考点19 钢材性能与选用《建筑结构》吉林省（对口招生）建筑工程类（土木建筑类） 知识点讲解

吉林省建筑工程类（土木建筑类）对口招生复习讲义 《建筑结构》 考点19 钢材性能与选用 ■考纲要求 1.钢结构选材要求、破坏形式、主要机械性能，影响钢材性能的因素，钢材品种及规格。 ■知识网络 一、知识树 图1-19-1钢结构相关知识点 二、重点知识梳理 一、钢结构选材要求 选材核心是兼顾安全性、适用性和经济性，需综合考虑以下关键因素：1. 结构重要性、荷载特征（如静力、动力荷载）及连接方式（焊接、螺栓连接），焊接结构需控制钢材碳含量以保证可焊性；2. 工作环境，低温环境需选用韧性更好的钢材，外露环境可考虑耐候钢，高温环境需关注钢材耐热性能；3. 钢材性能匹配，需保证抗拉强度、屈服强度、韧性等核心指标达标，抗震结构还要求强屈比不小于1.2、伸长率大于20%；4. 经济性，在满足性能要求的前提下，优先选用性价比高的钢材，同时避免过度追求高强度导致成本浪费；5. 设计文件需明确钢材牌号、质量等级、性能要求及复验要求等关键信息。 二、钢材的破坏形式 钢材破坏主要分为两种类型，核心区别在于破坏前的变形特征： 1.塑性破坏：属于延性破坏，破坏前产生大量塑性变形，伴随明显颈缩现象，断裂面呈纤维状、无光泽，破坏过程缓慢，有预警信号，是钢结构设计中允许的破坏形式，可通过合理设计避免。 2.脆性破坏：属于突发性破坏，破坏前几乎无塑性变形，断裂面平整、有光泽，破坏速度极快，无明显预警，易造成严重后果。其产生与钢材韧性不足、低温环境、应力集中、厚板使用等因素相关，是设计中需重点防止的破坏形式。 三、钢材的主要机械性能 钢材的机械性能是选材和设计的核心依据，主要包括以下4项： 1.强度：衡量钢材抵抗外力破坏的能力，核心指标有屈服强度（钢材开始产生塑性变形的应力，设计中主要依据）和抗拉强度（钢材能承受的最大拉应力，用于判断强度储备），二者比值（屈强比）需控制在合理范围，保证钢材有足够的塑性储备。 2.塑性：钢材受力后产生塑性变形而不破坏的能力，主要用伸长率和断面收缩率衡量，塑性越好，钢材越能适应变形，避免脆性破坏。 3.韧性：钢材抵抗冲击荷载的能力，用冲击吸收功表示，韧性不足易导致低温脆性破坏，低温环境、厚板构件需选用韧性更高的钢材。 4.可焊性：钢材焊接后形成完整接头、不产生裂纹且接头性能不低于母材的能力，主要与钢材碳含量、合金元素含量相关，焊接结构需选用可焊性良好的钢材，避免焊接缺陷。 四、影响钢材性能的因素 影响钢材性能的因素分为内在因素和外在因素，具体如下： 1.内在因素：主要是钢材的化学成分，碳含量是核心影响因素，含碳量越高，钢材强度越高，但塑性、韧性和可焊性越低，结构用钢含碳量一般不超过0.22%；硫、磷为有害元素，硫导致钢材热脆，磷导致钢材冷脆，需严格控制含量；锰、硅可提高钢材强度且不明显降低塑性，适量掺入可改善钢材性能；铝、钛等元素可细化晶粒，提升钢材韧性。 2.外在因素：包括加工工艺（冶炼、轧制、热处理）、环境温度（低温降低韧性，高温降低强度，250℃左右出现蓝脆现象）、应力状态（三向拉应力易诱发脆性破坏）、应力集中（孔洞、槽口等易产生应力集中，降低钢材韧性）、时效硬化和冷作硬化（均会提高强度、降低塑性和韧性）。 五、钢材品种及规格 （一）主要品种 建筑钢结构常用钢材按化学成分可分为两类，兼顾实用性和经济性： 1.碳素结构钢：主要牌号为Q235，分为A、B、C、D四个质量等级，等级越高，韧性越好、有害元素含量越低，适用于承受静力荷载的一般钢结构。 2.低合金高强度结构钢：主要牌号为Q345、Q390等，强度高于碳素结构钢，且塑性、韧性和可焊性较好，适用于大跨度、高层、重型钢结构；此外，GJ钢板（建筑结构用钢板）专为高层钢结构设计，厚度效应小、性能稳定，厚板件优先选用；耐候钢适用于外露环境，耐腐蚀性能是普通钢材的2倍以上。 （二）常用规格 建筑钢结构常用钢材规格按外形可分为： 1.钢板：按厚度分为薄板（≤4mm）、厚板（4~60mm）、特厚板（>60mm），规格表示为“-宽×厚×长”，用于梁、柱翼缘、节点板等。 2.型钢：包括角钢（等边角钢、不等边角钢，用于支撑、连接）、槽钢（普通槽钢、轻型槽钢，用于檩条）、H型钢（热轧、焊接，分为宽翼缘HW、中翼缘HM等，用于梁、柱主力构件）、T型钢（由H型钢剖分而成，用于节点连接）。 3.钢带：成卷交货，宽钢带用于剪切钢板或冷弯型钢，窄钢带用于小型构件。 注：钢材规格需结合构件受力需求、连接方式和施工条件选用，同时符合现行国家标准要求。■练习题 一、单选题（下面选项中只有一个答案是正确的，每题2分，共20分） 1.建筑钢结构中最常用的碳素结构钢品种是（ ） A. Q195 B. Q215 C. Q235 D. Q355 2.钢材的屈服强度是指（ ） A. 钢材抵抗拉断的最大应力 B. 钢材开始产生塑性变形的应力 C. 钢材抵抗冲击荷载的能力 D. 钢材的焊接性能指标 3.下列属于钢材脆性破坏特征的是（ ） A. 破坏前有明显塑性变形 B. 断口呈纤维状 C. 破坏突然发生，无预警 D. 破坏过程缓慢 4.钢材中哪种有害元素会导致热脆现象（ ） A. 碳 B. 锰 C. 硫 D. 磷 5.影响钢材韧性的主要外在因素是（ ） A. 化学成分 B. 温度 C. 晶粒大小 D. 加工工艺 6.钢结构选材时，首要考虑的核心要求是（ ） A. 经济性 B. 可焊性 C. 强度和塑性 D. 外观质量 7.下列哪种钢材属于低合金高强度结构钢（ ） A. Q235 B. Q355 C. Q195 D. Q215 8.钢材经冷加工后，其力学性能变化是（ ） A. 强度提高，塑性提高 B. 强度降低，塑性降低 C. 强度提高，塑性降低 D. 强度降低，塑性提高 9.衡量钢材塑性的指标是（ ） A. 抗拉强度 B. 屈服强度 C. 伸长率 D. 冲击吸收功 10.下列哪种构件不属于钢结构常用型钢（ ） A. 工字钢 B. 槽钢 C. 钢筋 D. H型钢 二、多选题（每题3分，共10道，共计30分） 1.钢结构选材的基本要求包括（ ） A. 足够的强度 B. 良好的塑性 C. 优异的韧性 D. 良好的可焊性 E. 经济性 2.钢材的主要机械性能包括（ ） A. 强度 B. 塑性 C. 韧性 D. 可焊性 E. 耐久性 3.钢材脆性破坏的主要原因有（ ） A. 低温环境 B. 钢材含磷量过高 C. 应力集中 D. 塑性较好 E. 焊接缺陷 4.影响钢材性能的内在因素有（ ） A. 化学成分 B. 温度 C. 钢材组织 D. 加工工艺 E. 时效作用 5.下列关于碳素结构钢Q235的说法正确的有（ ） A. 是建筑钢结构常用品种 B. 分A、B、C、D四个等级 C. 等级越高，冲击韧性要求越严 D. 强度高于Q355 E. 可焊性良好 6.钢结构常用的钢材规格包括（ ） A. 工字钢 B. 槽钢 C. 钢板 D. 钢管 E. 混凝土 7.下列属于钢材塑性破坏特征的有（ ） A. 破坏前有明显塑性变形 B. 断口呈纤维状 C. 破坏突然发生 D. 断口平整有光泽 E. 破坏过程缓慢 8.钢材中有益元素有（ ） A. 碳 B. 锰 C. 硫 D. 磷 E. 硅 9.焊接对钢材性能的影响主要体现在（ ） A. 可能产生焊接裂纹 B. 接头强度可能低于母材 C. 提高钢材塑性 D. 降低钢材韧性 E. 改善钢材的可焊性 10.下列关于低合金高强度结构钢的说法正确的有（ ） A. 强度高于碳素结构钢 B. 塑性韧性优于碳素结构钢 C. 用于大跨度、重荷载结构 D. 可焊性良好 E. 价格低于碳素结构钢 三、判断题（10道，共20分） 1.钢结构选材时，只需考虑强度达标，无需关注塑性和韧性。（ ） 2.钢材的抗拉强度是设计取值的主要依据。（ ） 3.