鋼材在靜載作用下什麼階段

A. 土木工程材料混凝土知識點

1. 土木工程材料彭小芹知識點
土木工程材料彭小芹知識點 1.土木工程材料重點
土木工程材料的基本知識、土木工程材料用鋼材和鋁合金、木材、砌築材料、氣硬性無機膠凝材料、水泥、建築砂漿、混凝土、前言

緒論

重點知識提要

習題與解答

第一章 土木工程材料的基本性質

重點知識提要

習題與解答

第二章 氣硬性無機膠凝材料

重點知識提要

習題與解答

第三章 水泥

重點知識提要

習題與解答

第四章 混凝土

重點知識提要高分子建築材料、瀝青與瀝青混合料、建築功能材料等
2.岩土工程師考試土木工程材料知識點有哪些
1。

硅酸鹽水泥凝結時間是多少？（硅酸鹽水泥初凝時間不得早於45min，終凝時間不得遲於6h 30min） 2。目前所用的牆體材料有哪些種類？（磚、砌塊、板材和材石等） 3。

常用的五大水泥是哪五個？（硅酸鹽水泥、普通水泥、礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、復合水泥） 4。 混凝土的和易性和砂漿的和易性？和易性不良的混凝土會出現什麼情況？（出現分層離析、泌水、？） 5。

石油瀝青三組分和四組分分析方法把瀝青分為哪幾個組分，各組分的作用，瀝青的主要性質有哪些，在實驗室內通常用什麼方法測試？ 三組分：分離為油分、樹脂和瀝青質三個組分。 各組分作用性質P172 四組分：分離為瀝青質、飽和分、芳香分和膠質四組分。

各組分作用性質P174 6。混凝土主要有有哪些變形？混凝土的耐久性包括什麼內容？ （1）化學變形。

（2）干濕變形。 （3）溫度變形。

（4）混凝土在短期荷載作用下的變形。 （5）混凝土在長期荷載作用下的變形——徐變。

P118-120 耐久性是混凝土在使用環境下抵抗各種物理和化學作用破壞的能力。混凝土的耐久性直接影響結構物的安全性和使用性能。

耐久性包括抗滲性、抗凍性、抗化學侵蝕和鹼集料反應及混凝土中的鋼筋銹蝕等。 P121 8。

硅酸鹽水泥的主要礦物有哪些，其對強度，水化熱的貢獻有多大？其反應速度大小關系。其反應後的產物又是什麼？ ①硅酸三鈣（簡稱C3S）②硅酸二鈣（簡稱C2S）③鋁酸三鈣（簡稱C3A）④鐵鋁酸四鈣（簡稱C4AF）⑤其它凱李礦物組成——少量的游離氧化鈣和游離氧化鎂及少量的鹼（氧化鈉和氧化鉀）。

（1）C3S ？ 硅酸三鈣在常溫下的水化反應生成水化硅酸鈣（C-S-H凝膠）和氫氧化3CaO·SiO2+n H2O=x CaO·SiO2·yH2O+(3-x)Ca(OH)2 ? C3S在最初四個星期內強度發展迅速，它實際上決定著硅酸鹽水泥四個星期以內的強度；C3S的水化熱較多，其含量也最多，故它放出的熱量最多。 （2） C2S ？ β-C2S的水化與C3S相似，只不過水化速度慢而已。

2CaO·SiO2+n H2O=x CaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2 所形成的水化硅盯晌遲酸鈣在C/S和形貌方面與C3S水化生成的都無大區別，故也稱為C-S-H凝膠。 C2S的硬化速度慢，在大約4個星期後才發揮其強度作用，約一年左右達到C3S四個星期的發揮程度；而其水化熱少。

（3） C3A ？ 鋁酸三鈣的水化迅速，放熱快。 ？其水化謹笑產物組成和結構受液相CaO濃度和溫度的影響很大，先生成介穩狀態的水化鋁酸鈣，最終轉化為水石榴石（C3AH6）。

在有石膏的情況下，C3A水化的最終產物與起石膏摻入量有關。最初形成的三硫型水化硫鋁酸鈣，簡稱鈣礬石，常用AFt表示。

若石膏在C3A完全水化前耗盡，則鈣礬石與C3A作用轉化為單硫型水化硫鋁酸鈣（AFm）。 ? C3A硬化速度最快，但強度低，其對硅酸鹽水泥在1~3 d或稍長的時間內的強度起到一定作用；C3A的水化熱多。

（4）C4AF ？ 水泥熟料中鐵相固溶體可用C4AF作為代表。它的水化速率比C3A略慢，水化熱較低，即使單獨水化也不會引起快凝。

其水化反應及其產物與C3A很相似。 ？ C4AF的硬化速度也較快，但強度低，其對硅酸鹽水泥的強度貢獻小。

9。 瀝青摻配要注意什麼問題？ 在進行摻配時，為了不使摻配後的瀝青膠體結構破壞，應選用表面張力相近和化學性質相似的瀝青。

摻配瀝青一般是指以同種瀝青的不同標號按一定比例互相摻配而製成的瀝青。施工中，若採用一種瀝青不能滿足配製瀝青膠所要求的軟化點時，可採用兩種或三種瀝青進行摻配。

一般認為摻配時要注意同源，即用同屬石油瀝青或同屬煤瀝青來摻配。 10。

低碳鋼受拉至斷裂經歷哪些過程，各過程里的主要參數及意義。例如強屈比代表什麼？ （1）彈性階段。

應力與應變之比為常數，稱為彈性模量，即E=б/ε。這個階段的最大應力稱為比例極限бp。

彈性模量反映了材料受力時抵抗彈性變形的能力，即材料的剛度，它是鋼材在靜荷載作用下計算結構變形的一個重要指標。（2）屈服階段。

這一階段的最大、最小應力分別稱為上屈服點和下屈服點。由於下屈服點的數值較為穩定，因此以它作為材料抗力的指標，稱為屈服點或屈服強度，用бs表示。

（3）強化階段。鋼材受拉斷裂前的最大應力值稱為強度極限或抗拉強度бb。
3.請問在土木工程"中間柱"的定義是什麽
土木工程是建造各類工程設施的科學技術的統稱。它既指所應用的材料、設備和所進行的勘測、設計、施工、保養維修等技術活動；也指工程建設的對象，即建造在地上或地下、陸上或水中 ，直接或間接為人類生活、生產、軍事、科研服務的各種工程設施，例如房屋、道路、鐵路、運輸管道、隧道、橋梁、運河、堤壩、港口、電站、飛機場、海洋平台、給水和排水以及防護工程等。

