土木工程材料习题答案(09[1].2)

建筑钢材一、填充1、钢材按化学成分分为碳素钢、合金钢；按脱氧程度分为镇静钢、沸腾钢、半镇静钢。2、钢材的塑性通常用拉伸试验时的伸长率或断面收缩率表示。3、δ5表示标距长度为5倍直径的伸长率，δ10表示标距长度为10倍直径的伸长率，δ100表示标距长度为100mm的伸长率。4、钢材的基本组织有铁素体、奥氏体、渗炭体、珠光体。5、钢材中主要的有害杂质元素有P、S、N、O、H。6、钢材的冷加工方法主要有冷拉、冷轧、冷拔、冷扭、冷冲。7、钢材的热处理方法主要有退火、正火、淬火、回火。8、钢材牌号Q235-A-b，Q235表示屈服强度不低于235MPa，A表示质量等级为A级，b表示半镇静钢。9、钢材牌号40Si2Mn，40表示含碳量0.4%，Si2表示Si2含量在1.5-2.5%之间，Mn表示Mn含量在1.5%以下。10、钢材牌号HRB400，HRB表示热轧带肋钢筋，400表示屈服强度≥400MPa；CRB800中CRB表示冷轧带肋钢筋，800表示抗拉强度≥800MPa。11、Ⅰ级热轧钢筋外形为光面，图纸中用φ表示，Ⅱ级、Ⅲ级钢筋外形为月牙肋，Ⅳ级钢筋外形为等高肋。12、型钢I20a中，I表示工字钢，20表示型钢高度为20cm，a表示型号为a型。13、型钢L45×60×8表示不等肢角钢，肢长分别为45、60mm，肢厚8mm。14、钢材的腐蚀分为化学腐蚀，电化学腐蚀两种。二、是非判断题（对的打∨，错的打×）1、材料的屈强比越大，反应结构的安全性高，但钢材的有效利用率低。（×）2、钢材中的磷使钢材的热脆性增加，钢材中的硫使钢材的冷脆性增加，（×）3、钢材的伸长率表明钢材的塑性变形能力，伸长率越大，钢材的塑性越好。（∨）4、钢材冷拉是指在常温下将钢材拉断，以伸长率作为性能指标。（×）5、钢材的腐蚀主要是化学腐蚀，其结果是钢材表面生成氧化铁等而失去金属光泽。（×）三、选择题（单选）（多选）1、钢结构设计时，碳素结构钢以（1）强度作为设计计算取值的依据。①、σs②、σb③、σ0.2④、σp2、钢材随着含碳量的增加(2)。①、强度、硬度、塑性都提高②、强度提高，塑性降低③、强度降低，塑性提高④、强度、塑性都降低3、钢和铁是以含碳量（4）为界，小于该数值的是钢，大于该数值的是铁。①、0.25②、0.60③、0.80④、2.04、钢结构设计时，对直接承受动力荷载的结构应选用（1）①、镇静钢②、半镇静钢③、沸腾钢四、名词解释强度：在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。屈强比：钢材的屈服强度与抗拉强度之比。钢材的冷加工：在常温下对钢材进行机械加工，使之产生塑性变形，改变钢材性能的方法。时效：钢材经冷加工后，屈服强度和极限强度随着时间而提高，塑性和冲击韧性逐步降低，弹性模量逐步恢复的现象称为时效。热处理：将钢材在固态范围内进行加热、保温、冷却，从而改变其金相组织和显微组织结构，获得需要的性能的加工工艺。五、简述1、钢材的特点及其应用。答：优点是：强度高，塑性和韧性好，能承受冲击和震动荷载，易于加工和装配。缺点是易腐蚀，耐火性差。广泛应用于建筑钢结构，钢筋混凝土结构，制作钢门窗等。2、碳元素对钢材性能的影响。答:碳是决定钢材性能的主要元素，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度增加，塑性和韧性下降，可焊性和耐腐蚀性降低，冷脆性和时效倾向增大。当含碳量超过1％时，钢材的强度反而降低。3、钢材的冷加工和时效对钢材性能的影响。答：钢材通过冷加工，屈服点明显提高，塑性、韧性、弹性模量明显降低。冷加工变形越大，强化越明显。钢材经冷加工后，屈服强度和极限强度随着时间而提高，塑性和冲击韧性逐步降低，弹性模量逐步恢复。4、简述钢材拉伸试验过程中经历的几个阶段，应力和变形特点，画出应力应变曲线。答：第一阶段（弹性变形阶段）：应力和应变成直线关系。去除荷载后无残余变形。最大应力值称为弹性极限,用σP表示。第二阶段（屈服阶段）：当应力增加到某一值时，变形急剧增加，曲线出现一个波动的小平台。