第二章 建筑钢材
思考题与习题：
一、填充
1、钢材按化学成分分为碳素钢、合金钢 ；按脱氧程度分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢 、特殊镇静钢。
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倍钢筋直径的伸长率 ，δ
的伸长率 ，δ10010表示 标距长度为10倍钢筋直径表示 标距长度为100mm 的伸长率 。
4、钢材试件的标距长度是16cm ，受力面积是200mm 2, 达到屈服点时的拉力是45kN ，拉断时的拉力是75kN ，拉断后的标距长度是18.9cm ，则钢材的屈服强度是 225MPa ，极限抗拉强度是 375MPa ，伸长率是 18.1% 。
5、 0.2表示：
6的脆性临界温度比环境温度低。
7、钢材中主要的有害杂质元素有 P 、 S 、 N 、 O 、 H 。
8、钢材的冷加工方法主要有 冷拉 、 冷轧 、 冷拔 、 冷扭 、 冷冲 。
9、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 。
10、钢材牌号40Si 2Mn ，40表示 含碳量0.4% ，Si 2表示 Si含量在1.5-2.5%之间 ，Mn
表示 Mn含量在1.5%以下。
11、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 。
12、普通碳素钢的牌号越大，含碳量 增加 ，强度 提高 ，塑性 下降 ，韧性 下降 ，可焊性 降低 。
13、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（腹板厚度为a 类） 。
14、型钢L45×60×8表示 不等肢角钢，肢长分别为45、60mm ，肢厚8mm 。
15、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、所有钢材都会出现屈服现象。（ ）
3、抗拉强度是钢材开始丧失对变形的抵抗能力时所承受的最大拉应力。（ ）
4、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。（ ）
5、与伸长率一样，冷弯性能也可以表明钢材的塑性大小。（ ）
6、钢材冲击韧性越大，表示钢材抵抗冲击荷载的能力越好。（ ）
7、锰对钢的性能产生一系列不良的影响，是一种有害元素。（ ）
8、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，（ ）
9、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。 （ ）
10、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）
1、钢和铁是以含碳量（ ）为界，小于该数值的是钢，大于该数值的是铁。
①、0.25 ②、0.60 ③、0.80 ④、2.0
2、下列钢质量的排列次序正确的是（ ）
①、沸腾钢＞镇静钢＞半镇静钢 ②、镇静钢＞半镇静钢＞沸腾钢
③、半镇静钢＞沸腾钢＞镇静钢
3、钢结构设计时，碳素结构钢以（ ）强度作为设计计算取值的依据。
①、σs ②、σb ③、σ0.2 ④、σp
4、甲钢伸长率为δ5，乙钢伸长率为δ10，试验条件相同。若二者数值相等，则（ ）
①、甲钢的塑性比乙钢好 ②、乙钢的塑性比甲钢好
③、二者塑性一样 ④、不能确定
5、对承受冲击及振动荷载的结构不允许使用（ ）。
①、冷拉钢筋 ②、热轧钢筋 ③、热处理钢筋
6、在建筑工程中大量应用的钢材，其力学性质主要取决于（ ）的含量多少。 ①、锰 ②、磷 ③、氧 ④、碳
7、钢材随着含碳量的增加( )。
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
8、钢结构设计时，对直接承受动力荷载的结构应选用（ ）
①、镇静钢 ②、半镇静钢 ③、沸腾钢
9、从便于加工、塑性和焊接性能的角度出发应选择（ ）钢筋
①、HPB235 ②、HRB335 ③、HRB400
10、热轧钢筋的级别高，则其（ ）
①、屈服强度、抗拉强度高且塑性好 ②、屈服强度、抗拉强度高且塑性差 ③、屈服强度、抗拉强度低且塑性好 ④、屈服强度、抗拉强度低且塑性差
11、预应力混凝土配筋用钢绞线是由（ ）根圆形截面钢丝绞捻而成的。
①、5 ②、6 ③、7 ④、8
12、钢筋表面锈蚀的原因，以下何者是主要的？（ ）
①、钢铁本身杂质多 ②、电化学作用
③、外部电解作用 ④、经冷加工存在内应力
13、下列关于铝的性能，（ ）不正确。
①、密度仅为钢的1/3 ②、延伸性好
③、强度高 ④、在大气中有良好的抗蚀能力
四、名词解释
1、强度：在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。
2、屈强比：钢材的屈服强度与抗拉强度之比。
3、钢材的冷加工：在常温下对钢材进行机械加工，使其产生塑性变形，从而提高屈服强度的过程。
4、伸长率：钢筋拉断后原标距的塑性变形与原标距的比值，反映钢筋的塑性大小或变形能力。
5、抗拉强度：钢筋拉断时的应力最高点。
五、简述
1、钢材的特点及其应用。
答：优点：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：易腐蚀，耐火性差。
应用：广泛应用于建筑钢结构、钢筋混凝土结构等。