建造工程設施的物質基礎是土地、建築材料、建築設備和施工機具。藉助於這些物質條件，經濟而便捷地建成既能滿足人們使用要求和審美要求，又能安全承受各種荷載的工程設施，是土木工程學科的出發點和歸宿。

土木工程歷史上的三次飛躍

對土木工程的發展起關鍵作用的，首先是作為工程物質基礎的土木建築材料，其次是隨之發展起來的設計理論和施工技術。每當出現新的優良的建築材料時，土木工程就 會有飛躍式的發展。

人們在早期只能依靠泥土、木料及其它天然材料從事營造活動，後來出現了磚和瓦這種人工建築材料，使人類第一次沖破了天然建築材料的束縛。中國在公元前十一世紀 的西周初期製造出瓦。最早的磚出現在公元前五世紀至公元前三世紀戰國時的墓室中。磚和瓦具有比土更優越的力學性能，可以就地取材，而又易於加工製作。

B. 從鋼材的力學性能和工藝性能要求,分析如何評定建築鋼材的質量.

建築鋼材的力學性能有：抗拉性能、沖擊韌性、耐疲勞性
建築鋼材的工藝性能有：冷彎性能、可焊性能

1. 抗拉性能

低碳鋼拉伸時的應力－應變圖 硬鋼應力－應變圖

抗拉性能是建築鋼材最重要的力學性能。鋼材受拉時，在產生應力的同時，相應地產生應變。應力和應變的關系反映出鋼材的主要力學特徵。從低碳鋼（軟鋼）的應力-應變關系中可看出，低碳鋼從受拉到拉斷，經歷了四個階段：彈性階段（OA）、屈服階段(AB)、強化階段(BC)和頸縮階段(CD)。

⑴ 彈性階段

在圖中OA段，應力較低，應力與應變成正比例關系，卸去外力，試件恢復原狀，無殘余形變，這一階段稱為彈性階段。彈性階段的最高點（A點）所對應的應力稱為彈性極限，用σp表示，在彈性階段，應力和應變的比值為常數稱為彈性模量，用E表示，即E=σ/ε。

⑵ 屈服階段

當應力超過彈性極限後，應變的增長比應力快，此時，除產生彈性變形外，還產生塑性變形。當應力達到B上點時，即使應力不再增加，塑性變形仍明顯增長，鋼材出現了「屈服」現象，這一階段稱為屈服階段。在屈服階段中，應力會有波動，出現上屈服點（B上）和下屈服點(B下)。由於下屈服點比較比較穩定且容易測定，因此，採用下屈服點對應的應力作為鋼材的屈服極限（σS）或屈服強度。

鋼材受力達到屈服強度後，變形迅速增長，盡管尚未斷裂，已不能滿足使用要求，故結構設計中以屈服強度作為容許應力取值的依據。

⑶ 強化階段

在鋼材屈服到一定程度後，由於內部晶格扭曲、晶粒破碎等原因，阻止了塑性變形的進一步發展，鋼材抵抗外力的能力重新提高，在應力－應變圖上，曲線從B點開始上升直至最高點C，這一過程稱為強化階段；

對應於最高點C的應力稱為抗拉強度（σb）。它是鋼材所承受的最大拉應力。常用低碳鋼的抗拉強度為375～500MPa。

條件屈服點： 某些合金鋼或含碳量高的鋼材（如預應力混凝土用鋼筋和鋼絲）具有硬鋼的特點，其抗拉強度高，無明顯屈服階段，伸長率小。

故採用產生殘余變形為0.2％原標距長度時的應力作為屈服強度，稱為條件屈服點，用δ0.2表示。

強屈比：抗抗拉強度與屈服強度之比（強屈比）σb/σS，是評價鋼材使用可靠性的一個參數。強屈比愈大，鋼材受力超過屈服點工作時的可靠性越大，安全性越高，但是，強屈比太大，鋼材強度的利用率偏低，浪費材料。鋼材的強屈比一般不低於1.2，用於抗震結構的普通鋼筋實測的強屈比應不低於1.25。

⑷ 頸縮階段

在鋼材達到C點後，試件薄弱處的斷面將顯著減小，塑性變形急劇增加，產生「頸縮」現象而斷裂（圖8－3）。

鋼材的塑性通常用拉伸試驗時的伸長率或斷面收縮率來表示。

伸長率：將拉斷後試件拼合起來，測量出標距長度l1,l1與試件受力前的原標距l0之差為塑性變形值，它與原標距l0之比為伸長率δ，按下式計算：
式中 δ——伸長率；

l0——試件原始標距長度，mm；

l1——斷裂試件拼合後標距長度，mm；

斷面收縮率：是指斷口處的面積收縮量與原面積之比
試件拉伸前和斷裂後標距的長度

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，以試驗時的彎曲角度α和彎心直徑d為指標表示。

鋼材的冷彎試驗是通過直徑(或厚度)為a的試件，採用標准規定的彎心直徑d（d = na，n為整數），彎曲到規定的角度時（180°或90°），檢查彎曲處有無裂紋、斷裂及起層等現象。若沒有這些現象則認為冷彎性能合格。鋼材冷彎時的彎曲角度α越大，d/a越小，則表示冷彎性能越好。

3. 沖擊韌性

鋼材的沖擊韌性是處在簡支梁狀態的金屬試樣在沖擊負荷作用下折斷時的沖擊吸收功。鋼材的沖

擊韌性與鋼材的化學成分、組織狀態，以及冶煉、加工都有關系。例如，鋼材中磷、硫含量較高，存在偏析、非金屬夾雜物和焊接中形成的微裂紋等都會使沖擊韌性顯著降低。

沖擊韌性隨溫度的降低而下降，其規律是：開始下降緩和，當達到一定溫度范圍時，突然下降很多而呈脆性，這種性質稱為鋼材的冷脆性；

4. 耐疲勞性

受交變荷載反復作用時，鋼材在應力低於其屈服強度的情況下突然發生脆性斷裂破壞的現象，稱為疲勞破壞。疲勞破壞是在低應力狀態下突然發生的，所以危害極大，往往造成災難性的事故。

