土木工程材料习题集答案

5、抗拉强度：钢材受拉破坏时所能达到的最大应力，常用σb表示。 6、屈强比：钢材的屈服强度与抗拉强度的比值。

7、伸长率：钢筋拉伸试验时，试样拉断后，标距的伸长值与原始标距长度的百分率。 8、冲击韧性：钢材抵抗冲击荷载作用的能力。

9、冷脆性及脆性临界温度：钢材的冲击韧性随温度的降低而下降，其规律是开始下降缓和，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种性质称为钢材的冷脆性，此时的温度称为脆性临界温度。

10、时效与时效敏感性：随着时间的延长，钢材呈现出强度和硬度提高，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程度的大小称为时效敏感性。

11、疲劳破坏：在交变应力的反复作用下，钢材往往在工作应力远小于抗拉强度时断裂的现象。

12、冷弯性能：钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 13、冷加工强化：将钢材在常温下进行冷拉、冷拔或冷轧，使其产生塑性变形，从而提高屈服强度，但塑性和韧性相应降低的现象。

14、时效处理：将经过冷加工强化后的钢材在常温下存放15~20d，或加热至100~200°C并保持一定时间，其强度和硬度进一步提高，塑性和韧性进一步降低，这一过程称为时效处理。前者称为自然时效，后者称为人工时效。

二、判断题

1×（应该是屈服点）

2√（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） 3√（当达到一定温度范围时，会呈冷脆性）

4×（δ5 >δ10。原标距与试件的直径之比越大，则颈缩处伸长值在整个伸长值中的比例越小，因而计算的伸长率越小）

5√（脆性临界温度越低，则发生低温脆断的可能性越小） 6√ 7√

8√（冷弯试验反映钢材局部发生的非均匀变形，相对于拉伸试验，更能反映钢材内部的组织状态、内应力及杂质等缺陷）

9√

10×（冷加工强化可提高屈服点，冷加工强化再经时效处理后可提高屈服点和抗拉强度。） 11×（含磷较多呈冷脆性，含硫较多呈热脆性）

12√（珠光体随含碳量增大而增多，钢的强度、硬度提高） 13√ 14√ 15√

三、填空题

1、低碳钢、中碳钢、高碳钢、低碳钢；2、低合金钢、中合金钢、高合金钢、低合金钢；3、沸腾钢、镇静钢、特殊镇静钢；4、弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段；5、屈服点、抗拉强度、伸长率、 屈服点；6、抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳性、硬度、冷弯、焊接、冷加工及时效强化、热处理；7、时效；8、大、小；9、P、S、O、N、H、冷脆、热脆；10、7.珠光体、铁素体、珠光体、珠光体、铁素体、强度、硬度、塑性、韧性；11、含碳量、强度、硬度、塑性、韧性、可焊

性；12、屈服强度、抗拉强度、伸长率；13、屈服点为235MPa的A级沸腾钢、屈服点为345MPa的D级镇静钢；14、化学腐蚀、电化学腐蚀、采用耐候钢、金属覆盖、非金属覆盖；15、差、涂防火涂料、用不燃性板材包裹、用混凝土包裹

四、选择题

1（D）。提示：钢含碳量在2.06%以下。炼钢的目的就是通过冶炼使生铁中的含碳量降低到2.06%以下，其他杂质含量也降低到允许范围之内，以改善其技术性能，提高质量。碳含量会增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低冲击韧性和可焊性，特别是低温冲击韧性的降低更显著。

2、（A）。提示：钢材是一种抗拉强度与抗压强度比较相近的材料，经冷拉后其强度与硬度提高，而塑性、韧性降低。钢材的可焊性受含碳量及含硫量的影响，当二者含量高时，则不可焊接。钢材的晶体组成结构为金属键型，决定了其耐火性差（比混凝土耐火性低），受火作用时会发生显著的变形，使结构破坏。

3（A）。提示：碳素钢根据含碳量分为：低碳钢（含碳量小于0.25%）、中碳钢（含碳量0.25%~0.60%）和高碳钢（含碳量0.6% ~2.06%）。

4（B）。提示：伸长率是反映钢材塑性变形能力大小的指标。 5（D）。提示：检测碳素结构钢，不必做硬度试验。 6（C）。提示：冲击韧性反映钢材抵抗冲击荷载的能力，用冲击试验来测定。 7（C）。提示：冷弯试验反映钢材处于不利变形条件下的塑性，可揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。

8（D）。提示：钢材经冷加工强化及时效处理后，屈服点大幅度提高，而塑性和韧性降低，弹性模量基本不变。

9（B）。提示：低合金高强度结构钢中合金元素总量应小于5%。 10（D）。提示：工程使用钢筋时，应检测的项目是屈服点、抗拉强度、伸长率和冷弯。 11（B）。提示：含碳量高将增加焊接的硬脆性，含碳量小于0.25%的碳素钢具有良好的可焊性。 12（D）。提示：疲劳破坏是钢材在交变荷载反复作用时在低应力状态下突然发生的脆性断裂破坏的现象，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。

