土木工程材料 习题课(四)Q 张德思教授
土木工程材料 习题课(四） 张德思教授 主讲
●金属材料 ●例7-1钢材如何按化学成分分类?土木工程 中常用什么钢材? 解 ●钢材按化学成分可以分为碳素钢和合金钢两 大类。 ●碳素钢可以分为: ●低碳钢(含碳量小于0.25%) ●高碳钢(合碳量大于0.60%0 ●中碳钢(合碳量0.25%~0.60
金属材料 例7-1 钢材如何按化学成分分类？土木工程 中常用什么钢材？ 解 钢材按化学成分可以分为碳素钢和合金钢两 大类。 碳素钢可以分为： 低碳钢（含碳量小于0.25％） 中碳钢（合碳量 0.25％～0.60％） 高碳钢（合碳量大于0.60％）
e合金钢可以分为: 低合金钢(合金元素总含量小于5.0%) e中合金钢(合金元素总含量5.0%~ 10.0%) 高合金钢(合金元素总含量大于10.0% 土木工程中常用的钢材主要是普通碳 素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金 钢 ●[评注]碳素钢在冶炼时不特意掺加合 金,故又称非合金钢
合金钢可以分为： 低合金钢（合金元素总含量小于5.0％） 中合金钢（合金元素总含量 5.0%～ 10.0%） 高合金钢（合金元素总含量大于10.0%） 土木工程中常用的钢材主要是普通碳 素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金 钢。 [评注] 碳素钢在冶炼时不特意掺加合 金，故又称非合金钢
例7-2为什么说屈服点(σs)、抗 拉强度(b)和伸长率(δ)是建 筑工程用钢的重要技术性能指标? ●解 e屈服点(σs)是结构设计时取值的 依据,表示钢材在正常工作时承受 应力不超过os值;屈服点与抗拉强 度的比值(σs/σ)称为屈强比。 它反映钢材的利用率和使用中的安 全可靠程度;
例7-2 为什么说屈服点（σs）、抗 拉强度（σb）和伸长率（δ）是建 筑工程用钢的重要技术性能指标？ 解 屈服点（σs）是结构设计时取值的 依据，表示钢材在正常工作时承受 应力不超过σs值；屈服点与抗拉强 度的比值（σs／σb）称为屈强比。 它反映钢材的利用率和使用中的安 全可靠程度；
e伸长率(δ)表示钢材的塑性变形能力。 钢材在使用中,为避免正常受力时在缺 陷处产生应力集中发生脆断,要求其塑 性良好,即具有一定的伸长率,可以使 缺陷处应力超过σs时,随着发生塑性变 形使应力重分布,而避免结构物的破坏。 ●[评注]常温下将钢材加工成一定形状 也要求钢材要具有一定塑性(伸长率)。 但伸长率不能过大,否则会使钢材在使 用中发生超过允许的变形值
伸长率（δ）表示钢材的塑性变形能力。 钢材在使用中，为避免正常受力时在缺 陷处产生应力集中发生脆断，要求其塑 性良好，即具有一定的伸长率，可以使 缺陷处应力超过σs时，随着发生塑性变 形使应力重分布，而避免结构物的破坏。 [评注] 常温下将钢材加工成一定形状， 也要求钢材要具有一定塑性（伸长率）。 但伸长率不能过大，否则会使钢材在使 用中发生超过允许的变形值
●例7-3什么是钢材的冷弯性能?它的表 示方法及实际意义是什么? 解 冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变 形的能力。钢材的冷弯性能,常用弯曲 的角度、弯心直径d与试件直径(或厚 度a)的比值来表示。弯曲角度愈大,d /a愈小,说明试件受弯程度愈高。当 按规定的弯曲角度和d/a值对试件进 行冷弯时试件受弯处不发生裂缝、断裂 或起层,即认为冷弯性能合格
例7-3 什么是钢材的冷弯性能？它的表 示方法及实际意义是什么？ 解 冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变 形的能力。钢材的冷弯性能，常用弯曲 的角度、弯心直径ｄ与试件直径（或厚 度a）的比值来表示。弯曲角度愈大，ｄ ／ａ愈小，说明试件受弯程度愈高。当 按规定的弯曲角度和ｄ／ａ值对试件进 行冷弯时试件受弯处不发生裂缝、断裂 或起层，即认为冷弯性能合格
