第三章 工程材料

　　大纲要求

　　1.熟悉土木工程主要材料的分类。

　　2.熟悉土木工程主要材料的特征。

　　3.熟悉混凝土强度等级及配合比计算。

　　第一节 基本材料P87

　　◆掌握钢筋的分类、特性、应用。

　　◆掌握水泥的分类、特性、应用。

　　◆了解砂石的特性、应用。

　　◆掌握石灰和石膏的特性、应用。

　　一、钢筋P87

　　◆掌握钢筋的分类、特性、应用。

　　(一)钢筋分类

　　1.热轧钢筋

　　热轧钢筋的技术要求，见教材表3.1.1。

　　性能：随钢筋级别的提高，其屈服强度和极限强度逐渐增加，而其塑性则逐步下降。

　　应用：非预应力钢筋混凝土可选用HPB235、HRB335和HRB400钢筋。

　　预应力钢筋混凝土则宜选用HRB500、HRB335和HRB400钢筋。

　　2.冷加工钢筋P88

　　(1)冷拉热轧钢筋

　　冷拉特性：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。

　　(2)冷轧带肋钢筋

　　应用：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

　　应用：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

　　特点：热处理钢筋强度高，用材省，锚固性好，预应力稳定。

　　应用：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

　　特性、应用：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。

　　练习题：

　　1.综合考虑钢筋的强度、塑性、工艺性和经济性，非预应力钢筋混凝土一般不应采用( )。

　　A.甲级冷拔低碳钢丝 B.HRB500钢筋

　　C.HRB400钢筋 D.HPB235钢筋

　　答案：B

　　2.综合钢筋的强度、塑性、工艺性和经济性等因素，既可作为非预应力钢筋混凝土选用，也可作为预应力钢筋混凝土选用的钢筋牌号是( )。

　　A.HPB235 B.HRB335 C.HRB435 D.HRB500

　　答案：B

　　3.与热轧钢筋相比，冷拉热轧钢筋的特点是( )。

　　A.屈服强度提高，结构安全性降低

　　B.抗拉强度提高，结构安全性提高

　　C.屈服强度降低，伸长率降低

　　D.抗拉强度降低，伸长率提高

　　答案：A

　　4.受冲击振动荷载的预应力钢筋混凝土轨枕，在配筋选材时应采用( )。

　　A.冷拉热轧钢筋 B.冷拔低碳钢筋 C.冷轧带肋钢筋 D.热处理钢筋

　　答案：D

　　(二)钢筋的性能P89

　　◆掌握钢筋性能基本概念。

　　1.抗拉性能

　　表征抗拉性能的技术指标有：屈服点、抗拉强度及伸长率。

　　(1)屈服点。设计时，一般以屈服强度或压服点作为强度取值的依据。

　　(2)抗拉强度。屈强比的概念及应用：屈强比小则表明钢材在超过屈服点工作时可靠性较高，较为安全。太小了则反映钢材不能有效的被利用。

　　(3)伸长率。表征了钢材的塑性变形能力。

　　2.冷弯性能

　　概念：冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。

　　3.冲击韧性

　　概念：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)。

　　影响因素：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。

　　冷脆性的概念：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。

　　5.耐疲劳性

　　在反复荷载作用下，钢材在远低于抗拉强度时突然发生断裂，称为疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限表示。

　　练习题：

　　1.关于屈强比的叙述正确的是( )。

　　A.屈强比等于бs/бb

　　B.屈强比太大，则反映钢材不能有效地被利用

　　C.屈强比太小，则反映钢材不能有效地被利用

　　D.屈强比越大，反映钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大，因而结构的安全性越高

　　E.屈强比越小，反映钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大，因而结构的安全性越高

　　答案：ABE

　　2.在负温下直接承受动荷载的结构钢材，要求低温冲击韧性好，其判断指标为( ).

　　A.屈服点 B.弹性模量

　　C.脆性临界温度 D.布氏硬度

　　答案：C

　　3.关于钢筋性能，说法错误的是( )。

　　A.设计时应以抗拉强度作为钢筋强度取值的依据

　　B.伸长率表征了钢材的塑性变形能力

　　C.屈强比太小，反映钢材不能有效地被利用

　　D.冷弯性能是钢材的重要工艺性能

　　答案：A

　　(三)钢材的化学成分及其对性能的影响

　　1.碳

　　2.硅

　　3.锰

　　4.硫

　　为有害元素，有强烈的偏析作用，使机械性能、焊接性能下降(引起热裂纹)。

　　5.磷

　　为有害元素，含量的增加可提高强度，塑性及韧性显着下降。有强烈的偏析作用，引起冷脆性，焊接性下降。但可提高耐磨性及耐腐蚀性。

　　练习题：

　　1.钢材中磷是有害元素，它会引起( )。

　　A.强度降低

　　B.耐腐蚀性能降低

　　C.焊接性能提高

　　D.塑性和韧性显着下降

　　答案：D

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