13（D）。提示：建筑用碳素钢的含C量均＜0.8%，其基本组织为铁素体和珠光体。当含碳量增大时，珠光体含量增大，铁素体相应减少，因而钢的强度、硬度提高，但塑性和韧性则相应下降。

14（A）。提示：冷拉钢筋由于冷加工强化，其塑性和韧性较差，容易发生脆断。 15（D）。提示：因为氯离子会破坏钢筋的保护膜，加速钢筋的锈蚀。 16（A）。提示：热轧钢筋随级别增大，则其强度增大，而塑性、韧性和可焊性降低。 17（D）。提示：Q235-A适用于只承受静荷载作用的结构；Q235-B适用于承受动荷载的普通焊接结构；Q235-C适用于承受动荷载的重要焊接结构；Q235-D适用于低温下承受动荷载的重要焊接结构。

18（Ｄ）。提示：钢材经冷加工后，其强度提高，塑性和韧性降低而变得硬、脆，使用时应注意其性能的变化。

19（D）。提示：在大跨度或重荷载作用下的预应力混凝土结构中，宜选用钢绞线。因为其强度高、长度大无接头、柔性好可曲线布置。

20（D）。提示：钢结构表面刷防锈漆通常采用刷两道漆：底漆和面漆。常用底漆有红丹、环氧富锌漆、铁红环氧底漆等。面漆有灰铅漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。

21（C）。提示：正火可提高钢材的强度和硬度，降低塑性；淬火可提高强度和硬度，塑性和韧性明显降低；回火使钢材硬度下降，恢复受淬火影响的塑性；退火使钢材的硬度下降，塑性和韧性提高。

五、问答题

1、沸腾钢脱氧不充分，碳和有害杂质磷、硫等的偏析较严重，钢的致密程度较差，使钢的冲击韧性和可焊性较差，特别是低温冲击韧性的降低更显著。但由于成本较低、产量较高，可用于一般的建筑结构中。

镇静钢脱氧充分，偏析程度小，质量均匀，结构致密，钢的冲击韧性和可焊性等较沸腾钢好，可用于承受冲击荷载或其它重要的结构。

2、钢材受力达到屈服点后，塑性变形迅速增大，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求。故钢结构设计中一般以屈服点作为强度取值的依据。

3、屈强比是钢材的屈服点与抗拉强度的比值，屈强比愈小，反映钢材受力超过屈服点工作时的可靠性愈大，因而结构的安全性愈高；但屈强比太小，则反映钢材不能被有效利用，造成浪费。

4、钢材经冷加工强化后，屈服点提高，抗拉强度不变，塑性、韧性、弹性模量降低，脆性增大。再经时效处理后，屈服点进一步提高，抗拉强度也提高，塑性、韧性进一步降低，脆性还将增大，弹性模量基本恢复。实际使用中应注意其性能的变化。

工程中对钢筋进行冷加工及时效处理的主要目的是为了节省钢材。例如，钢筋经冷拉后，屈服点可提高20%～30%，长度增加4%～10%，一般可节约钢材10%～20%。此外，冷拉还兼有调直和除锈的作用。

5、由于对钢筋冷拉可提高其屈服强度，而塑性变形能力有所降低，因此工地上常对强度偏低而塑性偏大的低碳盘条钢筋进行冷拉，提高强度，降低塑性，以提高钢筋的利用率。

6、建筑钢材的含碳量不大于0.8%，当含碳量增大时，钢材的强度、硬度提高，塑性、韧性降低，可焊性降低（含碳量大于0.3%时，可焊性显著下降），冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性下降。

7、建筑钢材的主要检验项目有：（1）拉伸试验：测定钢材的屈服点、抗拉强度和伸长率，反映钢材的力学强度和塑性；（2）冷弯试验：反映钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是对钢材质量和焊接质量的一种较严格的检验；（3）冲击试验：测定钢材抵抗冲击荷载的能力，反映钢材的韧性。

8、碳素结构钢随着牌号的增大，含碳量增大，其强度增大，但塑性和韧性降低，冷弯性和可焊性逐渐降低。

9、Q235号碳素结构钢被广泛应用于建筑工程中，主要是由于它的机械强度较高，塑性、韧性、可焊性及可加工性等综合性能好，且冶炼方便，成本较低。

Q235号钢按质量分为四个等级，其中A、B级为普通质量钢，适合一般的钢结构工程，C、D级为优质钢，适合受动荷载作用的重要焊接结构，其中D级适用于处于低温下的重要结构。