在一定條件下，鋼材疲勞破壞的應力值隨應力循環次數的增加而降低。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應力值，稱為疲勞強度極限，實際測量時常以2×106次應力循環為基準。一般來說，鋼材的抗拉強度高，其疲勞極限也較高。

5.焊接性能

焊接是把兩塊金屬局部加熱，並使其接縫部分迅速呈熔融或半熔融狀態，而牢固的連接起來。它是鋼結構的主要連接形式。建築工程的鋼結構中，焊接結構要佔90％以上。
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不產生裂紋及硬脆傾向，焊接後鋼材的力學性能，特別是強度不低於原有鋼材的強度。
鋼材的化學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，會使焊口處產生熱裂紋，嚴重降低焊接質量。

C. 鋼材力學性質有哪些

屈服強度和抗拉強度。

鋼材的技術性質——力學性能
1．抗拉性能
抗拉性能是鋼材最主要的技術性能，通過拉伸試驗可以測得屈服強度、抗拉強度和伸長率，這些是鋼材的重要技術性能指標。
低碳鋼的抗拉性能可用受拉時的應力一應變圖來闡明。
低碳鋼從受拉到拉斷，經歷了如下四個階段：
(1)彈性階段
oa為彈性階段。在oa范圍內，隨著荷載的增加，應力和應變成比例增加。如卸去荷載，則恢復原狀，這種性質稱為彈性。oa是一直線，在此范圍內的變形，稱為彈性變形。a點所對應的應力稱為彈性極限，用σP表示。在這一范圍內，應力與應變的比值為一常量，稱為彈性模量，用E表示，即 。彈性模量反映了鋼材的剛度。是鋼材在受力條件下計算結構變形的重要指標。碳素結構鋼Q235的彈性模量E=(2.0～2.1)×105MPa，彈性極限σP=(180～200)MPa。
(2)屈服階段
ab為屈服階段。在ab曲線范圍內，應力與應變不能成比例變化。應力超過σP後，即開始產生塑性變形。應力到達Reh之後，變形急劇增加，應力則在不大的范圍內波動，直到b點止。Reh點是上屈服強度，ReL點是下屈服強度，ReL也可稱為屈服極限，當應力到達ReL時，鋼材抵抗外力能力下降，發生「屈服」現象。ReL是屈服階段應力波動的次低值，它表示鋼材在工作狀態允許達到的應力值，即在ReL之前，鋼材不會發生較大的塑性變形。故在設計中一般以下屈服強度作為強度取值的依據。碳素結構鋼Q235的ReL應不小於235MPa。
(3)強化階段
bc為強化階段。過b點後，抵抗塑性變形的能力又重新提高，變形發展速度比較快，隨著應力的提高而增加。對應於最高點C的應力，稱為抗拉強度，用Rm表示， (Fm為c點時荷載，S0為試件受力截面面積)。
抗拉強度不能直接利用，但下屈服強度和抗拉強度的比值(即屈強比ReL／Rm)卻能反映鋼材的安全可靠程度和利用率。屈強比越小，表明材料的安全性和可靠性越高，材料不易發生危險的脆性斷裂。如果屈強比太小，則利用率低，造成鋼材浪費。碳素結構鋼Q235的Rm應不小於375MPa，屈強比在0.58～0.63之間。
對於在外力作用下屈服現象不明顯的硬鋼類，規定產生殘余變形為0.2%L0時的應力作為屈服強度，用 表示。
(4)頸縮階段
cd為頸縮階段。過C點，材料抵抗變形的能力明顯降低。在cd范圍內，應變迅速增加，而應力則反而下降，變形不能再是均勻的。鋼材被拉長，並在變形最大處發生「頸縮」，直至斷裂。
將拉斷的鋼材拼合後，測出標距部分的長度，便可按下式求得其斷後伸長率A：
式中 L0——試件原始標距長度，mm；
Lu——試件拉斷後標距部分的長度，mm。
以A和 分別表示L0=5d0和L0=10d0時的斷後伸長率，d0為試件的原直徑或厚度。對於同一鋼材，A大於 。
伸長率反映了鋼材的塑性大小，在工程中具有重要意義。塑性大，鋼質軟，結構塑性變形大，影響使用。塑性小，鋼質硬脆，超載後易斷裂破壞。塑性良好的鋼材，偶爾超載、產生塑性變形，會使內部應力重新分布，不致由於應力集中而發生脆斷。

2．沖擊韌性
沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載作用的能力。
鋼材的沖擊韌性是用標准試件(中部加工有V型或U型缺口)，在擺錘式沖擊試驗機上進行沖擊彎曲試驗後確定，試件缺口處受沖擊破壞後，以缺口底部處單位面積上所消耗的功，即為沖擊韌性指標，用沖擊韌性值ak(J／cm2)表示。ak越大，表示沖斷試件時消耗的功越多，鋼材的沖擊韌性越好。
鋼材進行沖擊試驗，能較全面地反映出材料的品質。鋼材的沖擊韌性對鋼的化學成分、組織狀態、冶煉和軋制質量，以及溫度和時效等都較敏感。

3．耐疲勞性
鋼材在交變荷載反復作用下，在遠小於抗拉強度時發生突然破壞，這種破壞叫疲勞破壞。疲勞破壞的危險應力用疲勞極限或疲勞強度表示。它是指鋼材在交變荷載作用下，於規定的周期基數內不發生斷裂所能承受的最大應力。
鋼材耐疲勞強度的大小與內部組織、成分偏析及各種缺陷有關。同時鋼材表面質量、截面變化和受腐蝕程度等都影響其耐疲勞性能。

4．硬度
表示鋼材表面局部體積內，抵抗外物壓入產生塑性變形的能力，是衡量鋼材軟硬程度的一個指標。
測定鋼材硬度的方法有布氏法、洛氏法和維氏法。常用的是布氏法和洛氏法。

