第二章建筑鋼材

第2章建筑鋼材

本章學(xué)習(xí)目標(biāo)了解建筑鋼材的微觀結(jié)構(gòu)及其與性質(zhì)的關(guān)系熟練掌握建筑鋼材的力學(xué)性能（包括強度、彈性及塑性變形，耐疲勞性）的意義，測定方法及影響因素熟悉建筑鋼材的強化機理及強化方法掌握土木工程中常用的建筑鋼材的分類及其選用原則建筑鋼材是最重要,用途最廣泛建筑材料之一。鋼與生鐵的區(qū)分在于含碳量的大小。含碳量小于2.06％的鐵碳合金稱為鋼。含碳量大于2.06％的鐵碳合金稱為生鐵。土木工程鋼材是指用于鋼結(jié)構(gòu)的各種型鋼、鋼板、鋼管和用于鋼筋混凝土中的各種鋼筋、鋼絲等。鋼材是在嚴(yán)格的技術(shù)控制條件下生產(chǎn)的材料，與非金屬材料相比，具有品質(zhì)均勻穩(wěn)定、強度高、塑性韌性好、可焊接和鉚接等優(yōu)異性能。鋼材主要的缺點是易銹蝕、維護費用大、耐火性差、生產(chǎn)能耗大.本章的難點

鋼材的塑性、韌性、耐疲勞性，以及微量組分對鋼材性能的影響。建議在學(xué)習(xí)中需聯(lián)系鋼材的組成結(jié)構(gòu)分析其性能，來理解其應(yīng)用。還需說明的是，除鋼材外，鋁合金近年迅速發(fā)展，對其在土木工程中的應(yīng)用亦應(yīng)有所了解。鋼結(jié)構(gòu)建筑有許多優(yōu)點，與鋼筋混凝土相比，有更好的抗震、防腐、耐久、環(huán)保和節(jié)能效果；可實現(xiàn)構(gòu)架的輕量化和構(gòu)件的大型化，施工亦較為簡便。但同時也存在不少缺點，其中較突出的一點是防火問題。美國紐約的世貿(mào)大廈為鋼結(jié)構(gòu)，2001年9月11日被恐怖主義者襲擊、倒塌，給人們提出了鋼結(jié)構(gòu)防火、防襲擊破壞的新課題。世貿(mào)中心2.1金屬的微觀結(jié)構(gòu)

及鋼材的化學(xué)組成2.1.1金屬的微觀結(jié)構(gòu)概述1.金屬的晶體結(jié)構(gòu)微觀有序,各向異性宏觀無序,各向同性2.金屬晶體結(jié)構(gòu)中的缺陷點缺陷、線缺陷和面缺陷。3.金屬強化的微觀機理為提高強度,可采用改變微觀晶體缺陷的數(shù)量和分布狀態(tài).細(xì)晶強化、固溶強化、彌散強化和變形強化2.1.2鋼材的化學(xué)組成鋼的基本成分是鐵和碳,還有合金元素和雜質(zhì)元素.按化學(xué)成分:碳素鋼和合金鋼碳素鋼:低碳鋼C<0.25%中碳鋼C:0.25%~0.6%高碳鋼C>0.6%合金鋼:低合金鋼:合金鋼元素含量<5%中合金鋼:合金鋼元素含量5%~10%高合金鋼:合金鋼元素含量>10%主要元素的存在形態(tài)及其對鋼材性能的影響碳:鋼材中Fe-C結(jié)合的三中方式:固溶體,化合物,機械混合物由于結(jié)合方式的不同,碳素鋼在常溫下有三中基本組織形式:鐵素體:是碳在α-Fe中的固溶體，由于α-Fe體心立方晶格的原子間空隙小，溶碳能力較差，故鐵素體含碳量很少（小于0.005％），由此決定其塑性、韌性好；但強度、硬度低。滲碳體:為鐵和碳的化合物Fe3C，其含碳量高達6.67％，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，塑性差，性硬脆，是鋼材中的主要強化組分。珠光體:為鐵素體和滲碳體的機械混合物，層狀結(jié)構(gòu)，性能介于鐵素體和滲碳體之間.此外，鋼材在溫度高于723℃時，還存在奧氏體。奧氏體為碳在γ-Fe中的固溶體，溶碳能力較強，高溫時含碳量可達2.06％，低溫下降至0.8％。其強度、硬度不高，但塑性好。鋼處于紅熱狀態(tài)時即存在這種組織，這時鋼易于軋制成型。0.82.0含碳量%鐵素體滲碳體珠光體化學(xué)成分對鋼性能的影響除鐵、碳外，鋼材在冶煉過程中會從原料、燃料中引入一些的其他元素。這些成分可分為兩類：一類能改善優(yōu)化鋼材的性能稱為合金元素，主要有硅(Si)、錳(Mn)、鈦(Ti)、釩(V)、鈮(Nb)等；另一類能劣化鋼材的性能，屬鋼材的雜質(zhì)，主要有氧(O)、硫(S)、氮(N)、磷(P)等。這些成分含量少，但對鋼的性能影響很大。

