三、建筑钢材的力学性能

2023-12-19 84点热度 0人点赞

三、建筑钢材的力学性能

钢材的主要性能包括力学性能和工艺性能。其中,力学性能是钢材最重要的使用性能,包括拉伸性能、冲击性能、疲劳性能等。工艺性能表示钢材在各种加工过程中的行为,包括弯曲性能和焊接性能等。

(一)拉伸性能

反映建筑钢材拉伸性能的指标包括屈服强度、抗拉强度和伸长率。屈服强度是结构设计中钢材强度的取值依据。抗拉强度与屈服强度之比(强屈比)是评价钢材使用可靠性的一个参数。强屈比越大,钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大,安全性越高;但强屈比太大,钢材强度利用率偏低,浪费材料。

钢材在受力破坏前可以经受永久变形的性能,称为塑性。在工程应用中,钢材的塑性指标通常用伸长率表示。伸长率是钢材发生断裂时所能承受永久变形的能力。伸长率越大,说明钢材的塑性越大。试件拉断后标距长度的增量与原标距长度之比的百分比即为断后伸长率。对常用的热轧钢筋而言,还有一个最大力总伸长率的指标要求。

预应力混凝土用高强度钢筋和钢丝具有硬钢的特点,抗拉强度高,无明显的屈服阶段,伸长率小。由于屈服现象不明显,不能测定屈服点,故常以发生残余变形为0.2%原标距长度时的应力作为屈服强度,称条件屈服强度,用表示。

(二)冲击性能

冲击性能是指钢材抵抗冲击荷载的能力。钢的化学成分及冶炼、加工质量都对冲击性能有明显的影响。除此以外,钢的冲击性能受温度的影响较大,冲击性能随温度的下降而减小;当降到一定温度范围时,冲击值急剧下降,从而可使钢材出现脆性断裂,这种性质称为钢的冷脆性,这时的温度称为脆性临界温度。脆性临界温度的数值越低,钢材的低温冲击性能越好。所以,在负温下使用的结构,应当选用脆性临界温度较使用温度为低的钢材。

(三)疲劳性能

受交变荷载反复作用时,钢材在应力远低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象,称为疲劳破坏。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的,所以危害极大,往往造成灾难性的事故。钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关,一般抗拉强度高,其疲劳极限也较高。

四、钢材化学成分及其对钢材性能的影响

钢材中除主要化学成分铁(Fe)以外,还含有少量的碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)、氧(O)、氮(N)、钛(Ti)、钒(V)等元素,这些元素虽含量很少,但对钢材性能的影响很大:

(1)碳:碳是决定钢材性能的最重要元素。建筑钢材的含碳量不大于0.8%,随着含碳量的增加,钢材的强度和硬度提高,塑性和韧性下降。含碳量超过0.3%时钢材的可焊性显著降低。碳还增加钢材的冷脆性和时效敏感性,降低抗大气锈蚀性。

(2)硅:当含量小于1%时,可提高钢材强度,对塑性和韧性影响不明显。硅是我国钢筋用钢材中的主要添加元素。

(3)锰:锰能消减硫和氧引起的热脆性,使钢材的热加工性能改善,同时也可提高钢材强度。

(4)磷:磷是碳素钢中很有害的元素之一。磷含量增加,钢材的强度、硬度提高,塑性和韧性显著下降。特别是温度越低,对塑性和韧性的影响越大,从而显著加大钢材的冷脆性,也使钢材可焊性显著降低。但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性,在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。

(5)硫:硫也是很有害的元素,呈非金属硫化物夹杂物存在于钢中,降低钢材的各种机械性能。硫化物所造成的低熔点使钢材在焊接时易产生热裂纹,形成热脆现象,称为热脆性。硫使钢的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。

(6)氧:氧是钢中有害元素,会降低钢材的机械性能,特别是韧性。氧有促进时效倾向的作用。氧化物所造成的低熔点亦使钢材的可焊性变差。

(7)氮:氮对钢材性质的影响与碳、磷相似,会使钢材强度提高,塑性特别是韧性显著下降。

国家标准《钢筋混凝土用钢》GB1499规定,各牌号钢筋的化学成分和碳当量(熔炼分析)应符合表1A414012-2的规定。 钢筋的成品化学成分允许偏差应符合《钢的成品化学成分允许偏差》GB/T222—2006的规定,碳当量允许偏差为+0.03%。

钢筋的化学成分和碳当量要求  表1A414012-2

牌号

化学成分(质量分数)(%),不大于

C

Si

Mn

P

 

C

HPB300

0.25

0.55

1.50

0.045

0.045

 

HRB400HRBF400HRB400EHRBF400E

0.25

0.80

1.60

0.54

 

 

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