10、低合金高强度结构钢与碳素结构钢相比具有轻质高强，抗冲击性强，塑性、韧性、可焊性和冷加工性好，易于加工与施工，耐腐蚀性、耐低温性好，使用寿命长等一系列良好的综合性能，可节约钢材，具有显著的经济效益。因此，低合金高强度结构钢广泛用作高层及大跨度建筑的主体结构材料。

11、热轧钢筋按屈服强度划分牌号，按外形分为光圆钢筋和带肋钢筋两种类型，是建筑工程中用量最大的钢材品种之一。

（1）热轧光圆钢筋分为HPB235和HPB300两个牌号，由Q235和Q300碳素结构钢轧制而成。其强度较低，但塑性、韧性、焊接性和冷加工性好，广泛用作普通中小型钢筋混凝土结构的主要受力钢筋和构造筋等。

（2）热轧带肋钢筋分为普通型（直径6～25mm）和细晶粒型(直径28～50mm)两种，各有三个牌号，即普通型为：HRB335、HRB400、HRB500；细晶粒型为：HRBF335、HRBF400、HRBF500。带肋钢筋加强了钢筋与混凝土之间的握裹力，可有效防止混凝土与配筋之间发生相对位移。

其中，HRB335和HRB400由低合金镇静钢轧制而成，以硅、锰为主要强化元素，其强度较高，

塑性和可焊性均较好，广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的主筋，经冷拉处理后也可作预应力钢筋。

而HRB500由中碳低合金镇静钢轧制而成，除以硅、锰为主要合金元素外，还加入钒或钛作为固溶弥散强化元素，使之在提高强度的同时保证塑性和韧性。主要用作预应力钢筋。但其可焊性较差，如需焊接，应采用适当的焊接方法和焊后热处理工艺，以保证焊接接头及其热影响区不产生淬硬组织，不发生脆性断裂。

12、答：钢材锈蚀的主要原因是：（1）化学锈蚀：钢材表面直接与周围介质（如O2、CO2、SO2

和水等）发生化学反应，生成疏松的氧化物而引起的锈蚀。（2）电化学锈蚀：钢材由不同的晶体组织构成，并含有杂质，由于这些成分的电极电位不同，当有电解质溶液（如水）存在时，就会形成微电池，使钢材锈蚀。水是弱电解质溶液，而溶有CO2、SO2的水则成为有效的电解质，从而加速电化学腐蚀的过程。钢材在大气中的锈蚀，是化学锈蚀和电化学锈蚀共同作用所致，但以电化学锈蚀为主。

防止方法为：（1）合金法：在钢中加入能提高抗腐蚀能力的合金元素铬、镍、钛和铜等，制成不锈钢，能有效提高钢材的耐蚀能力。（2）保护层法：可分为金属覆盖如用耐腐蚀性能好的金属以电镀或喷镀的方法覆盖在钢材的表面，提高钢材的耐腐蚀能力，如镀锌、镀铬、镀铜、镀银等；另一种是非金属覆盖，如刷防锈漆、喷涂塑料涂层等。（3）电化学保护法：在钢结构上接一块较钢铁更为活泼的金属（如锌、镁）作为牺牲阳极来保护钢结构。，

13、答：防止混凝土中的钢筋锈蚀的方法有：（1）混凝土设置适当的保护层，防止过早碳化；（2）掺减水剂降低混凝土的水胶比，提高混凝土的密实度，提高抗碳化性；（3）限制混凝土原材料中的 Cl-含量；（4）掺活性掺合料，降低混凝土的水化热，防止早期开裂，改善孔结构及界面结构，提高混凝土的耐久性；（5）加强振捣、养护，保证混凝土的施工质量等；（6）混凝土中掺加防锈剂（如重铬酸盐等）；（7）钢筋涂覆环氧树脂或镀锌、镀镍等。

14、答：钢结构的防火方法主要有：（1）防火涂料包裹法：将防火涂料喷涂在钢结构的外露表面；（2）不燃性板材包裹法：用防火板、石膏板、硅酸钙板、蛭石板、珍珠岩板和矿棉板等材料包裹在钢结构的表面；（3）实心包裹法：将钢结构浇筑在混凝土或砂浆中，以提高其防火性。

六、计算题

1、解：

钢筋的屈服强度为： ?s,1?Fs,1A?42.4?1031?3.14?1224?375(MPa)，?s,2?Fs,2A?41.5?1031?3.14?1224?367(MPa)

钢筋的抗拉强度为： ?b,1?Fb,1A?62.0?1031?3.14?1224?548(MPa)，?b,2?Fb,2A?61.6?1031?3.14?1224?545(MPa)

钢筋的伸长率为：

?5,1??5,2?l1?l071.6?60?100%??100%?18.5%l060l2?l072.0?60?100%??100%?20% l060