下屈服点的应力称为屈服极限，也称屈服点或屈服强度，用σS表示。第三阶段（强化阶段）：钢材超过屈服点后，内部晶粒重新排列，抵抗变形的能力进一步提高，应力和应变继续提高。应力的最大值称为强度极限，用σb表示。第四阶段（颈缩阶段）：应力超过强度极限后，钢材抵抗变形的能力明显下降，在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处截面迅速缩小，出现径缩现象，直至试件断裂。5、钢材防腐措施。答：1、采用耐候钢；2、金属覆盖；3、非金属覆盖；4、混凝土用钢筋中限制原料中氯的含量，增加钢筋保护层厚度，对钢筋采用环氧树脂涂覆或镀锌。1、各种钢筋混凝土用钢筋的适用范围。答：热轧钢筋中的Ⅰ级钢筋可用于小型钢筋混凝土中的受力钢筋，其他钢筋混凝土结构的分布钢筋，箍筋。Ⅱ、Ⅲ级钢筋主要用于大、中型钢筋混凝土结构中的受力钢筋。FAαOApACDBB上B下sb0LL冷轧带肋钢筋中的CRB550级钢筋宜用作普通钢筋混凝土结构中的受力钢筋、架立钢筋、箍筋。CRB650级和CRB800级钢筋可用于中小型预应力钢筋混凝土结构中的受力钢筋。预应力结构中的受力钢筋宜采用预应力混凝土用钢筋、钢丝、钢绞线。2、与碳素结构钢相比，低合金高强度结构钢有何优点？建筑上常用哪些牌号？答：低合金高强度结构钢具有强度高，塑性和低温冲击韧性好、耐腐蚀，可焊性好等特点。广泛使用于钢结构，钢筋混凝土结构中，特别是大型结构、重型结构、答跨度结构、高层建筑、桥梁工程、承受动力荷载和冲击荷载的结构。常用牌号Q345，Q390。3、钢材不耐火的原因以及防火方法。答：钢材在温度超过300℃以后，强度、弹性模量显著下降，达到600℃时已失去承载能力。钢材防火的措施为：在钢材表面涂刷防火涂料；在钢材表面增加防火板材。将钢结构用混凝土或砂浆包裹起来。9、冶炼方法与脱氧程度对钢材性能有何影响？参考答案：常用的冶炼方法有：氧气转炉法、平炉法和电炉法。氧气转炉法能有效地除去磷和硫，钢中所含气体很低，非金属夹杂物亦较少，故质量较好；平炉法冶炼时间长，有足够的时间调整、控制其成分，去除杂质和气体亦较净，故质量较好，也较稳定；电炉法能自由调节温度，成分能够精确控制，故炼出的钢杂质含量少，钢的质量最好，但成本最高。按脱氧程度可以分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢和特殊镇静钢。沸腾钢和镇静钢相比较，沸腾钢中碳和有害杂质磷、硫等的偏析较严重，钢的致密程度较差。故沸腾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。10、什么是沸腾钢？有何优缺点？哪些条件下不宜选用沸腾钢？参考答案：沸腾钢仅加入锰铁进行脱氧，脱氧不完全，这种钢铸锭时，有大量的一氧化碳气体逸出，钢液呈沸腾状，故称为沸腾钢。钢的致密程度较差。故沸腾钢的冲击韧性和可焊性较差，但从经济上比较，沸腾钢只消耗少量的脱氧剂，钢的收缩孔减少，成本率较高。11、常温下钢材有哪几种晶体组织，各有何特性？简述钢中含碳量、晶体组织与性能三者之间的关系。参考答案：钢材的晶体组织：奥氏体，一般在高温下存在，其塑性和韧性很好，可以进行各种形式的压力加工而不发生脆断；铁素体，原子间的空隙较小，溶碳能力较低，其性质极其柔软，塑性和韧性很好，但强度和硬度较低；渗碳体，是碳和铁形成的化合物Fe3C，晶体结构复杂，外力作用下不易变形，故性质非常硬脆，抗拉强度很低，塑性及韧性几乎等于零；珠光体，是铁素体和渗碳体组成的机械混合物，故其性质介于铁素体和渗碳体之间，既有一定的强度和硬度，也有一定的塑性和韧性。晶格类型不同的金属，其性能也不同，面心立方晶格与体心晶格的金属比密排六方晶格的金属有较好的塑性，而体心立方晶格的金属则强度较高，同时金属晶粒愈细，不仅强度和硬度愈高而且塑性和韧性也愈好。含碳量在0.02％～0.77%范围内，随着含碳量的增加，钢的强度和硬度逐渐提高，而塑性和韧性则逐渐降低；含碳量在0.77％～2.11％范围时，随着含碳量的增加，钢的强度和硬度逐渐增高，塑性和韧性逐渐降低，当含碳量超过1.0％以后，强度极限开始下降。