D. 求Q235A鋼材質量證明書

2．1 對鋼結構用材的要求 國民經濟各部門幾乎都需要鋼材，但由於各自用途的不同，所需鋼材性能各異。如有的機器零件需要鋼材有較高的強度，耐磨性和中等的韌性；有的石油化工設備需要鋼材具有耐高溫性能；機械加工的切削工具，需要鋼材有很高的強度和硬度等等。因此，雖然碳素鋼有一百多種，合金鋼有三百多種，符合鋼結構性能要求的鋼材只有碳素鋼及合金鋼中的少數幾種。 用作鋼結構的鋼材必須具有下列性能： 1．較高的強度。即抗拉強度fu和屈服點fy比較高。屈服點高可以減小截面，從而減輕自重，節約鋼材，降低造價。抗拉強度高，可以增加結構的安全保障。 2．足夠的變形能力。即塑性和韌性性能好。塑性好則結構破壞前變形比較明顯從而可減少脆性破壞的危險性，並且塑性變形還能調整局部高峰應力，使之趨於平緩。韌性好表示在動荷載作用下破壞時要吸收比較多的能量，同樣也降低脆性破壞的危險程度。對採用塑性設計的結構和地震區的結構而言，鋼材變形能力的大小具有特別重要的意義。 3．良好的加工性能。即適合冷、熱加工，同時具有良好的可焊性，不因這些加工而對強度，塑性及韌性帶來較大的有害影響。 此外，根據結構的具體工作條件，在必要寸還應該具有適應低溫、有害介質侵蝕(包括大氣銹蝕)以及重復荷載作用等的性能。 在符合上述性能的條件下，同其他建築材料一樣，鋼材也應該容易生產，價格便宜。 《鋼結構設計規范》(GB50017—2002)推薦的普通碳素結構鋼Q235鋼和低合金高強度結構鋼Q345、Q390及Q420是符合上述要求的。選用GB50017規范還未推薦的鋼材時，需有可靠依據。以確保鋼結構的質量。 2．2 鋼材的主要性能及其鑒定 2．2．1 單向拉伸時的工作性能 鋼材在常溫、靜載條件下一次拉伸所表現的性能最具有代表性，拉伸試驗也比較容易進行，並且便於規定標準的試驗方法和多項性能指標。所以，鋼材的主要強度指標和變形性能都是根據標准試件一次拉伸試驗確定的。 低碳鋼和低合金鋼(含碳量和低碳鋼相同)一次拉伸時的應力-應變曲線示於圖2-1(a)，簡化的光滑曲線示於圖2—1(b)。由應力—應變規律示出的各種力學性能指標如下。 比例極限σP 這是應力-應變圖中直線段的最大應力值。嚴格地說，比σP略高處還有彈性極限，但彈性極限與σP極其接近，所以通常略去彈性極限的點，把σP看做是彈性極限。這樣，應力不超過σP時，應力與應變成正比關系，即符合虎克定律，且卸荷後變形完全恢復。這一階段，是圖2-1(a)中的彈性階段 OA。 材料的比例極限與焊接構件整體試驗所得的比例極限，往往有差別，這是因構件中殘余應力的影響所致。構件應力超過比例極限後，變形模量z，逐漸下降，對構件剛度有不利影響。 屈服點σy 應變ε在σP之後不再與應力成正比，而是漸漸加大，應力-應變間成曲線關系，一直到屈服點。這一階段，是圖2-1(b)中的彈塑性階段AB。圖2—1(b)中B點的應力為屈服點σy，在此之後應力保持不變而應變持續發展，形成水平線段即屈服平台BC。這是塑性流動階段。 應力超過σP以後，任一點的變形中都將包括有彈性變形和塑性變形兩部分，其中的塑性變形在卸載後不再恢復，故稱殘余變形或永久變形。 σP與σy之間是簡化了的光滑曲線(圖2-1b)，這樣便於應用。實際上，由於載入速度及試件狀況等試驗條件的不同，屈服開始時總是形成曲線的上下波動，波動最高點稱上屈服點，最低點稱下屈服點。下屈服點的數值對試驗條件不敏感，並形成穩定的水平線，所以計算時以下屈服點作為材料抗力的標准(用符號fy表示)。 屈服點是建築鋼材的一個重要力學特性。其意義在於以下兩個方面： 1．作為結構計算中材料強度標准，或材料抗力標准。應力達到σy時的應變 (約為ε=0．15％)與σP時的應變(約為ε=0.1％)較接近，可以認為應力達到σy時為彈性變形的終點。同時，達到σy後在一個較大的應變范圍內(約從ε= 0．15％到ε=2．5％)應力不會繼續增加，表示結構一時喪失繼續承擔更大荷載的能力，故此以σy作為彈性計算時強度的標准。 2.形成理想彈塑性體的模型，為發展鋼結構計算理論提供基礎。σy之前，鋼材近於理想彈性體，σy之後，塑性應變范圍很大而應力保持不增長，所以接近理想塑性體。因此，可以用兩根直線的圖形(圖2-1b中的OA′F)作為理想彈塑性體的應力—應變模型。鋼結構設計規范對塑性設計的規定，就以材料是理想彈塑性體的假設為依據，忽略了應變硬化的有利作用。 有屈服平台並且屈服平台末端的應變比較大，這就有足夠的塑性變形來保證截面上的應力最終都達到σy。因此一般的強度計算中不考慮應力集中和殘余應力。在拉桿中截面的應力按均勻分布計算，即以此為基礎。 低碳鋼和低合金鋼有明顯的屈服點和屈服平台(圖2-1a)。而熱處理鋼材 (如σy高達690N／mm2的美國A514鋼)，它可以有較好的塑性性質但沒有明顯的屈服點和屈服平台，應力應變曲線形成一條連續曲線。對於沒有明顯屈服點的鋼材，規定永久變形為ε=0．2％時的應力作為屈服點，有時用σ0.2表示。為了區別起見，把這種名義屈服點稱作屈服強度(圖2-2)。