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：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。
时效：经冷加工后的钢材，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：弹性阶段：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。
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。
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。
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、各种钢筋混凝土用钢筋的适用范围。
答：①热轧钢筋中的HPB235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。HRB335、HRB400级钢筋主要用于大、中型钢筋混凝土结构中的受力钢筋。
②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。
③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。
6、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。
7、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。
钢材防火措施：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。
8、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。
9、某寒冷地区的某一钢结构厂房，于某日突然发生倒塌，当时气温为负22度，事后经调查认为与钢材性质有很大关系。试从钢材性质方面分析事故发生的可能原因。
答：环境温度对钢材的冲击韧性影响很大。当结构的使用温度低于脆性临界温度时，冲击
韧性下降很多，冷脆性不好，导致结构断裂。
三、计算
直径为12mm 的热轧钢筋，截取两根试样，测得的屈服荷载为42.4KN 、41.1KN ；断裂荷载为64.3KN 、63.1KN 。试件标距为60mm ，断裂后的标距长度分别为71.3mm 、71.8mm 。试确定该钢筋的牌号。 解：屈服强度：σs 1=4240041100、=375MPa σ==363MPa ，则σs =363MPa ； s 2π⨯122/4π⨯122/4
6430063100 抗拉强度：σb 1=、=569MPa σ==558MPa ，则σb =558MPa ； b 2π⨯122/4π⨯122/4
伸长率：δ（71.3-60）/60=18.8%、 51＝ δ（71.8-60）/60=19.7%， 52＝ 则δ5＝18.8%。 该钢筋为HRB335级钢。
第二章 建筑钢材
思考题与习题：
一、填充
1、钢材按化学成分分为碳素钢、合金钢 ；按脱氧程度分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢 、特殊镇静钢。
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倍钢筋直径的伸长率 ，δ
的伸长率 ，δ10010表示 标距长度为10倍钢筋直径表示 标距长度为100mm 的伸长率 。
4、钢材试件的标距长度是16cm ，受力面积是200mm 2, 达到屈服点时的拉力是45kN ，拉断时的拉力是75kN ，拉断后的标距长度是18.9cm ，则钢材的屈服强度是 225MPa ，极限抗拉强度是 375MPa ，伸长率是 18.1% 。
5、 0.2表示：
6的脆性临界温度比环境温度低。
7、钢材中主要的有害杂质元素有 P 、 S 、 N 、 O 、 H 。
8、钢材的冷加工方法主要有 冷拉 、 冷轧 、 冷拔 、 冷扭 、 冷冲 。
9、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 。
10、钢材牌号40Si 2Mn ，40表示 含碳量0.4% ，Si 2表示 Si含量在1.5-2.5%之间 ，Mn
表示 Mn含量在1.5%以下。
11、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 。
12、普通碳素钢的牌号越大，含碳量 增加 ，强度 提高 ，塑性 下降 ，韧性 下降 ，可焊性 降低 。
13、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（腹板厚度为a 类） 。
14、型钢L45×60×8表示 不等肢角钢，肢长分别为45、60mm ，肢厚8mm 。
15、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、所有钢材都会出现屈服现象。（ ）
3、抗拉强度是钢材开始丧失对变形的抵抗能力时所承受的最大拉应力。（ ）
4、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。（ ）
5、与伸长率一样，冷弯性能也可以表明钢材的塑性大小。（ ）
6、钢材冲击韧性越大，表示钢材抵抗冲击荷载的能力越好。（ ）
7、锰对钢的性能产生一系列不良的影响，是一种有害元素。（ ）
