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1、单元 6 检测常用建筑钢材及钢筋焊接的性能单元概述：本单元主要学习建筑钢材的种类、性能，重点学习建筑钢材及建筑钢材焊接性能的检测，具备通过检测建筑钢材及钢材焊接性能控制工程质量的能力。熟练掌握钢筋拉伸性能、弯曲性能检测的方法；能够说出相关的仪器设备名称及操作方法；掌握钢筋的拉伸性能、冷弯性能指标的分析、判定。学习目标：了解建筑钢材是指建筑工程中所用各种钢材。包括钢结构用的各种型钢（圆钢、角钢、槽钢和工字钢） 、钢板和钢筋混凝土中的各种钢筋和钢丝等。掌握建筑钢材力学性能、工艺性能；掌握建筑钢材及钢材焊接检测的试验方法和结果评定。具有对钢材屈服强度、抗拉强度与延伸率的测定，评定钢筋的强度等级的技术
2、能力；具有对钢材冷弯试验，对钢筋塑性进行严格检验，也间接测定钢筋内部的缺陷的技术能力；具有对钢筋焊件进行拉伸和冷弯检测和结果评定的技术能力。课题 1 常用建筑钢材技术指标要求建筑钢材是常用的、重要的建筑材料。选用、使用的过程中需要深入了解建筑钢材钢材的分类、钢材的技术性质、化学成分对钢材性能的影响；了解建筑钢材的加工、建筑钢材的标准与选用；熟悉预应力混凝土用钢丝和钢绞线、钢材的选用原则；在施工过程中加强钢材的质量控制与保管、钢材的锈蚀与防止、钢材的防火保护。1钢材的分类（1）按化学成分分类1）碳素钢低碳钢 （含碳量0.25） ；中碳钢 （含碳量0.250.60） ；高碳钢 （含碳量0.6） 。
3、碳素钢结构按含硫量不同分为 A、B、C、D 四个质量等级。2）合金钢低合金钢 （合金元素总量5） ；中合金钢 （合金元素总量510） ；高合金钢 （合金元素总量10） 。（2）按品质分类1） 、普通钢 （磷含量0.045硫含量0.05） ；2） 、优质钢 （磷含量均0.035） 。（3）按用途和组织分类低碳钢和低合金结构钢、铁素体珠光体型钢、低碳贝氏体型钢、马氏体型调质高强度钢、耐热钢、低温钢、不锈钢。2常用建筑钢筋分类（1）按外形和粗细分1）光面圆钢筋：按供应形式有：（10） ，直条（长 612m ） 。按粗细分：钢丝（35）细钢筋（610） ，中粗钢筋（1220）粗钢筋（20） 。2）螺纹
4、钢筋：人字纹、螺旋纹、月牙纹。（2）按机械性能（屈服强度抗拉强度）分 1）级 235370 Nmm2 HPB235。2）级 335510（25）335490（28） Nmm2 HRB 335。3）级 370570 Nmm2 HRB 400。4)540835 Nmm2 HRB 540。（3）按钢种或化学成分分1）普通碳素钢筋：低碳钢（含碳量低于 0.25） ；中碳钢（含碳量 0.250.6） ；高碳钢（含碳量 0.6） 。2）普通低合金钢钢筋：是在低、中碳钢中加少量合金元素，构成有锰系、硅矾系、硅钛系一些钢种。20 锰硅、25 锰硅、49 硅 2 锰、40 硅锰钒、45 硅锰钒、45 硅 2 锰
5、钛以及20 锰、45 硅 2 铬等钢种。（4）按生产工艺分1）热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢筋、冷轧螺纹钢筋。2）预应力混凝土结构用碳素钢丝系用优质碳素结构钢圆盘条冷拔而成可作钢弦、钢丝束、钢丝等。3）预应力混凝土结构用刻痕钢丝系用上项钢丝经刻痕而成（5） 。4）预应力混凝土用钢铰线系用上项（碳素钢丝）铰捻而成。5）冷拔丝碳钢丝系用普通低碳钢的热轧盘圆冷拔而成。注：热处理钢筋、冷轧螺纹钢筋可用于预应力混凝土结构。3型钢分类型钢分类见表 6-1型钢分类 表 6-1型钢名称积分类 表示方法 表 例 标准名称 标准号等边角钢 边宽和厚度（mm） L11010 热轧等边三角钢品种 GB978788角钢不