生產試驗時為了簡單易行，也可以用與ε=0．5％對應的應力作為屈服強度，因為它與σ0.2相差不多。以後，為簡明統一起見，在鋼結構中對σy與σ0.2不再區分而且用符號fy表示，並統一用屈服強度一詞。 抗拉強度σu 屈服平台之後，應變增長時又需有應力的增長，但相對地說應變增加得快，呈現曲線關系直到最高點，這是應變硬化階段CD(圖2-1b)。最高點應力為抗拉強度σu(設計時作為材料抗力用fu表示)。到達σu後試件出現局部橫向收縮變形，即「頸縮」，隨後斷裂。 由於到達σy後構件產生較大變形，故把它取為計算構件的強度標准；由於到達D點時構件開始斷裂破壞，故σu是材料的安全儲備。塑性設計雖然把鋼材看做理想彈塑性體，忽略應變硬化的有利因素，卻是以σu高出σy為條件的。如果沒有硬化階段，或是σu比σy高出不多，就不具備塑性設計應有的轉動能力。因此，規范規定鋼材必須有σu/σy≥1．2的強屈比。 伸長率δ10或δ5 伸長率是斷裂前試件的永久變形與原標定長度的百分比。取圓形試件直徑d的五倍或十倍為標定長度，其相應的伸長率用δ5或δ10表示 (圖2-1b)，伸長率代表材料斷裂前具有的塑性變形的能力。結構製造寸，這種能力使材料經受剪切、沖壓、彎曲及錘擊所產生的局部屈服而無明顯損壞。 屈服點、抗拉強度和伸長率，是鋼材的三個重要力學性能指標。鋼結構中所採用的鋼材都應滿足鋼結構設計規范對這三項力學性能指標的要求。 除上述的三個指標及其表現的性能外，材料的彈性模量E及硬化開始時應變硬化模量Est(圖2—1b)，也是一次拉伸試驗表現的性能。鋼材在一次壓縮或剪切時所表現出來的應力—應變變化規律基本上與一次拉伸試驗時相似，壓縮時的各強度指標也取用拉伸時的數值，只是剪切時的強度指標數值比拉伸時的小。 2．2．2 冷 彎 性 能根據試樣厚度，按規定的彎心直徑將試樣彎曲180°，其表面及側面無裂紋或分層則為「冷彎試驗合格」(見圖2-3)。「冷彎試驗合格」一方面同伸長率符合規定一樣，表示材料塑性變形能力符合要求，另一方面表示鋼材的冶金質量(顆粒結晶及非金屬夾雜分布，甚至在一定程度上包括可焊性)符合要求，因此，冷彎性能是判別鋼材塑性變形能力及冶金質量的綜合指標。重要結構中需要有良好的冷熱加工的工藝性能時，應有冷彎試驗合格保證。 2．2．3 沖 擊 韌 性 與抵抗沖擊作用有關的鋼材的性能是韌性。韌性是鋼材斷裂時吸收機械能能力的量度。吸收較多能量才斷裂的鋼材，是韌性好的鋼材。鋼材在一次拉伸靜載作用下斷裂時所吸收的能量，用單位體積吸收的能量來表示，其值等於應力-應變曲線下的面積。塑性好的鋼材，其應力-應變曲線下的面積大，所以韌性值大。然而，實際工作中，不用上述方法來衡量鋼材的韌性，而用沖擊韌性衡量鋼材抗脆斷的性能，因為實際結構中脆性斷裂並不發生在單向受拉的地方，而總是發生在有缺口高峰應力的地方，在缺口高峰應力的地方常呈三向受拉的應力狀態。因此，最有代表性的是鋼材的缺口沖擊韌性，簡稱沖擊韌性或沖擊功。 沖擊韌性的測量，可用不同的方法進行。我國過去多用梅氏(Mesnager)方法進行。該法規定用跨中帶U型缺口的方形截面小試件在規定試驗機上進行 (圖2-4a及b)。試件在擺錘沖擊下折斷後，斷口處單位面積上的功即為沖擊韌性值，用αk表示，單位為J／cm2。現行國家標准《碳素結構鋼》(GB700—88)規定採用國際上通用的夏比試驗法(Charpy V-notch test)，試件和梅氏試件的區別僅僅在於帶V型缺口， 由於缺口比較尖銳(圖2-4c)，缺口根部的高峰應力及其附近的應力狀態能更好地描繪實際結構的缺陷。夏比缺口韌性用Akv或Cv表示，其值為試件折斷所需的功，單位為J。因為試件都用同一標准尺寸，不用缺口處單位面積的功，可以使測量工作簡化。缺口韌性值受溫度影響，溫度低於某值時將急劇降低。設計處於不同環境溫度的重要結構，尤其是受動載作用的結構時，要根據相應的環境溫度對應提出常溫(20±5℃)沖擊韌性、0℃沖擊韌性或負溫(-20℃或-40℃)沖擊韌性的保證要求。 2．2．4 可 焊 性 可焊性是指採用一般焊接工藝就可完成合格的(無裂紋的)焊縫的性能。鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響。碳含量在0.12％—0.20％范圍內的碳素鋼，可焊性最好。碳含量再高可使焊縫和熱影響區變脆。Q235B的碳含量就定在這一適宜范圍。Q235A的碳含量略高於B級，且不作為交貨條件，除非把碳含量作為附加保證，這一鋼號通常不能用於焊接構件。提高鋼材強度的合金元素大多也對可焊性有不利影響。衡量低合金鋼的可焊性可以用下列公式計算其碳當量。此式是國際焊接學會(UV)提出的，為我國行業標准《建築鋼結構焊接技術規程》(JGJ81)所採用。當CE不超過0.38％時，鋼材的可焊性很好，Q235和Q345鋼屬於這一類。當CE大於0.38％但未超過0.45％時，鋼材淬硬傾向逐漸明顯，需要採取適當的預熱措施並注意控制施焊工藝。預熱的目的在於使焊縫和熱影響區緩慢冷卻，以免因淬硬而開裂。