e冷弯性能表示钢材在常温下易于加工而不 破坏的能力。其实质反映了钢材内部组织 状态、含有内应力及杂质等缺陷的程度。 因此,可以利用冷弯的方法,使焊口处受 到不均匀变形,来检验建筑钢材各种焊接 接头的焊接质量。 ●[评注]钢材的冷弯性能和伸长率均是塑性 变形能力的反映。但伸长率是在试件轴向 均匀变形条件下测定的,而冷弯性能则是 在更严格条件下钢材局部变形的能力。它 可揭示钢材内部结构是否均匀,是否存在 内应力和夹杂物等缺陷
冷弯性能表示钢材在常温下易于加工而不 破坏的能力。其实质反映了钢材内部组织 状态、含有内应力及杂质等缺陷的程度。 因此，可以利用冷弯的方法，使焊口处受 到不均匀变形，来检验建筑钢材各种焊接 接头的焊接质量。 [评注] 钢材的冷弯性能和伸长率均是塑性 变形能力的反映。但伸长率是在试件轴向 均匀变形条件下测定的，而冷弯性能则是 在更严格条件下钢材局部变形的能力。它 可揭示钢材内部结构是否均匀，是否存在 内应力和夹杂物等缺陷
●例7-4低温冷脆性、脆性转变温度、时效 和时效敏感性的概念及其实际意义是什么 解 ●钢材的冲击韧性随环境温度降低而下降 当达到某一温度时,其冲击韧性值显著降 低的现象称为钢材的低温冷脆性。出现低 温冷脆性时的温度(范围),称为脆性转 变温度(范围)。 随时间的推移,钢材的机械强度提高 而塑性和韧性降低的现象称为时效。因时 效作用导致钢材性能改变的程度称为钢材 的时效敏感性
例7-4 低温冷脆性、脆性转变温度、时效 和时效敏感性的概念及其实际意义是什么？ 解 钢材的冲击韧性随环境温度降低而下降， 当达到某一温度时，其冲击韧性值显著降 低的现象称为钢材的低温冷脆性。出现低 温冷脆性时的温度（范围），称为脆性转 变温度（范围）。 随时间的推移，钢材的机械强度提高， 而塑性和韧性降低的现象称为时效。因时 效作用导致钢材性能改变的程度称为钢材 的时效敏感性
。承受动荷载的结构,选用钢材时,必须按 规范要求测定其冲击韧性值。处于低温条 件下的钢结构要选用脆性临界温度低于环 境最低温度的钢材。若在严寒地区,露天 焊接钢结构,受振动荷载作用时,要选用 脆性临界温度低和时效敏感性小的钢材。 [评注]冲击韧性是指在冲击振动荷载作用 下,钢材吸收能量、抵抗破坏的能力。冲 击韧性以冲断试件时单位面积所消耗的功, 称为冲击功(值)来表示
承受动荷载的结构，选用钢材时，必须按 规范要求测定其冲击韧性值。处于低温条 件下的钢结构要选用脆性临界温度低于环 境最低温度的钢材。若在严寒地区，露天 焊接钢结构，受振动荷载作用时，要选用 脆性临界温度低和时效敏感性小的钢材。 [评注] 冲击韧性是指在冲击振动荷载作用 下，钢材吸收能量、抵抗破坏的能力。冲 击韧性以冲断试件时单位面积所消耗的功， 称为冲击功（值）来表示
e例/-5恢兀素刈钠基本组织和性能的 影响规律。 解:碳素钢中基本组织的相对含量与其含C 量关系密切,当含C量小于0.8%时,钢的 基本组织由铁素体和珠光体组成,其间随着 含C量提高,铁素体逐渐减少而珠光体逐渐 增多,钢材则随之强度、硬度逐渐提高而塑 性、韧性逐渐降低。 当含C量为0.8%时,钢的基本组织仅为 珠光体。当含C量大于0.8%时,钢的基本组 织由珠光体和渗碳体组成,此后随含C量增 加,珠光体逐渐减少而渗碳体相对渐增,从 而使钢的硬度逐渐增大而塑性、韧性逐渐减 且强度下降
例7-5简述碳元素对钢材基本组织和性能的 影响规律。 解：碳素钢中基本组织的相对含量与其含Ｃ 量关系密切，当含Ｃ量小于0.8％时，钢的 基本组织由铁素体和珠光体组成，其间随着 含Ｃ量提高，铁素体逐渐减少而珠光体逐渐 增多，钢材则随之强度、硬度逐渐提高而塑 性、韧性逐渐降低。 当含C量为0.8％时，钢的基本组织仅为 珠光体。当含C量大于0.8％时，钢的基本组 织由珠光体和渗碳体组成，此后随含Ｃ量增 加，珠光体逐渐减少而渗碳体相对渐增，从 而使钢的硬度逐渐增大而塑性、韧性逐渐减 小，且强度下降