化學(xué)元素對鋼材性能的影響化學(xué)元素強度硬度塑性韌性可焊性其他碳（C）<1%↑↑↑↓↓↓冷脆性↑硅（Si）>1%↑↓↓↓↓冷脆性↑錳（Mn）↑↑↑↑脫氧、硫劑鈦（Ti）↑↑↑↓↑強脫氧劑釩（V)↑↑時效↓磷（P）↑↑↓↓↓偏析、冷脆↑↑氮（N）↑↑↓↓↓↓冷脆性↑硫（S）↑↓↓氧（O）↑↓↓

其中硅、錳、鈦、釩、鈮等為合金元素。磷、氮、硫、氧等為雜質(zhì)。

硅、錳大部分溶于鐵素體中，當(dāng)硅含量小于1％時，可提高鋼材的強度，對塑性、韌性影響不大；錳一般含量在1％～2％之間，除強化外，能消弱硫和氧引起的熱脆性，且改善鋼材的熱加工性。硅、錳是我國低合金鋼的主要合金元素。鈦是強脫氧劑，釩、鈮是碳化物和氮化物的形成元素，三者皆能細(xì)化晶粒，增加強度，在建筑常用的低合金鋼中，三者為常用合金元素。

磷主要溶于鐵素體中起強化作用，同時可提高鋼材的耐磨、耐蝕性，但塑性、韌性顯著降低，當(dāng)溫度很低時，對后兩者影響更大，磷的偏析傾向強烈。氮溶于鐵素體中或呈氮化物形式存在，對鋼材性質(zhì)影響與C、P相似。二者在低合金鋼中可配合其它元素作為合金元素。硫、氧主要存在于非金屬夾雜物中，降低各種力學(xué)性能，硫化物造成的低溶點使鋼材在焊接時易于產(chǎn)生熱裂紋，顯著降低可焊性，且有強烈的偏析作用；氧有促進時效傾向的作用，氧化物所造成的低溶點亦使鋼的可焊性變壞。

2.2建筑鋼材的主要力學(xué)性能2.2.1抗拉性能2.2.2冷彎性能2.2.3沖擊韌性2.2.4硬度2.2.5耐疲勞性2.2.1抗拉性能抗拉性能是建筑鋼材最重要的技術(shù)性質(zhì)。建筑鋼材的抗拉性能，可用低碳鋼受拉時的應(yīng)力一應(yīng)變圖來闡明，圖中明顯地分為以下四個階段：彈性階段(OA段)屈服階段(AB段)強化階段(BC段)頸縮階段(CD段)彈性階段(OA段)：在OA階段，如卸去荷載，試件將恢復(fù)原狀，表現(xiàn)為彈性變形，與A點相對應(yīng)的應(yīng)力為彈性極限。此階段應(yīng)力與應(yīng)變成正比，即產(chǎn)生單位彈性應(yīng)變時所需的應(yīng)力大小。它是鋼材在受力條件下計算結(jié)構(gòu)變形的重要指標(biāo)。（彈性模量和彈性極限）屈服階段(AB段)：當(dāng)荷載增大，試件應(yīng)力超過A時，應(yīng)變增加的速度大于應(yīng)力增長速度，應(yīng)力與應(yīng)變不再成比例，開始產(chǎn)生塑性變形。圖中B上點是這一階段應(yīng)力最高點，稱為屈服上限，B下點稱為屈服下限。由于B下比較穩(wěn)定易測，因此以它作為材料抗力的指標(biāo)，稱為屈服點或屈服強度，用бs表示。故—般以B下點對應(yīng)的應(yīng)力作為屈服點。鋼材受力達屈服點后，變形即迅速發(fā)展，盡管尚未破壞但已不能滿足使用要求。故設(shè)計中一般以屈服點作為強度取值依據(jù)。

