三、教材主要知识点解析。
第一节基本材料。
一、钢筋。（一）钢筋分类。
钢筋是土木建筑工程中使用量最大的钢材品种之一，其材质包括碳素结构钢和低合金高强度结构钢两大类。常用的有热轧钢筋、冷加工钢筋、热处理钢筋以及钢丝和钢绞线等。
1．热轧钢筋。
根据现行国家标准《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》gb1499．1和《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》gb1499．2规定，热轧光圆钢筋分hpb235、hpb300两种牌号，普通热轧钢筋分hrb335、hrb400、hrbs00三种牌号，细晶粒热轧钢筋分hrbf335、hrbf400、hrbf500三种牌号。其中hpb235、hpb300钢筋由碳素结构钢经热轧成型并自然冷却，表面光圆，其余均由低合金高强度结构钢轧制而成，外表带肋。带肋钢筋横截面为圆形，长度方向有两条轴对称纵肋及均匀分布的横肋，按肋纹的形状分为月牙肋和等高肋。
钢筋混凝土结构对钢筋的要求是机械强度较高，具有一定的塑性、韧性和冷加工性等。综合钢筋的强度、塑性、工艺性和经济性等因素，非预应力钢筋混凝土可选用hpb235、hrb335和hrb400钢筋，而预应力钢筋混凝土则宜选用hrb500、hrb400和hrb335钢筋。
2．冷加工钢筋。
在常温下对热轧钢筋进行机械加工（冷拉、冷拔、冷轧）而成。常见的品种有冷拉热轧钢筋、冷轧带肋钢筋和冷拔低碳钢丝。
（1）冷拉热轧钢筋。在常温下将热轧钢筋拉伸至超过屈服点小于抗拉强度的某一应力，然后卸荷，即制成了冷拉热轧钢筋。如卸荷后立即重新拉伸，卸荷点成为新的屈服点，因此冷拉可使屈服点提高，材料变脆、屈服阶段缩短，塑性、韧性降低。
若卸荷后不立即重新拉伸，而是保持一定时间后重新拉伸，钢筋的屈服强度、抗拉强度进一步提高，而塑性、韧性降低继续降低，这种现象称为冷拉时效。实践中，可将冷拉、除锈、调直、切断合并为一道工序，这样可简化流程，提高效率。
（2）冷轧带肋钢筋。用低碳钢热轧盘圆条直接冷轧或经冷拔后再冷轧，形成三面或两面横肋的钢筋。现行国家标准《冷轧带肋钢筋》gb13788规定，冷轧带肋钢筋分为crb500、crb650、crb800、crb970、crb1170五个牌号。
crb500用于非预应力钢筋混凝土，其他牌号用于预应力混凝土。冷轧带肋钢筋克服了冷拉、冷拔钢筋握裹力低的缺点，而具有冷拉、冷拔钢筋相近的强度，因此在中、小型预应力钢筋混凝土结构构件中广泛应用。
（3）冷拔低碳钢丝。将直径6.5-～8mm的q235或q215盘圆条通过小直径的拔丝孔逐步拉拔而成，直径3～5mm.
由于经多次拔制，其屈服强度可提高40％～60％，同时失去了低碳钢的良好塑性，变得硬脆。现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》gb50205规定，冷拔低碳钢丝分为两级，甲级用于预应力混凝土结构构件中，乙级用于非预应力混凝土结构构件中。
3．热处理钢筋。
热处理钢筋是钢厂将热轧的带肋钢筋（中碳低含金钢）经淬火和高温回火调质处理而成的，即以热处理状态交货，成盘**，每盘长约200m.现行国家标准《预应力混凝土用热处理钢筋》gb4463规定，公称直径6mm、8.2mm、10mm，σ0.