當CE大於0.45％時，鋼材的淬硬傾向明顯，需採用較高的預熱溫度和嚴格的工藝措施來獲得合格的焊縫。 《建築鋼結構焊接技術規程》 (JGJ81)給出常用結構鋼材最低施焊溫度表。厚度不超過40mm的Q235鋼和厚度不超過25mm的Q345鋼，在溫度不低於0℃時一般不需預熱。除碳當量外，預熱溫度還和鋼材厚度及構件變形受到約束的程度有直接關系。因此，重要結構施焊時實際採用的焊接制度最好由工藝試驗確定。 綜上所述，鋼材可焊性的優劣實際上是指鋼材在採用一定的焊接方法，焊接材料、焊接工藝參數及一定的結構形式等條件下，獲得合格焊縫的易難程度。可焊性稍差的鋼材，要求更為嚴格的工藝措施。 2．2．5 鋼材性能的鑒定 由前可知，反映鋼材質量的主要力學指標有：屈服強度、抗拉強度，伸長率、冷彎性能及沖擊韌性。此外，鋼材的工藝性能和化學成分也是反映鋼材性能的重要內容。根據《鋼結構工程施工質量驗收規范》(GB50205—2001)的規定，對進入鋼結構工程實施現場的主要材料需進行進場驗收，即檢查鋼材的質量合格證明文件、中文標識及檢驗報告，確認鋼材的品種、規格、性能是否符合現行國家標准和設計要求。對屬於下列情況之一的鋼材，應進行抽樣復驗，其復驗結果應符合現行國家產品標准和要求。 1)國外進口鋼材； 2)鋼材混批； 3)板厚等於或大於40mm，且設計有Z向性能要求的厚板； 4)建築結構安全等級為一級，大跨度鋼結構中主要受力構件所採用的鋼材； 5)設計有復驗要求的鋼材； 6)對質量有疑義的鋼材。 復檢時各項試驗都應按有關的國家標准《金屬拉伸試驗方法》(GB／T228)，《金屬夏比缺口沖擊試驗方法》(GB／T229)和《金屬材料彎曲試驗方法》(GB／ T232)的規定進行。試件的取樣則按國家標准《鋼及鋼產品力學性能試驗取樣位置及試樣制備》(GB／T2975)和《鋼的化學分析用試樣取樣法及成品化學成分允許偏差》(GB／T222)的規定進行。做熱軋型鋼的力學性能試驗時，原則上應該從翼緣上切取試樣。這是因為翼緣厚度比腹板大，屈服點比腹板低，並且翼緣是受力構件的關鍵部位。鋼板的軋制過程使它的縱向力學性能優於橫向，因此，採用縱向試樣或橫向試樣，試驗結果會有差別。國家標准中要求鋼板、鋼帶的拉伸和彎曲試驗取橫向試件，而沖擊韌性試驗則取縱向試件。 鋼材質量的抽樣檢驗應由具有相應資質的質檢單位進行。 2．3 影響鋼材性能的因素 2．3．1 化學成分的影響 鋼是含碳量小於2％的鐵碳合金，碳大於2％時則為鑄鐵。製造鋼結構所用的材料有碳素結構鋼中的低碳鋼及低合金結構鋼。 碳素結構鋼由鈍鐵、碳及雜質元素組成，其中純鐵約佔99％，碳及雜質元素約佔1％。低合金結構鋼中，除上述元素外還加入合金元素，後者總量通常不超過3％。碳及其他元素雖然所佔比重不大，但對鋼材性能卻有重要影響。 1．碳(C) 碳是形成鋼材強度的主要成分。材料中大部分空間內為柔軟的純鐵體，而化合物滲碳體(Fe3C)及滲碳體與純鐵體的混合物一珠光體則十分堅硬，它們形成網路夾雜於純鐵體之間。鋼的強度來自滲碳體與珠光體。碳含量提高，則鋼材強度提高，但同時鋼材的塑性、韌性，冷彎性能，可焊性及抗銹蝕能力下降。因此不能用含碳量高的鋼材，以便保持其他的優良性能。按碳的含量區分，小於 0．25％的為低碳鋼，大於0．25％而小於0．6％的為中碳鋼，大於0．6％的為高碳鋼。鋼結構用鋼的碳含量一般不大於0．22％，對於焊接結構，為了有良好的可焊性，以不大於0．2％為好。所以，建築鋼結構用的鋼材基本上都是低碳鋼。只有高強度螺栓用的40B和35VB鋼及組成預應力鋼索的高強鋼絲，含碳量高於 0．25％。 2．錳(Mn) 錳是有益元素，它能顯著提高鋼材強度但不過多降低塑性和沖擊韌性。錳有脫氧作用，是弱脫氧劑。錳還能消除硫對鋼的熱脆影響。碳素鋼中錳是有益的雜質，在低合金鋼中它是合金元素。我國低合金鋼中錳的含量在1．0％—1．7％。但是錳可使鋼材的可焊性降低，故含量有限制。 3．硅(Si) 硅是有益元素，有更強的脫氧作用，是強脫氧劑。硅能使鋼材的粒度變細，控制適量時可提高強度而不顯著影響塑性、韌性、冷彎性能及可焊性。硅的含量在碳素鎮靜鋼中為0．12％—0．3％，低合金鋼中為0．2％—0．55％，過量時則會惡化可焊性及抗銹蝕性。 4．釩(V)、鈮(Nb)、鈦(Ti) 釩、鈮、鈦都能使鋼材晶粒細化。我國的低合金鋼都含有這三種元素，作為錳以外的合金元素，既可提高鋼材強度，又保持良好的塑性，韌性。 5．鋁(Al)、鉻(Cr)、鎳(Ni) 鋁是強脫氧劑，用鋁進行補充脫氧，不僅進一步減少鋼中的有害氧化物，而且能細化晶粒。低合金鋼的C、D及E級都規定鋁含量不低於0．015％，以保證必要的低溫韌性。鉻和鎳是提高鋼材強度的合金元素，用於Q390鋼和Q420鋼。 6．硫(S) 硫是有害元素，屬於雜質，能生成易於熔化的硫化鐵，當熱加工及焊接使溫度達800~1000℃時，可能出現裂紋，稱為熱脆。硫還能降低鋼的沖擊韌性，同時影響疲勞性能與抗銹蝕性能。因此，對硫的含量必須嚴加控制，一般不得超過 0．