強化階段(BC段)：當(dāng)荷載超過屈服點以后，由了試件內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，抵抗變形能力又重新提高，故稱為強化階段。對應(yīng)于最高點C的應(yīng)力，稱為強度極限或抗拉強度бb。

工程上使用的鋼材，不僅希望具有高的屈服強度，還希望具有一定的屈強比。屈強比越小，鋼材在受力超過屈服點工作時的可靠性越大，結(jié)構(gòu)愈安全。但如果屈強比過小，則鋼材有效利用率太低，造成浪費。常用碳素鋼的屈強比為0.58～0.63，合金鋼為0.65～0.75。頸縮階段(CD段)當(dāng)鋼材強化達到最高點后，在試件薄弱處的截面將顯著縮小，產(chǎn)生“頸縮現(xiàn)象”，由于試件斷面急劇縮小，塑性變形迅速增加，拉力也就隨著下降，最后發(fā)生斷裂。將拉斷后的試件于斷裂處對接在一起，測得其斷后標(biāo)距Ll。標(biāo)距的伸長值與原始標(biāo)距(L0)的百分比稱為伸長率。伸長率δ是衡量鋼材塑性的指標(biāo)，它的數(shù)值越大，表示鋼材塑性越好。良好的塑性，可將結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力(超過屈服點的應(yīng)力)重分布，從而避免結(jié)構(gòu)過早破壞。

δ5和δ10分別表示l0=5d

和l0=10d

時的伸長率。對同一種鋼材δ5>δ10。這是因為鋼材中各段在拉伸的過程中伸長量是不均勻的,頸縮處的伸長率較大，因此當(dāng)原始標(biāo)距l(xiāng)0與直徑d

0之比愈大，則頸縮處伸長值在整個伸長值中的比重愈小，因而計算得的伸長率就愈小。某些鋼材的伸長率是采用定標(biāo)距試件測定的，如標(biāo)距l(xiāng)0=100mm或200mm，則伸長率用δ100或δ200表示。1)若對于變形要求嚴(yán)格的構(gòu)件，Ⅰ、Ⅱ兩種低碳鋼選用誰者更合適。

從Ⅰ、Ⅱ兩條曲線比較可知，低碳鋼Ⅱ的彈性模量E小于低碳鋼Ⅰ，也就是說，低碳鋼Ⅱ的抗變形能力不如低碳鋼Ⅰ。對于變形要求嚴(yán)格的構(gòu)件選用低碳鋼Ⅰ更為合適。

2)使用Ⅰ、Ⅱ兩種鋼材，哪一個安全性較高。

Ⅰ、Ⅱ兩種低碳鋼的屈服強度бs相近，但低碳鋼Ⅰ的抗拉強度бb高于Ⅱ，即其屈強比бs/бb

較小。屈強比值越小，反映鋼材超過屈服點工作時可靠性越大，結(jié)構(gòu)的安全性越高。(當(dāng)然，屈服比過小時，表示鋼材強度的利用率偏低，不合理。Q235鋼材的屈強比為0.58～0.63，普通的合金鋼的屈強比在0.67～0.75之間。)故從安全性考慮:Ⅰ優(yōu)于Ⅱ.

2.2.2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，為鋼材的重要工藝性質(zhì)。鋼材的冷彎性能是以試驗時的彎曲角度(a)和彎心直徑(d)為指標(biāo)表示。鋼材冷彎試驗是通過直徑(或厚度)為a的試件，采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的彎心直徑d(d=na)，彎曲到規(guī)定的角度(180或90)時，檢查彎曲處有無裂紋、斷裂及起層等現(xiàn)象，若無則認(rèn)為冷彎性能合格。鋼材冷彎時的彎曲角度愈大，彎心直徑愈小，則表示其冷彎性能愈好。

鋼材的冷彎性能和其伸長率一樣，也是表明鋼材在靜荷下的塑性，而且冷彎是在苛刻條件下對鋼材塑性的嚴(yán)格檢驗，它能揭示鋼材內(nèi)部組織是否均勻，是否存在內(nèi)應(yīng)力及夾雜物等缺陷。在工程中，冷彎試驗還被用作對鋼材焊接質(zhì)量進行嚴(yán)格檢驗的一種手段。2.2.3沖擊韌性

沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。將有缺口的標(biāo)準(zhǔn)試件放在沖擊試驗機的支座上，用擺錘打斷試件，測得試件單位面積上所消耗的功，作為沖擊韌性指標(biāo)，用沖擊值ak表示,ak值愈大，表明鋼材在斷裂時所吸收的能量越多，則沖擊韌性越好。

鋼材的沖擊韌性越大,鋼材抵抗沖擊荷載的能力越強。ak值與試驗溫度有關(guān)。有些材料在常溫時沖擊韌性并不低，破壞時呈現(xiàn)韌性破壞特征。但當(dāng)試驗溫度低于某值時，ak突然大幅度下降，材料無明顯塑性變形而發(fā)生脆性斷裂，這種性質(zhì)稱為鋼材的冷脆性。鋼的化學(xué)成分及冶煉、加工質(zhì)量都對沖擊韌性能有明顯的影響。例如，鋼中磷、硫含量較高，存在偏析、非金屬夾雜物、氣孔和焊接中形成的微裂紋等，都會使沖擊韌性顯著降低。除此以外，鋼的沖擊韌性受溫度的影響較大，沖擊韌性隨溫度的下降而減小，當(dāng)降到一定溫度范圍時，ak值急劇下降，從而可使鋼材出現(xiàn)脆性斷裂．這種性質(zhì)稱為鋼的冷脆性。所以，在負(fù)溫下使用的鋼材，特別是承受動荷載的重要結(jié)構(gòu)，必須要檢驗其低溫下的沖擊韌性。2.2.4硬度硬度:硬度是衡量鋼的軟硬程度的一個指標(biāo)，它是表示鋼材表面局部體積內(nèi)，抵抗變形或破裂的能力，也即指抵抗其他更硬的物體壓入鋼材表面的能力。測定鋼材硬度的方法很多，建筑鋼材常用的是布氏法，所測硬度稱布氏硬度。布氏硬度是用一定直徑D(mm)的硬質(zhì)鋼球,在規(guī)定荷載P(N)作用下壓入試件表面，并持續(xù)一定時間后卸裁，量出壓痕直徑d(mm)，然后計算每單位壓痕球面積所承受的荷載值，即布氏硬度值(HD)，見圖。2.2.5耐疲勞性

受交變荷載反復(fù)作用，鋼材在應(yīng)力低于其屈服強度的情況下突然發(fā)生脆性斷裂破壞的現(xiàn)象,稱為疲勞破壞。鋼材的疲勞破壞一般是由拉應(yīng)力引起的，首先在局部開始形成細(xì)小斷裂，隨后由于微裂紋尖端的應(yīng)力集中而使其逐漸擴大，直至突然發(fā)生瞬時疲勞斷裂。疲勞破壞是在低應(yīng)力狀態(tài)下突然發(fā)生的，所以危害極大，往往造成災(zāi)難性的事故。

在一定條件下，鋼材疲勞破壞的應(yīng)力值隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而降低（如圖所示）。鋼材在無窮次交變荷載作用下而不至引起斷裂的最大循環(huán)應(yīng)力值，稱為疲勞強度極限，實際測量時常以2×106次應(yīng)力循環(huán)為基準(zhǔn)。鋼材的疲勞強度與很多因素有關(guān)，如組織結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)、合金成分、夾雜物和應(yīng)力集中幾種情況。一般來說，鋼材的抗拉強度高，其疲勞極限也較高。1994年10月21日韓國漢城漢江圣水大橋中段50m長的橋體象刀切一樣墜入江中，造成多人死亡。該橋由韓國最大的建筑公司之一——東亞建設(shè)產(chǎn)業(yè)公司于1979建成。

事故原因調(diào)查團經(jīng)五個多月的各種試驗和研究，于次年4月2日提交了事故報告。事故原因主要有以下兩方面：

a.東亞建筑公司沒有按圖紙施工，在施工中偷工減料，利用疲勞性能很差的劣質(zhì)鋼材，這是事故的直接原因。

b.當(dāng)時韓國縮短工期及漢城市政當(dāng)局在交通管理上疏漏也是大橋倒塌的主要原因。設(shè)計負(fù)載限制為32t，建成后交通流量逐年增加，超常負(fù)荷，倒塌時負(fù)載為43.2t。