塑性破坏比脆性破坏更危险，需重点避免。（ ） 4.硫是钢材中的有害元素，会导致冷脆现象。（ ） 5.低温环境会降低钢材的韧性，增加脆性破坏的风险。（ ） 6.Q355属于碳素结构钢，是建筑钢结构常用品种。（ ） 7.钢材经冷加工后，强度提高，塑性下降。（ ） 8.伸长率和断面收缩率是衡量钢材韧性的指标。（ ） 9.H型钢是钢结构常用的型钢之一，适用于承受较大弯矩和剪力的构件。（ ） 10.可焊性是钢材的重要机械性能，分为工艺可焊性和使用可焊性。（ ） 四、简答题（1道，共10分） 1.简述钢结构选材的核心要求及各要求的含义。 2.简述影响钢材性能的主要因素，并说明各因素对钢材性能的具体影响。 ■真题练习 五、真题练习（每题1分，总共10分） 1.（2023年高考真题简答）1.某大跨度钢结构厂房，需承受较大荷载且处于寒冷地区，选择钢材时应重点考虑哪些性能？并说明理由；同时列举两种适合该厂房的钢材品种及规格。 ■参考答案 一、单选题答案 1.C 2.B 3.C 4.C 5.B 6.C 7.B 8.C 9.C 10.C （二）多选题答案 1.ABCDE 2.ABCD 3.ABCE 4.AC 5.ABCE 6.ABCD 7.ABE 8.BE 9.ABD 10.ACD （三）判断题答案 1.× 2.× 3.× 4.× 5.√ 6.× 7.√ 8.× 9.√ 10.√ （四）简答题答案 1. 钢结构选材的核心要求包括强度、塑性、韧性、可焊性和经济性，各要求含义如下： ① 强度：保证钢材具有足够的抗拉、抗压、抗弯能力，能够承受设计荷载，避免构件破坏； ② 塑性：钢材断裂前有足够的塑性变形，避免发生脆性破坏，为结构破坏提供预警； ③ 韧性：钢材能够抵抗冲击荷载的作用，尤其是低温环境下，需保证冲击韧性达标，防止脆性断裂； ④ 可焊性：钢材焊接后不产生裂纹，接头的力学性能不低于母材，保证焊接连接的可靠性； ⑤ 经济性：结合工程用途和荷载特点，选择性价比高的钢材品种和规格，避免过度选材造成浪费。 2. 影响钢材性能的主要因素分为内在因素和外在因素，具体影响如下： （1）内在因素： ① 化学成分：碳含量越高，钢材强度越高，但塑性、韧性和可焊性越低；锰能提高钢材强度和韧性，改善可焊性；硫、磷是有害元素，硫导致钢材热脆，磷导致钢材冷脆；硅能提高钢材强度，不显著影响塑性和韧性。 ② 钢材组织：晶粒越细小，钢材的强度和韧性越好；金相结构不同（如铁素体、珠光体），钢材性能也不同。 （2）外在因素： ① 温度：低温会降低钢材的韧性，增加脆性破坏风险；高温会降低钢材的强度和塑性。 ② 应力状态：复杂应力（如拉弯组合应力）会降低钢材的塑性，易引发脆性破坏。 ③ 加工工艺：冷加工会提高钢材强度，但降低塑性和韧性；焊接会产生焊接应力和焊接缺陷，影响接头性能。 ④ 时效作用：钢材经冷加工后，随时间增长，强度上升、塑性和韧性下降。 （五）高考真题答案 1. （1）重点考虑的钢材性能及理由： ① 强度：厂房承受较大荷载，需保证钢材具有足够的抗拉、抗压、抗弯强度，避免构件因荷载过大而破坏； ② 韧性：厂房处于寒冷地区，低温会降低钢材韧性，需重点保证钢材的冲击韧性，防止发生脆性断裂，避免引发安全事故； ③ 可焊性：大跨度钢结构需通过焊接连接，需保证钢材可焊性良好，焊接后不产生裂纹，接头性能达标，保证结构整体性； ④ 塑性：需保证钢材具有良好的塑性，破坏前有明显变形，为结构维护和人员疏散提供时间。 （2）适合的钢材品种及规格： ① 品种1：Q355低合金高强度结构钢，规格：H型钢（如H400×200×8×12），适用于承受较大弯矩和剪力的主梁、次梁； ② 品种2：Q235碳素结构钢（C级或D级，满足低温冲击要求），规格：槽钢（如[20a），适用于支撑构件、次结构，性价比高，可焊性良好。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $