.2mm、10mm，σ0.2≥1325MPa，σb≥1470MPa，δ10≥6%。熱處理鋼筋強度高，用材省，錨固性好，預(yù)應(yīng)力穩(wěn)定，主要用作預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土軌枕，也可以用于預(yù)應(yīng)力混凝土板、吊車梁等構(gòu)件。

　　4.碳素鋼絲、刻痕鋼絲和鋼絞線

　　預(yù)應(yīng)力混凝土需使用專門的鋼絲，這些鋼絲用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)冷拔、熱處理、冷軋等工藝過程制得，具有很高的強度，安全可靠，且便于施工。預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲分為碳素鋼絲(矯直匾火鋼絲，代號J)、冷拉鋼絲(代號L)及矯直回火刻痕鋼絲(代號JK)三種。

　　碳素鋼絲(矯直回火鋼絲)由含碳量不低于0.8%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼盤條，經(jīng)冷拔及回火制成。碳素鋼絲具有很好的力學(xué)性能，是生產(chǎn)刻痕鋼絲和鋼絞拉張的母材。

　　刻痕鋼絲。將碳素鋼絲表面沿長度方向壓出橢圓形刻痕即為刻痕鋼絲。壓痕后，成盤的刻痕鋼絲需做低溫回火處理后交貨。

　　鋼絞線。鋼絞線是將碳素鋼絲若干根，經(jīng)絞捻及消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理后制成。鋼絞線強度高、柔性好，特別適用于曲線配筋的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、大跨度或重荷載的屋架等。

　　鋼絲和鋼絞線主要用于大跨度、大負荷的橋梁、電桿、枕軌、屋架、大跨度吊車梁等，安全可靠，節(jié)約鋼材，且不需冷拉、焊接接頭等加工，因此在土木建筑工程中得到廣泛應(yīng)用。

　　(二)鋼筋的性能

　　1.抗拉性能

　　抗拉性能是鋼筋的最主要性能，因為鋼筋在大多數(shù)情況下是作為抗拉材料來使用的。

　　表征抗拉性能的技術(shù)指標主要是屈服點(也叫屈服強度)、抗拉強度(全稱抗拉極限強度)

　　和伸長率。低碳鋼(軟鋼)受拉的應(yīng)力一應(yīng)變圖能夠較好地解釋這些重要的技術(shù)指標，見圖3.1.1.

　　(1)屈服點。在彈性階段OA段，此時如卸去拉力，試件能恢復(fù)原狀，此階段的變形為彈性變形，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，其比值即為鋼材的彈性模量。與A點對應(yīng)的應(yīng)力稱為彈性極限(昂)當(dāng)對試件的拉伸進入塑性變形的屈服階段AB時，應(yīng)力的增長滯后于應(yīng)變的增加，屈服下限點I下所對應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服強度或屈服點，記做δS.設(shè)計時一般以以作為強度取值的依據(jù)。對屈服現(xiàn)象不明顯的鋼，規(guī)定以0.2%殘余變形時的應(yīng)力σ0.2作為屈服強度。

　　(2)抗拉強度。曲線逐步上升可以看出：試件在屈服階段以后，其抵抗塑性變形的能力叉重新提高，稱為強化階段。對應(yīng)于最高點C的應(yīng)力稱為抗拉強度，用δb表示。

　　設(shè)計中抗拉強度雖然不能利用，但屈強比δS/δb能反映鋼材的利用率和結(jié)構(gòu)安全可靠程度。屈強比愈小，反映鋼材受力超過屈服點工作時的可靠性愈大，因而結(jié)構(gòu)的安全性愈高。但屈服強比太小，則反映鋼材不能有效地被利用。

　　(3)伸長率。當(dāng)曲線到達C點后，試件薄弱處急劇縮小，塑性變形迅速增加，產(chǎn)生“頸縮現(xiàn)象”而斷裂。試件拉斷后，量出拉斷后標距部分的長度1，，即可按下式計算伸長率。

　　伸長率表征了鋼材的塑性變形能力。伸長率的大小與標距長度有關(guān)。塑性變形在標距內(nèi)的分布是不均勻的，頸縮處的伸長較大，離頸縮部位越遠變形越小。因此原標距與試件的直徑之比愈大，頸縮處伸長值在整個伸長值中的比重愈小，計算伸長率愈小。通常以δ5和δ10分別表示10=5d0和10=10d0(d0為試件直徑)時的伸長率，對于同一種鋼材，δ5應(yīng)大于δ10.

　　2.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(qū)分的。試件按規(guī)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。

　　冷彎試驗是通過試件彎曲處的塑性變形實現(xiàn)的，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。在拉力試驗中，這些缺陷常因塑造性變形導(dǎo)致應(yīng)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(zhì)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。

　　3.沖擊韌性

　　沖擊韌性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(guī)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(xué)成分、組織狀態(tài)、內(nèi)在缺陷及環(huán)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(dāng)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(xiàn)象稱為冷脆性。發(fā)生冷脆時的溫度稱為脆性臨界溫度，其數(shù)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(jié)構(gòu)，必須進行沖擊韌性檢驗。

　　4.硬度

　　鋼材的硬度是指表面層局部體積抵抗較硬物體壓人產(chǎn)生塑性變形的能力。表征值常用布氏硬度值HB表示。

　　5.耐疲勞性

　　在反復(fù)荷載作用下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，鋼材往往在應(yīng)力遠小于抗拉強度時發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞破壞。疲勞破壞的危險應(yīng)力用疲勞極限來表示，它是指疲勞試驗中試件在交變應(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。

　　6.焊接性能

　　鋼材的可焊性是指焊接后在焊縫處的性質(zhì)與母材性質(zhì)的一致程度。影響鋼材可焊性的主要因素是化學(xué)成分及含量。如硫產(chǎn)生熱脆性，使焊縫處產(chǎn)生硬脆及熱裂紋。又如，含碳量超過0.3%，可焊性顯著下降等。