2.3鋼材的冷加工強化及時效強化、熱處理和焊接2.3.1鋼材的冷加工強化及時效強化2.3.2鋼材的熱處理2.3.3鋼材的焊接2.3.1鋼材的冷加工強化及時效強化將鋼材于常溫下進行冷拉、冷拔或冷軋，使之產(chǎn)生一定的塑性變形，強度明顯提高，塑性和韌性有所降低，這個過程稱為鋼材的冷加工強化。工程中常對鋼筋進行冷拉或冷拔加工，以期達到提高鋼材強度和節(jié)約鋼材的目的。鋼筋冷拉是在常溫下將其拉至應(yīng)力超過屈服點，但遠(yuǎn)小于抗拉強度時即卸荷。冷拔是將6一8mm的光圓鋼筋，通過一鎢合金拔絲?？锥粡娏?，使其徑向擠壓縮小而縱向伸長。將經(jīng)過冷拉的鋼筋,于常溫下存放15—20d，或加熱到100—200并保持2～3h后，則鋼筋強度將進一步提高，這個過程稱為時效強化.前者稱為自然時效;后者稱為人工時效.通常對強度較低的鋼筋可采用自然時效;

強度較高的鋼筋則需采用人工時效。

鋼材經(jīng)冷加工產(chǎn)生塑性變形后，塑性變形區(qū)域內(nèi)的晶粒產(chǎn)生相對滑移，導(dǎo)致滑移面下的晶粒破碎，品格歪扭畸變，滑移面變得凹凸不平，對晶粒進一步滑移起阻礙作用，亦即提高了抵抗外力的能力，故屈服強度得以提高,抗拉強度基本不變。同時，冷加工強化后的鋼材，由于塑性變形后滑移面減少，從而使其塑性降低，脆性增大，且變形中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使鋼的彈性模量降低。

鋼筋經(jīng)冷拉及時效以后，屈服強度得到進一步提高，且抗拉強度亦有所提高，塑性和韌性則要相應(yīng)降低，彈性模量基本恢復(fù)。2.3.2鋼材的熱處理

退火保溫加熱淬火正火回火溫度時間熱處理是將鋼材在固態(tài)范圍內(nèi)進行加熱、保溫和冷卻,從而改變其金相組織和顯微結(jié)構(gòu)組織,獲得需要性能的一種綜合工藝.退火:將鋼材加熱到一定溫度,保溫后緩慢冷卻(隨爐冷卻)的一種熱處理工藝.其目的是細(xì)化晶粒,改善組織,降低強度,提高塑性,消除組織缺陷和內(nèi)應(yīng)力,防止變形和開裂;正火:是退火的一種特例,兩者僅冷卻速度不同,正火是在空氣中冷卻,正火后鋼的硬度,強度較高,而塑性較小.其目的是細(xì)化晶粒,消除組織缺陷.淬火：是將鋼材加熱到基本組織轉(zhuǎn)變溫度以上，保溫使組織完全轉(zhuǎn)變，即投入水或油中急冷。淬火后的鋼材，強度、硬度提高，脆性增大，塑性和韌性明顯降低?；鼗穑捍慊鸷蟮匿摬闹匦录訜岬侥骋粶囟确秶匾欢〞r間后再緩慢地或較快的冷卻到室溫，該過程稱為回火處理?；鼗鸷蟮匿摬目上齼?nèi)應(yīng)力，硬度降低，恢復(fù)塑性和韌性。回火可分高溫回火、中溫回火和低溫回火?；鼗饻囟扔?，硬度下降愈多，塑性和韌性恢復(fù)愈好。

高溫回火又稱調(diào)質(zhì)處理。2.3.3鋼材的焊接（連接）焊接方式：電弧焊、閃光對焊等。電弧焊：將金屬焊條在電弧的高溫下熔融成鋼水，滴在紅熱的被焊鋼件接縫處，使兩部分的鋼材熔合連成一體。閃光對焊：通過電流把兩根被焊鋼筋的接頭端面加熱到熔融后，立即將其對接加壓而合成一體。鋼材的焊接性能是指在一定的焊接工藝條件下，在焊縫及其附近過熱區(qū)不產(chǎn)生裂紋及硬脆傾向，焊接后鋼材的力學(xué)性能，特別是強度不低于原有鋼材的強度。鋼材的化學(xué)成分對鋼材的可焊性有很大的影響。隨鋼材的含碳量、合金元素及雜質(zhì)元素含量的提高，鋼材的可焊性降低。鋼材的含碳量超過0.25％時，可焊性明顯降低；硫含量較多時，會使焊口處產(chǎn)生熱裂紋，嚴(yán)重降低焊接質(zhì)量。鋼材的焊接須執(zhí)行有關(guān)規(guī)定。1999年１月４日晚６時５０分前后，重慶市綦江縣城跨越綦河（長江支流）兩岸、連接城東城西的人行彩虹橋（形似彩虹而名，系綦江縣形象工程）整體垮塌，４０人遇難，包括１８名年輕武警戰(zhàn)士。

