工地主任訓練班 鋼筋材料教案大綱.doc

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1、第一章鋼鐵材料介紹：製程、加工、力學性質與工程應用1.1鋼鐵製程生鐵係由鐵礦石(如磁鐵礦(Fe2O4)、褐鐵礦(Fe2O3‧nH2O)或赤鐵礦(Fe2O3)等)與助熔劑(石灰石)、還原劑(焦炭與錳礦石)混合注入高爐中經由焦炭燃燒，熔融還原分離而得。生鐵含鐵量約為94%，含碳量約為2.11%~6.69%，並含其他雜質如矽、硫、錳及磷等元素。商業化的鐵製品依含碳量的不同可分為熟鐵、鋼及鑄鐵三類。含碳量增加會降低鐵的熔點，影響鐵金屬的結構與機械行為。鋼係以鐵為主要元素的一種合金，含碳量在2.11%以下(一般為0.02~2.0%)，並含有些許雜質如矽

2、、硫、錳及磷等元素。鋼材是生鐵經冶鍊、鑄錠、轧壓與熱處理等過程生產而得。鋼係由生鐵在煉鋼爐內(根據煉鋼設備不同分為平爐法、氧氣轉爐法及電爐法三種；電爐法又分為電弧爐法、電阻爐法與感應爐法)高溫氧化精煉而成，主要將生鐵中的碳氧化，使碳含量及其他有害雜質降至一定範圍，提高品質與性能如硬度、抗拉強度、韌性與延性等。經冶煉後的鋼水注入錠模內，凝固形成柱狀鋼錠，鋼水在注入錠模前需加入錳、矽和鋁錠等脫氧劑進行脫氧處理。鋼在鑄錠過程中，常會發生偏析、縮孔、氣泡、晶粒粗大及組織不緻密等缺陷，所以在工程應用上，需經冷加工或熱加工改善鋼錠缺陷如使鬆散組織緻密、細

3、化晶粒提高強度與品質。熱加工係將鋼加熱至再結晶溫度以上施壓加工；冷加工係在再結晶溫度以下完成施壓加工。鋼材依照含碳量可區分為高碳鋼(1.5%≧碳含量≧0.5%)，中碳鋼(碳含量0.3~0.5%)及低碳鋼(碳含量0.05~0.3%)。低碳鋼又稱微軟鋼，中碳鋼主要使用於鋼筋而高碳鋼為工具鋼。1.2鋼材加工與焊接性鋼材在常溫下進行冷拉、冷拔或冷軋，使鋼材產生塑性變形，從而提高降服強度，降低塑性、韌性及彈性模數。熱處理細對鋼材進行加熱、保溫與冷卻，使鋼材的性能改變。常用的熱處理方法包括退火、正火、淬火和回火。31鋼材的焊接性會影響焊接的品質，影響焊接

4、性的因素主要是鋼材的碳含量與碳當量。碳當量是評估合金鋼焊接性的一個重要參數。焊接品質的檢驗方法可分為試體抽樣試驗與現場非破壞檢測兩種，前者係在試驗室進行焊接試樣的力學性質，非破壞檢測係在現場結構採用超音波、X光射線或磁力等物理方法，對焊接缺陷進行檢測。1.3鋼材力學性質鋼材的力學性質包括抗拉強度、冷彎性能、衝擊韌性及抗疲勞性等。抗拉強度是鋼材重要的力學性質。圖1-1為典型的低碳鋼受拉的應力/應變圖。當鋼材受拉力時，應變(ε=δ/L)會隨應力(σ=P/A)增加而增加；圖中應力/應變曲線可分為線彈性區間、降伏區間、應變硬化區間、頸縮區間及破裂。比

5、例限度彈性限度降伏應力σplσYσEσfσuσε極限應力破裂應力應變硬化降伏塑性行為彈性區域彈性行為圖1-1碳鋼的應力/應變圖線彈性區間應力較低，應力與應變成正比例關係，31鋼筋不會發生永久變形，此應力稱為鋼筋的彈性限度(σE)，釋去外力後鋼材試體恢復原狀。spl為比例限度(proportionlimit)，sy為降伏應力(yieldstress)，及su為抗拉強度或極限應力(ultimatestress)。鋼材在線彈性區間內應力與應變的比值為常數(E=s/ε)，稱為楊氏模數或彈性模數。彈性模數反應材料剛度或勁度。營建工程中使用的鋼材的彈性模

6、數大約為2.0~2.1x105MPa.。降伏區間應變快速增大產生塑性變形，此時應力與應變關係不再為線性。降伏至一定程度後，由於鋼材內部晶格扭曲、晶粒破碎等原因，抑制塑性變形進一步發展，鋼材抵抗外力的能力重新提高。常用低碳鋼的抗拉強度約為375~500MPa.。應變硬化後試體薄弱處的斷面會顯著減小，發生頸縮現象而後斷裂。冷彎性質為常溫下鋼材承受彎曲變形的能力，常用彎曲角度或彎曲直徑與試體直徑比來表示。衝擊韌性係指鋼材抵抗衝擊載重的能力，可使用標準試體的彎曲衝擊韌性試驗來判定。抗疲勞性係指鋼材在反覆載重下，應力雖低於抗拉強度的情況下發生突然破壞。

7、疲勞強度與應力比、循環載重類型及循環數有關。鋼筋疲勞強度試驗同常採用循環拉應力，應力比取0.1~0.8循環數一般為2x106或4x106。硬度為鋼材抵抗硬物壓入產生局不變形的能力，硬度試驗法有布氏法、洛氏法及維氏法。1.4營建工程使用的鋼材土木或建築工程中常用的鋼材為鋼結構使用的型鋼與鋼筋混凝土使用的鋼筋及鋼絲(或鋼絲網)，型鋼與鋼筋的性質決定於鋼材類型與加工方法。型鋼主要由鋼胚或鋼錠輾軋而成；鋼筋依生產方式可分為熱軋鋼筋、冷軋竹節鋼筋及冷軋扭鋼筋。熱軋鋼筋是鋼筋混凝土主要使用的鋼筋類型，從外型分為光面鋼筋與竹節鋼筋兩種。冷軋竹節鋼筋係以普通

8、低碳鋼或低合金鋼為母材，經多道冷軋減徑後，在表面形成三面有竹節的鋼筋。冷軋扭鋼筋係以低碳鋼經冷軋扁與冷扭轉而形成具有連續螺旋狀的鋼筋。1.5鋼筋的類別31鋼筋混凝土