6、等边角钢 长边、短边、厚度 L110708 热轧不边三角钢品种 BG978888普通工字钢轻型工字钢136.b（cm） 热轧普通工字钢品种 GB90688130.a（无 b、c ） YB16363工字钢宽翼缘工字钢（H 型钢）以其截面高度（cm ）编号，和a、b 、c 三种不同腹板厚共同表示H 型钢标准 YB330181普通槽钢 以其截面高度为号（mm） 28.b（cm） 热轧普通槽钢品种 GB70788槽钢轻型槽钢 和 a、 b、 c 不同腹板厚度表示 24.a（无 b、c） YB16463扁钢 扁 钢 宽和厚（mm） 406 热轧扁钢品种GB704884钢材的主要技术性能（1）钢筋的力学性
7、能1）拉伸性能：在外力作用下，材料低抗塑性变形或断裂的能力叫强度。抗拉强度是建筑钢材最主要的技术性能。建筑钢材的抗拉强度包括：弹性极限、屈服强度、极限抗拉强度、疲劳强度。通过拉伸试验可以测得弹性极限、屈服强度、抗拉强度和延伸率，这些是钢材得重要技术性能指标。低碳钢得抗拉性能可用受拉时得应力应变图来阐明。从图 6-1 可以看出低碳钢受拉到拉断，经历了四个阶段：弹性阶段OA 为弹性阶段。在 OA 范围内，随着荷载得增加，应力和应变比例增加。如卸去荷载，则轨范恢复原状，这种性质称弹性。OA 是一直线，在此范围内的变形。 A 点所对应的应力称为弹性极限，用 p 表示。在这一范围内，应力与应变的比值为一
8、常量，称为弹性模量，用 E 表示，即 E。弹性模量反映了钢材的刚度，是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。普通碳素钢 Q235 的弹性模量 E（2.02.1）105MPa 弹性极限内 p（180200）MPa。屈服阶段AB 为屈服阶段。在 AB 曲线范围内，应力与应变不能成比例变化。应力超过 p 后，即开始产生塑性变形。应力到达 B 上之后，变形急剧增加，应力则在不大的范围内波动，直到 B 点止。B 上点是屈服上限，当应力到达 B 上点时，抵抗外力能力下降，发生“屈服”现象。B 下点是屈服下限，也称为 屈服点（即屈服强度） ，以 s 表示。s 是屈服阶段应力波动的最低值，它表示钢材在工作状
9、态允许达到的应力值，即在 s 之前，钢材不会发生较大的塑性变形。故在设计中一般以屈服点作为强度取值的依据。普通碳素结构钢 Q235 的。s 应不小于 235MPa。对于在外力作用下屈服现象不明显的硬钢类，如高碳钢与某些合金钢，规定生产残余变形为 0.2L0 时的应力作为屈服点，用 0.2 表示，如图5-2 所示。常用低碳钢的 s 为 185235Mpa强化阶段BC 为强化阶段。过 B 点后，抵抗塑性变形的能力又重新提高，变形发展速度比较快，随着应力的提高而增加。对应于最高点 C 的应力，称为抗拉强度，用。b 表示，抗拉强度不能直接利用，但屈服点和抗拉强度的比值（即屈强比）却能反映钢材的安全可靠
10、程度和利用率。屈强比（s/b）：屈强比越小，钢材在受力超过屈服点时的可靠性越大，结构越安全。但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。常用低碳钢的屈强比为0.580.63，合金钢为 0.650.75。 颈缩阶段CD 为颈缩阶段。过 C 点，材料抵抗变形的能力明显降低。在 CD 范围内，应变迅速增加，而应力则反而下降，变形不能再是均匀的。钢材被拉长，并在变形最大处发生“颈缩” ，直至断裂。 图 6-1 低碳钢拉伸 - 图 6-2 硬钢的条件屈服点根据断裂前产生塑性变形大小的不同，可分为两种类型的断裂：一种是断裂前出现大量塑性变形的韧性断裂，常温下低碳钢的拉伸断裂就是韧性断裂；另一种是断裂