１月８日，經(jīng)事故調(diào)查組調(diào)查，彩虹橋突然垮塌是由兩方面的原因造成的。一是工程質(zhì)量問題：彩虹橋的主要受力拱架鋼管焊接質(zhì)量不合格，存在嚴(yán)重缺陷，個別焊縫并有陳舊性裂痕；鋼管內(nèi)混凝土抗壓強度不足，低于設(shè)計標(biāo)號的三分之一；連接橋梁、橋面和拱架的拉索、錨具和鎦片嚴(yán)重銹蝕。二是工程承發(fā)包不合法：到８日止，事故調(diào)查組找不到工程設(shè)計專用章，設(shè)計手續(xù)不全，實際上是私人設(shè)計。施工承包者是一個掛靠國有的個體業(yè)主，其組織的施工隊伍不具備進行市政工程建設(shè)的技術(shù)力量和設(shè)備，不具有合法的市政工程施工資質(zhì)。工作人員正在對橋面進行分解切割工作人員正在對橋面進行分解切割2000年12月18日綦江新虹橋，新虹橋為X型鋼筋混凝土人行拱橋，全長160米，凈跨130米，寬7.5米，工程總造價800萬人民幣重慶南門大橋位于宜賓城內(nèi)的長江(長江上游也稱金沙江)上，連引橋在內(nèi)，大橋全長約1000米左右，主橋橫跨度500余米，是一座提籃式跨江大橋。2001年11月8日凌晨４點３０分左右，橫跨金沙江的宜賓南門大橋兩端斷裂，造成至少２輛客車和一輛貨車墜入江中，客車中有３名駕乘人員死亡和失蹤，貨車傷亡情況不明，宜賓市南北交通和對外通訊一度中斷。四川省一些橋梁專家和工程設(shè)計人員在橋梁的斷裂處進行了現(xiàn)場勘查，發(fā)現(xiàn)坍塌斷裂之處露出一層薄薄的鋼筋網(wǎng)，懸吊的承重鋼管中露出了銹跡斑斑的鋼纜。據(jù)現(xiàn)場一位工程人員說，讓人不可思議的是，那承重鋼纜是裝在鋼管中且加了防銹油的，怎么會生銹？

據(jù)宜賓市曾參加過瀘州大橋、岷江大橋、馬鳴溪大橋施工的吳工程師講，這種動態(tài)式的懸吊式設(shè)計很可能有問題。從南門大橋斷裂的狀況看，兩邊的斷裂處都是在主橋與引橋的結(jié)合點，恰恰也是吊橋動態(tài)與靜態(tài)的結(jié)合點。因受力不均，一邊垮塌后，使橋面的支撐力發(fā)生波浪形擺動，造成另一邊也垮塌。吳工程師還說，從現(xiàn)場看橋的伸縮縫過大，部分施工材料不合格也是造成橋面斷裂的原因之一。

其他連接方式：套筒擠壓接頭錐螺紋接頭直螺紋接頭綁扎等2.4鋼材的防火和防腐蝕2.4.1鋼材的防火在建筑結(jié)構(gòu)中，鋼材均在常溫下工作，如遇高溫或火災(zāi)，鋼材性能將發(fā)生明顯改變（下降），主要表現(xiàn)為強度下降，承載力降低。因此，在鋼結(jié)構(gòu)和高層建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)采取預(yù)防包覆措施，包括設(shè)置防火板或涂刷防火涂料；在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋應(yīng)有一定厚度的保護層。鋼材防火保護層對構(gòu)件耐火極限的影響構(gòu)件名稱規(guī)格（mm）保護層厚度（mm）耐火極限（h）砼空心板3300*600*180100.93300*600*200301.5預(yù)應(yīng)力砼空心板3300*600*90100.43300*600*110300.85無保護層鋼柱00.25砂漿保護層鋼柱501.35防火涂料保護層鋼柱252無保護層鋼梁00.25防火涂料保護層鋼梁151.52.4.2鋼材的銹蝕與防止1.鋼材銹蝕的主要原因