12、什么是屈强比,对选用钢材有何意义？参考答案：屈服强度与强度极限之比称为屈强比。当这个比值较小时，表示结构的安全度较大，即结构由于局部超载而发生破坏的强度储备较大，但比值过小时，则表示钢材强度的利用率偏低，不够经济。相反若屈强比较大，则表示钢材利用率较大，但比值过大，表示强度储备过小，脆断倾向增加，不够安全。因此这个值最好保持在0.60～0.75之间，既安全又经济。13、解释下列符号代表的意义：σs、σ0.2、σb、δ5、ak，并说明该指标表示钢材的什么性能？参考答案：σs代表钢筋的屈服强度，当应力到达该值时，在应力不增加的情况下塑性变形不断增加；σ0.2代表产生0.2%的残余应变时的应力，某些硬钢如预应力钢筋混凝土用钢筋或钢丝，无明显屈服变形，常用σ0.2代表屈服强度；σb代表钢筋的极限强度，在拉伸条件下，材料断裂前所能承受的最大应力；δ5表示原始标距为5倍直径（或厚度）时的伸长率；ak代表钢筋的冲击韧性值，在冲击荷载作用下，钢筋破坏缺口处单位面积上所吸收的冲击功，ak值越大，钢的冲击韧性越好。14、何谓冷脆性和脆性转变温度？它们对选用钢材有何意义？参考答案：钢筋由韧性断裂转变为脆性断裂，使冲击值显著降低的现象称为冷脆性，与之相对应的温度称为脆性转变温度。对于直接承受动载，而且可能在负温下工作的重要结构，必须检验钢筋的冷脆性和脆性转变温度，防止钢材在使用中发生脆性断裂，以确保结构安全。15、硫、磷、氮、氧元素对钢材性能各有何影响？参考答案：硫多数以FeS的形式存在于钢中，它是一种强度较低和性质较脆的夹杂物，受力时容易引起应力集中，降低钢的强度和疲劳强度，同时硫对热加工和焊接很不利，且偏析严重；磷多数溶于铁素体中形成固溶体，磷虽能提高钢的强度和耐腐蚀性能，但显著提高了脆性转变温度，增大了钢的冷脆性，并降低可焊性，且偏析严重；氮也溶入铁素体中形成固溶体，能提高钢的强度和硬度，但显著降低了钢的塑性和韧性，增大钢的时效敏感性和冷脆性；氧多数以FeO形式存在于非金属夹杂物中，它是一种硬脆的物质，会使钢的塑性、韧性和疲劳强度显著降低，并增大时效敏感性。16、什么叫调质热处理？它对钢材性能有何影响？参考答案：淬火和高温回火的联合处理称为调质。调质的目的主要是为了获得良好的综合技术性质，既有较高的强度，又有良好的塑性和韧性，是目前用来强化钢材的有效措施。17、什么是可焊性，哪些因素对可焊性有影响？参考答案：钢的可焊性就是指钢材在焊接后，体现其焊头联结的牢固程度和硬脆倾向大小的一种性能。钢的化学成分、冶金质量及冷加工等对可焊性影响很大。18、什么是冷加工强化和时效？各对钢材性能有何影响？参考答案：冷加工是在再结晶温度以下（一般是常温）进行的机械加工，包括冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、冷冲和冷压等各种方式。在一定范围内冷加工变形程度越大，加工硬化现象也越明显，即屈服强度提高得越多，而塑性和韧性也降低得越多；经冷加工后，随着时间的延长，钢的屈服强度和强度极限逐渐提高，塑性和韧性逐渐降低的现象，称为时效。19、什么是低合金结构钢，与碳素钢结构相比有何特点？参考答案：在碳素结构钢的基础上，加入总量小于5％的合金元素而形成的钢种，称为低合金结构钢。与碳素结构钢相比，采用低合金钢可以减轻结构自重，加大结构跨度，节约钢材，经久耐用，特别适合于高层建筑或大跨度结构，是今后结构钢的发展方向。20、根据哪些原则选用钢结构用钢？参考答案：在选用钢材牌号和材性时，为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连结方法、钢材厚度和工作环境等因素进行综合考虑。21、解释钢号Q235-A.F、Q235-D代表的意义，并比较二者在成分、性能和应用上的异同？参考答案：Q235-A.F表示屈服强度为235MPa，由氧气转炉或平炉冶炼的A级沸腾碳素结构钢。Q235-D表示屈服强度为235MPa的D级钢。A级钢的S和P含量高于D级钢，但Mn含量低于D级钢，A级钢一般用于承受静载作用的钢结构，D级钢则可用于低温条件下承受动载焊接