045％~0．05％，質量等級為D、E級的鋼則要求更嚴，Q345E的硫含量不應超過0．25％。近年來發展的抗層間斷裂的鋼(厚度方向性能的鋼板)，含硫量要求控制在0．01％以下。 7．磷(P) 磷既是有害元素也是能利用的合金元素。磷是碳素鋼中的雜質，它在低溫下使鋼變脆，這種現象稱為冷脆。在高溫寸磷也能使鋼減少塑性，其含量應限制在 0．045％以內，質量等級C、D、E級的鋼則含量更少。但磷能提高鋼的強度和抗銹蝕能力。經過合適的冶金工藝也能作為合金元素，如過去用的牌號09錳銅磷鈦就含有磷元素，含量在0．05％~0．12％之間。 8．氧(O)、氮(N) 氧和氮也是有害雜質，在金屬熔化的狀態下可以從空氣中進入。氧能使鋼熱脆，其作用比硫劇烈，氮能使鋼冷脆，與磷相似。故其含量必須嚴加控制。鋼在澆鑄過程中，應根據需要進行不同程度的脫氧處理。碳素結構鋼的氧含量不應大於0．008％。但氮有時卻作為合金元素存在於鋼之中，橋梁用鋼15錳釩氮 (15MnVNq)就是如此，它的B級鋼氮含量為0．01％—0．02％。 鋼結構所用碳素結構鋼中的Q235鋼及低合金結構鋼中的Q345鋼和Q390鋼的化學成分及其含量，見書後附表9。 2．3．2 成材過程的影響 1．冶煉 鋼材的冶煉方法主要有平爐煉鋼、氧氣頂吹轉爐煉鋼，鹼性側吹轉爐煉鋼及電爐煉鋼。其中平爐煉鋼由於生產效率低，鹼性側吹轉爐煉鋼生產的鋼材質量較差，目前基本已被淘汰。而電爐冶煉的鋼材一般不在建築結構中使用。因此，在建築鋼結構中，主要使用氧氣頂吹轉爐生產的鋼材。目前氧氣頂吹轉爐鋼的質量，由於生產技術的提高，已不低於平爐鋼的質量。同時，氧氣頂吹轉爐鋼具有投資少、生產率高、原料適應性大等特點，目前已成為主流煉鋼方法。 冶煉這一冶金過程形成鋼的化學成分與含量、鋼的金相組織結構，不可避免地存在冶金缺陷，從而確定不同的鋼種，鋼號及其相應的力學性能。 2．澆鑄 把熔煉好的鋼水澆鑄成鋼錠或鋼坯有兩種方法，一種是澆人鑄模做成鋼錠，另一種是澆入連續澆鑄機做成鋼坯。前者是傳統的方法，所得鋼錠需要經過初軋才成為鋼坯。後者是近年來迅速發展的新技術，澆鑄和脫氧同時進行。鑄錠過程中因脫氧程度不同，最終成為鎮靜鋼、半鎮靜鋼與沸騰鋼。鎮靜鋼因澆鑄時加入強脫氧劑，如硅，有時還加鋁或鈦，保溫時間得以加長，氧氣雜質少且晶粒較細，偏析等缺陷不嚴重，所以鋼材性能比沸騰鋼好，但傳統的澆鑄方法因存在縮孔而成材率較低。 連續澆鑄可以產出鎮靜鋼而沒有縮孔，並且化學成分分布比較均勻，只有輕微的偏析現象。採用這種連續澆鑄技術既提高產品質量，又降低成本。 鋼在冶煉及澆鑄過程中會不可避免地產生冶金缺陷。常見的冶金缺陷有偏析，非金屬夾雜，氣孔及裂紋等等。偏析是指金屬結晶後化學成份分布不勻；非金屬夾雜是指鋼中含有如硫化物等雜質；氣泡是指澆鑄時由FeO與C作用所生成的CO氣體不能充分逸出而滯留在鋼錠內形成的微小空洞。這些缺陷都將影響鋼的力學性能。 3．軋制 鋼材的軋制能使金屬的晶粒變細，也能使氣泡、裂紋等焊合，因而改善了鋼材的力學性能。薄板因輥軋次數多，其強度比厚板略高、澆鑄時的非金屬夾雜物在軋制後能造成鋼材的分層，所以分層是鋼材(尤其是厚板)的一種缺陷。設計時應盡量避免拉力垂直於板面的情況，以防止層間撕裂。 4．熱處理 一般鋼材以熱軋狀態交貨，某些高強度鋼材則在軋制後經過熱處理才出廠。熱處理的目的在於取得高強度的同時能夠保持良好的塑性和韌性。國家標准《低合金高強度結構鋼》(GB／T1591—94)規定：「鋼一般應以熱軋、控軋，正火及正火加回火狀態交貨。Q420、Q460C、D、E級鋼也可按淬火加回火狀態交貨」。具體交貨狀態由需方提出並訂入合同，否則由供方決定。正火屬於最簡單的熱處理：把鋼材加熱至850—900℃並保持一段時間後在空氣中自然冷卻，即為正火。如果鋼材在終止軋制時溫度正好控制在上述溫度范圍，可得到正火的效果，稱為控軋。回火是將鋼材重新加熱至650℃並保溫一段時間，然後在空氣中自然冷卻。淬火加回火也稱調質處理，淬火是把鋼材加熱至 900℃以上，保溫一段時間，然後放入水或油中快速冷卻。強度很高的鋼材，包括高強度螺栓的材料都要經過調質處理。 2．3．3 影響鋼材性能的其他因素 鋼材的性能和各種力學指標，除由前面所列各因素決定之外，在鋼結構的製造和使用中，還可能受其他因素的影響。 1．冷加工硬化(應變硬化) 在常溫下加工叫冷加工。冷拉、冷彎、沖孔、機械剪切等加工使鋼材產生很大塑性變形，產生塑性變形後的鋼材在重新加荷時將提高屈服點(圖2-5中的B點)，同時降低塑性和韌性(圖2-5中的CD)。由於減小了塑性和韌性性能，普通鋼結構中不利用硬化現象所提高的強度。重要結構還把鋼板因剪切而硬化的邊緣部分刨去。用作冷彎薄壁型鋼結構的冷彎型鋼，是由鋼板或鋼帶經冷軋成型的，也有的是經壓力機模壓成型或在彎板機上彎曲成型的。由於冷成型操作，實際構件截面上各點的fy與fu幾乎都有不同百分比的提高，其性能與原鋼板已經有所不同。由於這個原因，薄壁型鋼結構設計中允許利用因局部冷加工而提高的強度。此外，還有性質類似的時效