化學(xué)腐蝕：鋼材與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；

電化學(xué)腐蝕：金屬在潮濕氣體及導(dǎo)電液體中，由于電子流動而引起的腐蝕；

應(yīng)力腐蝕：鋼材在應(yīng)力狀態(tài)下腐蝕加快的現(xiàn)象。2.防止鋼材腐蝕的措施（1）采用耐候鋼耐候鋼即耐大氣腐蝕鋼。耐候鋼是在碳素鋼和低合金鋼中加入少量銅、鉻、鎳、鉬等合金元素而制成。這種鋼在大氣作用下，能在表面形成一種致密的防腐保護層，起到耐腐蝕作用，同時保持鋼材良好的焊接性能。耐候鋼的強度級別與常用碳素鋼和低合金鋼一致，技術(shù)指標(biāo)也相近，但其耐腐蝕能力卻高出數(shù)倍。（2）金屬覆蓋

用耐腐蝕性好的金屬，以電鍍或噴鍍的方法覆蓋在鋼材表面，提高鋼材的耐腐蝕能力。常用的方法有：鍍鋅（如白鐵皮）、鍍錫（如馬口鐵）、鍍銅和鍍鉻等。根據(jù)防腐的作用原理可分為陰極覆蓋和陽極覆蓋。

A.

陰極覆蓋采用電位比鋼材高的金屬覆蓋，如鍍錫。所蓋金屬膜僅為機械地保護鋼材，當(dāng)保護膜破裂后，反而會加速鋼材在電解質(zhì)中的腐蝕。

B.

陽極覆蓋采用電位比鋼材低的金屬覆蓋，如鍍鋅，所覆金屬膜因電化學(xué)作用而保護鋼材。（3）非金屬覆蓋在鋼材表面用非金屬材料作為保護膜，與環(huán)境介質(zhì)隔離，以避免或減緩腐蝕。如噴涂涂料、搪瓷和塑料等。涂料通常分為底漆、中間漆和面漆。底漆要求有比較好的附著力和防銹能力，中間漆為防銹漆，面漆要求有較好的牢度和耐候性以保護底漆不受損傷或風(fēng)化。一般應(yīng)用為兩道底漆（或一道底漆和一道中間漆）與兩道面漆，要求高時可增加一道中間漆或面漆。使用防銹涂料時，應(yīng)注意鋼構(gòu)件表面的除銹以及低漆、中間漆和面漆的匹配。常用底漆有：紅丹底漆、環(huán)氧富鋅漆、云母氧化底漆、鐵紅環(huán)氧低漆等。中間漆有：紅丹防銹漆、鐵紅防銹漆等。面漆有：灰鉛漆、醇酸磁漆和酚醛磁漆等。（4）混凝土用鋼筋的防銹在正常的混凝土中pH值約為12，這時在鋼材表面能形成堿性氧化膜（鈍化膜），對鋼筋起保護作用。若混凝土碳化后，由于堿度降低（中性化）會失去對鋼筋的保護作用。此外，混凝土中氯離子達到一定濃度，也會嚴(yán)重破壞表面的鈍化膜。

為防止鋼筋銹蝕，應(yīng)保證混凝土的密實度以及鋼筋外側(cè)混凝土保護層的厚度，在二氧化碳濃度高的工業(yè)區(qū)采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，限制含氯鹽外加劑摻量并使用混凝土用鋼筋防銹劑。預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)禁止使用含氯鹽的骨料和外加劑。鋼筋涂覆下氧樹脂或鍍鋅也是一種有效的防銹措施。2.5建筑鋼材的品種與選用2.5.1建筑鋼材的主要鋼種2.5.2常用建筑鋼材2.5.1建筑鋼材的主要鋼種1.碳素結(jié)構(gòu)鋼國家標(biāo)準(zhǔn)GB700-88《碳素結(jié)構(gòu)鋼》中規(guī)定，牌號由代表屈服點的字母、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法等四部分按順序組成。其中以“Q”代表屈服點；屈服點數(shù)值共分195MPa、215MPa、235MPa、255MPa和275Mpa五種；質(zhì)量等級以硫、磷等雜質(zhì)含量由多到少，分別為A、B、C、D符號表示；