2≥1325mpa，σb≥1470mpa，δ10≥6％。热处理钢筋强度高，用材省，锚固性好，预应力稳定，主要用作预应力钢筋混凝土轨枕，也可以用于预应力混凝土板、吊车梁等构件。
4．碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线。
预应力混凝土需使用专门的钢丝，这些钢丝用优质碳素结构钢经冷拔、热处理、冷轧等工艺过程制得，具有很高的强度，安全可靠，且便于施工。预应力混凝土用钢丝分为碳素钢丝（矫直匾火钢丝，代号j）、冷拉钢丝（代号l）及矫直回火刻痕钢丝（代号jk）三种。
碳素钢丝（矫直回火钢丝）由含碳量不低于0.8％的优质碳素结构钢盘条，经冷拔及回火制成。碳素钢丝具有很好的力学性能，是生产刻痕钢丝和钢绞拉张的母材。
刻痕钢丝。将碳素钢丝表面沿长度方向压出椭圆形刻痕即为刻痕钢丝。压痕后，成盘的刻痕钢丝需做低温回火处理后交货。
钢绞线。钢绞线是将碳素钢丝若干根，经绞捻及消除内应力的热处理后制成。钢绞线强度高、柔性好，特别适用于曲线配筋的预应力混凝土结构、大跨度或重荷载的屋架等。
钢丝和钢绞线主要用于大跨度、大负荷的桥梁、电杆、枕轨、屋架、大跨度吊车梁等，安全可靠，节约钢材，且不需冷拉、焊接接头等加工，因此在土木建筑工程中得到广泛应用。
（二）钢筋的性能。
1．抗拉性能。
抗拉性能是钢筋的最主要性能，因为钢筋在大多数情况下是作为抗拉材料来使用的。
表征抗拉性能的技术指标主要是屈服点（也叫屈服强度）、抗拉强度（全称抗拉极限强度）
和伸长率。低碳钢（软钢）受拉的应力一应变图能够较好地解释这些重要的技术指标，见图3．1．1.
（1）屈服点。在弹性阶段oa段，此时如卸去拉力，试件能恢复原状，此阶段的变形为弹性变形，应力与应变成正比，其比值即为钢材的弹性模量。与a点对应的应力称为弹性极限（昂）当对试件的拉伸进入塑性变形的屈服阶段ab时，应力的增长滞后于应变的增加，屈服下限点i下所对应的应力称为屈服强度或屈服点，记做δs.
设计时一般以以作为强度取值的依据。对屈服现象不明显的钢，规定以0．2％残余变形时的应力σ0.2作为屈服强度。
（2）抗拉强度。曲线逐步上升可以看出：试件在屈服阶段以后，其抵抗塑性变形的能力叉重新提高，称为强化阶段。对应于最高点c的应力称为抗拉强度，用δb表示。
设计中抗拉强度虽然不能利用，但屈强比δs/δb能反映钢材的利用率和结构安全可靠程度。屈强比愈小，反映钢材受力超过屈服点工作时的可靠性愈大，因而结构的安全性愈高。但屈服强比太小，则反映钢材不能有效地被利用。
（3）伸长率。当曲线到达c点后，试件薄弱处急剧缩小，塑性变形迅速增加，产生“颈缩现象”而断裂。试件拉断后，量出拉断后标距部分的长度1，，即可按下式计算伸长率。
伸长率表征了钢材的塑性变形能力。伸长率的大小与标距长度有关。塑性变形在标距内的分布是不均匀的，颈缩处的伸长较大，离颈缩部位越远变形越小。
因此原标距与试件的直径之比愈大，颈缩处伸长值在整个伸长值中的比重愈小，计算伸长率愈小。通常以δ5和δ10分别表示10=5d0和10=10d0（d0为试件直径）时的伸长率，对于同一种钢材，δ5应大于δ10.
2．冷弯性能。
冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是钢材的重要工艺性能。冷弯性能指标是通过试件被弯曲的角度（90.180.
）及弯心直径d对试件厚度（或直径）a的比值（d/a）区分的。试件按规定的弯曲角和弯心直径进行试验，试件弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层，即认为冷弯性能合格。
冷弯试验是通过试件弯曲处的塑性变形实现的，能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。在拉力试验中，这些缺陷常因塑造性变形导致应力重分布而得不到反映。因此冷弯试验是一种比较严格的试验，对钢材的焊接质量也是一种严格的检验，能揭示焊件在受弯表面存在的裂纹和夹杂物。
3．冲击韧性。
冲击韧性指钢材抵抗冲击载荷的能力。其指标是通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定。按规定，将带有v形缺口的试件进行冲击试验。
试件在冲击荷载作用下折断时所吸收的功，称为冲击吸收功akv（j）钢材的化学成分、组织状态、内在缺陷及环境温度等都是影响冲击韧性的重要因素。akv值随试验温度的下降而减小，当温度降低达到某一范围时，akv急剧下降而呈脆性断裂，这种现象称为冷脆性。发生冷脆时的温度称为脆性临界温度，其数值越低，说明钢材的低温冲击韧性越好。
因此，对直接承受动荷载而且可能在负温下工作的重要结构，必须进行冲击韧性检验。
4．硬度。钢材的硬度是指表面层局部体积抵抗较硬物体压人产生塑性变形的能力。表征值常用布氏硬度值hb表示。
5．耐疲劳性。
在反复荷载作用下的结构构件，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。
6．焊接性能。
钢材的可焊性是指焊接后在焊缝处的性质与母材性质的一致程度。影响钢材可焊性的主要因素是化学成分及含量。如硫产生热脆性，使焊缝处产生硬脆及热裂纹。
又如，含碳量超过0．3％，可焊性显著下降等。
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