E. 鋼材的受力可分為哪五個階段

1. 鋼材受力的五個階段：

2. 1.先是彈性階段，然後到達屈服點，
3. 2.進入屈服階段，這內個階段特點是鋼材的容應力不增加，但是應變增大。
4. 3.強度不變然後應變增大到一定地步時，進入強化階段，這個階段鋼材強度顯著提升，但是應變也增大。
5. 4.最後到達強化的頂點時，進入頸縮階段，這個階段強度下降，應變增加。
   5.彈性快到頭了的時間點就是屈服點進入屈服階段。

F. 鋼材一次拉伸應力應變曲線的四個工作階段是什麼

1,彈性階段:該段的應力與應變成線形關系；
2,屈服階段:該段鋼筋將產生很大的塑性變形版,應力應變權關系呈水平直線；
3,強化階段:該段應力應變關系曲線重新變成上升趨勢,將達到鋼筋的抗拉強度值的頂點；
4,破壞階段:該段應力應變關系曲線變化為下降曲線,應變加大,直至鋼筋最終被拉斷.

G. 鋼筋受拉破壞四個階段

鋼筋受拉破壞四個階段：

1、彈性階段：

隨著荷載的增加，應變隨應力成正比增加。如卸去荷載，試件將恢復原狀，表現為彈性變形。在這一范圍內，應力與應變的比值為一常量，稱為彈性模量E。

彈性模量反映鋼材的剛度，是鋼材在受力條件下計算結構變形的重要指標。常用低碳鋼的彈性模量E=2.0×105～2.1×105MPa，彈性極限E=180～200MPa。

2、屈服階段：

應力與應變不成比例，開始產生塑性變形，應變增加的速度大於應力增長速度，鋼材抵抗外力的能力發生「屈服」了。因比較穩定易測，常用低碳鋼的為195～300MPa。該階段在材料萬能試驗機上表現為指針不動或來回窄幅搖動。

鋼材受力達屈服點後，變形即迅速發展，盡管尚未破壞但已不能滿足使用要求。故設計中一般以屈服點作為強度取值依據。

3、強化階段：

抵抗塑性變形的能力又重新提高，變形發展速度比較快，隨著應力的提高而增強，稱為抗拉強度，用бb表示。

常用低碳鋼的為385～520MPa。抗拉強度不能直接利用，但屈服點與抗拉強度的比值，能反映鋼材的安全可靠程度和利用率。屈強比越小，表明材料的安全性和可靠性越高，結構越安全。

但屈強比過小，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。

4、頸縮階段（破壞）：

材料變形迅速增大，而應力反而下降。試件在拉斷前，於薄弱處截面顯著縮小，產生「頸縮現象」，直至斷裂。

通過拉伸試驗，除能檢測鋼材屈服強度和抗拉強度等強度指標外，還能檢測出鋼材的塑性。塑性表示鋼材在外力作用下發生塑性變形而不破壞的能力，它是鋼材的一個重要性指標。鋼材塑性用伸長率或斷面收縮率表示。

工程量計算規則：

1、鋼筋工程，應區別現澆、預制構件、不同鋼種和規格，分別按設計長度乘以單位重量，以噸計算。

2、計算鋼筋工程量時，設計已規定鋼筋塔接長度的，按規定塔接長度計算；設計未規定塔接長度的，已包括在鋼筋的損耗率之內，不另計算塔接長度。鋼筋電渣壓力焊接、套筒擠壓等接頭，以個計算。

3、先張法預應力鋼筋，按構件外形尺寸計算長度，後張法預應力鋼筋按設計圖規定的預應力鋼筋預留孔道長度，並區別不同的錨具類型，分別按下列規定計算：

1、低合金鋼筋兩端採用螺桿錨具時，預應力的鋼筋按預留孔道長度減0.35m，螺桿另行計算。

2、低合金鋼筋一端採用徽頭插片，另一端螺桿錨具時，預應力鋼筋長度按預留孔道長度計算，螺桿另行計算。

3、低合金鋼筋一端採用徽頭插片，另一端採用幫條錨具時，預應力鋼筋增加0.15m，兩端採用幫條錨具時預應力鋼筋共增加0.3m計算。

4、低合金鋼筋採用後張硅自錨時，預應力鋼筋長度增加0.35m計算。

5、低合金鋼筋或鋼絞線採用JM、XM、QM型錨具孔道長度在20m以內時，預應力鋼筋長度增加1m；孔道長度20m以上時預應力鋼筋長度增加1.8m計算。

6、碳素鋼絲採用錐形錨具，孔道長在20m以內時，預應力鋼筋長度增加1m；孔道長在20m以上時，預應力鋼筋長度增加1.8m。

7、碳素鋼絲兩端採用鐓粗頭時，預應力鋼絲長度增加0.35m計算。

鋼筋的砼保護層厚度：

受力鋼筋的砼保護層厚度，應符合設計要求，當設計無具體要求時，不應小於受力鋼筋直徑，並應符合下面的要求：

1、處於室內正常環境由工廠生產的預制構件，當砼強度等級不低於C20且施工質量有可靠保證時，其保護層厚度可按表中規定減少5mm，但預制構件中的預應力鋼筋的保護層厚度不應小於15mm。

2、處於露天或室內高濕度環境的預制構件，當表面另作水泥砂漿抹面且有質量可靠保證措施時其保護層厚度可按表中室內正常環境中的構件的保護層厚度數值採用。

3、鋼筋砼受彎構件，鋼筋端頭的保護層厚度一般為10mm；預制的肋形板，其主肋的保護層厚度可按梁考慮。

4、板、牆、殼中分布鋼筋的保護層厚度不應小於10mm；梁、柱中的箍筋和構造鋼筋的保護層厚度不應小於15mm。

抗拉強度是鋼筋在承受靜力荷載的極限能力，可以表示鋼筋在達到屈服點以後還有多少強度儲備，是抵抗塑性破壞的重要指標。

鋼筋有熔煉、軋制過程中的缺陷，以及鋼筋的化學成分含量的不穩定，常常反映到抗拉強度上，當含碳量過高，軋制終止時溫度過低，抗拉強度就可能很高；當含碳量少，鋼中非金屬夾雜物過多時，抗拉強度就較低。抗拉強度的高低，對鋼筋混凝土結構抵抗反復荷載的能力有直接影響。

H. 鋼材一次拉伸應力應變曲線的四個工作階段是什麼

1,彈性階段:該段抄的應力與應變成線形關系；
2,屈服階段:該段鋼筋將產生很大的塑性變形,應力應變關系呈水平直線；
3,強化階段:該段應力應變關系曲線重新變成上升趨勢,將達到鋼筋的抗拉強度值的頂點；
4,破壞階段:該段應力應變關系曲線變化為下降曲線,應變加大,直至鋼筋最終被拉斷.