2012年造價工程師考試技術與計量《安裝》:工程材料2

發(fā)表時間:2012/9/14 11:59:33 來源:互聯(lián)網(wǎng) 點擊關注微信:關注中大網(wǎng)校微信
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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)包括碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼兩大類。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鋼筋由碳素結構鋼經(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構鋼軋制而成,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。

鋼筋混凝土結構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,非預應力鋼筋混凝土可選用HPB235、HRB335和HRB400鋼筋,而預應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用于非預應力鋼筋混凝土,其他牌號用于預應力混凝土。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、小型預應力鋼筋混凝土結構構件中廣泛應用。

(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?,F(xiàn)行國家標準《鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50205規(guī)定,冷拔低碳鋼絲分為兩級,甲級用于預應力混凝土結構構件中,乙級用于非預應力混凝土結構構件中。

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,每盤長約200m.現(xiàn)行國家標準《預應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,預應力穩(wěn)定,主要用作預應力鋼筋混凝土軌枕,也可以用于預應力混凝土板、吊車梁等構件。

4.碳素鋼絲、刻痕鋼絲和鋼絞線

預應力混凝土需使用專門的鋼絲,這些鋼絲用優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼經(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。預應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)碳素結構鋼盤條,經(jīng)冷拔及回火制成。碳素鋼絲具有很好的力學性能,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應力混凝土結構、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)受拉的應力一應變圖能夠較好地解釋這些重要的技術指標,見圖3.1.1.

(1)屈服點。在彈性階段OA段,此時如卸去拉力,試件能恢復原狀,此階段的變形為彈性變形,應力與應變成正比,其比值即為鋼材的彈性模量。與A點對應的應力稱為彈性極限(昂)當對試件的拉伸進入塑性變形的屈服階段AB時,應力的增長滯后于應變的增加,屈服下限點I下所對應的應力稱為屈服強度或屈服點,記做δS.設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。對應于最高點C的應力稱為抗拉強度,用δb表示。

設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構安全可靠程度。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,因而結構的安全性愈高。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。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致應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構,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

在反復荷載作用下的結構構件,鋼材往往在應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。疲勞破壞的危險應力用疲勞極限來表示,它是指疲勞試驗中試件在交變應力作用下,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。

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