脫氧方法以F表示沸騰鋼、b表示半鎮(zhèn)靜鋼、Z、TZ表示鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼，Z和TZ在鋼的牌號中予以省略。隨著牌號的增大，對鋼材屈服強度和抗拉強度的要求增大，對拉長率的要求降低。脫氧程度：F、b、Z、TZ質(zhì)量等級：A、B、C、D屈服強度值：195、215、235、255、275屈服的代號：Q碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號和化學(xué)成分應(yīng)符合表2.1規(guī)定。碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能、牌號、等級指標(biāo)見表2.2。其冷彎性能指標(biāo)見表2.3。例如：Q235－A·F表示屈服點為235MPa的A級沸騰碳素結(jié)構(gòu)鋼。隨著牌號的增大，其含碳量增加，強度提高，塑性和韌性降低，冷彎性能逐漸變差。同一鋼號內(nèi)質(zhì)量等級越高，鋼材的質(zhì)量越好，如Q235-C、Q235-D級優(yōu)于Q235-A、Q235-B級。鋼結(jié)構(gòu)中，主要應(yīng)用的是碳素鋼Q235。還有其它幾種碳素結(jié)構(gòu)鋼常用于土木工程中。

Q195——強度不高，塑性、韌性、加工性能與焊接性能較好，主要用于軋制薄板和盤等。Q215——與Q195鋼基本相同，其強度稍高，大量用做管坯、螺栓等。Q235——強度適中，有良好的承載性，又具有較好的塑性和韌性，可焊性和可加工性也較好，是鋼結(jié)構(gòu)常用的牌號，大量制作成鋼筋、型鋼和鋼板用于建造房屋和橋梁等。Q235良好的塑性可保證鋼結(jié)構(gòu)在超載、沖擊、焊接、溫度應(yīng)力等不利因素作用下的安全性，因而Q235能滿足一般鋼結(jié)構(gòu)用鋼的要求Q235-A一般用于只承受靜荷載作用的鋼結(jié)構(gòu)。

Q235-B適合用于承受動荷載焊接的普通鋼結(jié)構(gòu)，

Q235-C適合用于承受動荷載焊接的重要鋼結(jié)構(gòu)，

Q235-D適合用于低溫環(huán)境使用的承受動荷載焊接的重要鋼結(jié)構(gòu)。Q255——強度高、塑性和韌性稍差，不易冷彎加工，可焊性較差，主要用做鉚接或栓接結(jié)構(gòu)，以及鋼筋混凝土的配筋。Q275——強度、硬度較高，耐磨性較好，但塑性、沖擊韌性和可焊性差，不宜在建筑結(jié)構(gòu)中使用，主要用于制造軸類、農(nóng)具、耐磨零件和墊板等。2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T699-1999《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》的規(guī)定，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)錳含量的不同可分為：普通錳含量（錳含量<0.8％）鋼和較高錳含量（錳含量0.7％～1.2％）鋼兩組。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的鋼材一般以熱軋狀態(tài)供應(yīng)，硫、磷等雜質(zhì)含量比普通碳素鋼少，其他缺陷限制也較嚴(yán)格，所以性能好，質(zhì)量穩(wěn)定。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字表示，它表示鋼中平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)。如45號鋼，表示鋼中平均含碳量為0.45％。數(shù)字后若有“錳”字或“Mn”，則表示屬較高錳含量的鋼，否則為普通錳含量鋼。如35Mn表示平均含碳量0.35％，含錳量為0.7％～1.0％。若是沸騰鋼或半鎮(zhèn)靜鋼，還應(yīng)在牌號后面加“沸”（或F）或“半”（或b）。優(yōu)質(zhì)碳素鋼的性能主要取決于含碳量。含碳量高，則強度高，但塑性和韌性降低。在建筑工程中，30～45號鋼主要用于重要結(jié)構(gòu)的鋼鑄件和高強度螺栓等，45號鋼用做預(yù)應(yīng)力混凝土錨具，65～80號鋼用于生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線。3.低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號的表示方法為：屈服強度－質(zhì)量等級，它以屈服強度劃分成五個等級：Ｑ295、Q345、Q390、Q420、Q460，質(zhì)量也分為五個等級：E、D、C、B、A。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB1591-94《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》規(guī)定了各牌號的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分（見表2.4)、力學(xué)性能(見表2.5)。由于合金元素的強化作用，使低合金結(jié)構(gòu)鋼不但具有較高的強度，且具有較好的塑性、韌性和可焊性。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，特別是大型結(jié)構(gòu)、重型結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑、橋梁工程、承受動力荷載和沖擊荷