11、前无显著塑性变形的脆性断裂。脆性断裂发展速度极快，断裂时又无明显预兆，往往给结构物带来严重后果，应尽量避免。因此，为了确保钢材在构件中的使用安全，钢结构设计应保证构件始终在弹性范围内工作，即应以钢材的弹性极限作为确定容许应力的依据。但是，由于钢材的弹性极限很难测准，多年来就以稍高于弹性极限的屈服强度作为确定容许应力的依据，所以屈服强度s 是钢结构设计中的一个重要力学指标。抗拉强度。b 虽不直接用于计算，但屈服强度与抗拉强度之比屈强比（sb） ，在选择钢材时却具有重要意义。一般来说，这个比值较小时，表示结构的安全度较大，也即结构由于局部超载而发生破坏的强度储备较大；但是这个比值过小时，则表示钢材
12、强度的利用率偏低，不够经济。相反，若屈强比较大，则表示钢材利用率较大，但比值过大，表示强度储备过小，脆断倾向增加，不够安全。因此这个比值最好保持在 0.600.75 之间，既安全又经济。塑性指标（如图 6-3） 伸长率（ ）截面收缩率（ ） 与 值越大，说明材料的塑性越好 2）冲击韧性冲击韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力。 （如硬物撞击）3）硬度硬度是指钢材表面局部体积能抵抗变形或者抵抗破裂的能力，利用硬度荷抗拉强度间较固定的关系，可以通过硬度值来推知钢材的拉伸强度。4）耐疲劳强度钢材在交变荷载的反复作用下，往往在应力远小于其抗拉强度时就发生破坏，这种现象称为钢材的疲劳破坏。实验证明，钢材承受的交
13、变应力 越大，则钢材至断裂时经受的交变应力循环次数 N越少，反之越多。（2）钢材的工艺性能建筑钢材在使用之前，多数需要进行一定形式的加工处理。良好的工艺性能可以保%100A1l 图 6-3证钢材能够顺利地通过各种处理而无损于制品的质量。1）弯曲性能弯曲性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是以试验时的弯曲角度 和弯心直径 d 为指标表示（如表 6-2） 。钢材冷弯时的弯曲角度越大，弯心直径越小，则表示其冷弯性能越好。 按表 6-2 规定的弯心直径弯曲 180后钢筋受弯曲部分表面不得产生裂纹。不同直径钢筋弯心直径 表 6-2冷弯也是检验钢材塑性的一种方法，并于伸长率存在有机的联系。伸长率大的钢
14、材，其冷弯性能必然好，但冷弯试验对钢材塑性的评定比拉伸试验更严格、更敏感。冷弯有助于暴露钢材的某些缺陷，如气孔、杂质和裂纹等。对于重要结构和弯曲成型的钢材，冷弯必须合格。一般来说，钢的塑性好，冷弯性能也好。图 6-4 钢材冷弯试验根据需方要求，可供应满足下列条件的钢筋：钢筋实测抗拉强度与实测屈服点之比不小于 1.25；钢筋实测屈服点与表中规定的最小屈服点之比不大于 1.30。钢筋反复弯曲试验的弯曲半径见表 6-3反复弯曲试验的弯曲半径（mm） 表 6-3钢筋公称直径 4 5 6弯曲半径 10 15 15钢筋的规定非比例伸长应力 p0.2 值应不小于公称抗拉强度 b 的80，bp0.2 比值应小
15、于 1.05。2）可焊性建筑工程中，无论是钢结构还是混凝土中的钢筋骨架、接头及埋件连接件等，绝大多数都采用焊接方式连接。焊接主要取决于焊接工艺、焊接材料及钢材的焊接性能。钢筋的可焊性是指钢材在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬倾向，焊接后接头强度是否与母体相近的性能。牌 号 公称直径 a（mm） 弯曲试验弯心直径HRB335 6252850 3a4 aHRB400 6252850 4 a5 aHRB500 6252850 6 a7 a在焊接中，由于高温作用和焊接后急剧冷却作用，焊缝及附近的过热区发生晶体组织及结构变化，产生局部变形及内应力，使焊缝周围的钢材产生硬脆倾向，降低了焊接质量。低碳钢的可焊性很好，随着碳含量和合金含量的增加，钢材的可焊性减弱。钢中含硫也会使钢材在焊接时产生热脆性。采用焊前预热和焊后热处理的方法，能提高可焊性差的钢材焊接质量。3）冷加工性能将金属材料于常温下进行冷拉、冷拔或