8、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，（ ）
9、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。 （ ）
10、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）
1、钢和铁是以含碳量（ ）为界，小于该数值的是钢，大于该数值的是铁。
①、0.25 ②、0.60 ③、0.80 ④、2.0
2、下列钢质量的排列次序正确的是（ ）
①、沸腾钢＞镇静钢＞半镇静钢 ②、镇静钢＞半镇静钢＞沸腾钢
③、半镇静钢＞沸腾钢＞镇静钢
3、钢结构设计时，碳素结构钢以（ ）强度作为设计计算取值的依据。
①、σs ②、σb ③、σ0.2 ④、σp
4、甲钢伸长率为δ5，乙钢伸长率为δ10，试验条件相同。若二者数值相等，则（ ）
①、甲钢的塑性比乙钢好 ②、乙钢的塑性比甲钢好
③、二者塑性一样 ④、不能确定
5、对承受冲击及振动荷载的结构不允许使用（ ）。
①、冷拉钢筋 ②、热轧钢筋 ③、热处理钢筋
6、在建筑工程中大量应用的钢材，其力学性质主要取决于（ ）的含量多少。 ①、锰 ②、磷 ③、氧 ④、碳
7、钢材随着含碳量的增加( )。
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
8、钢结构设计时，对直接承受动力荷载的结构应选用（ ）
①、镇静钢 ②、半镇静钢 ③、沸腾钢
9、从便于加工、塑性和焊接性能的角度出发应选择（ ）钢筋
①、HPB235 ②、HRB335 ③、HRB400
10、热轧钢筋的级别高，则其（ ）
①、屈服强度、抗拉强度高且塑性好 ②、屈服强度、抗拉强度高且塑性差 ③、屈服强度、抗拉强度低且塑性好 ④、屈服强度、抗拉强度低且塑性差
11、预应力混凝土配筋用钢绞线是由（ ）根圆形截面钢丝绞捻而成的。
①、5 ②、6 ③、7 ④、8
12、钢筋表面锈蚀的原因，以下何者是主要的？（ ）
①、钢铁本身杂质多 ②、电化学作用
③、外部电解作用 ④、经冷加工存在内应力
13、下列关于铝的性能，（ ）不正确。
①、密度仅为钢的1/3 ②、延伸性好
③、强度高 ④、在大气中有良好的抗蚀能力
四、名词解释
1、强度：在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。
2、屈强比：钢材的屈服强度与抗拉强度之比。
3、钢材的冷加工：在常温下对钢材进行机械加工，使其产生塑性变形，从而提高屈服强度的过程。
4、伸长率：钢筋拉断后原标距的塑性变形与原标距的比值，反映钢筋的塑性大小或变形能力。
5、抗拉强度：钢筋拉断时的应力最高点。
五、简述
1、钢材的特点及其应用。
答：优点：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：易腐蚀，耐火性差。
应用：广泛应用于建筑钢结构、钢筋混凝土结构等。
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：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。
时效：经冷加工后的钢材，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：弹性阶段：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。
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。
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。
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、各种钢筋混凝土用钢筋的适用范围。
答：①热轧钢筋中的HPB235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。HRB335、HRB400级钢筋主要用于大、中型钢筋混凝土结构中的受力钢筋。
②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。
③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。
6、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。
7、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。
钢材防火措施：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。
8、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。
9、某寒冷地区的某一钢结构厂房，于某日突然发生倒塌，当时气温为负22度，事后经调查认为与钢材性质有很大关系。试从钢材性质方面分析事故发生的可能原因。
答：环境温度对钢材的冲击韧性影响很大。当结构的使用温度低于脆性临界温度时，冲击
韧性下降很多，冷脆性不好，导致结构断裂。
三、计算
直径为12mm 的热轧钢筋，截取两根试样，测得的屈服荷载为42.4KN 、41.1KN ；断裂荷载为64.3KN 、63.1KN 。试件标距为60mm ，断裂后的标距长度分别为71.3mm 、71.8mm 。试确定该钢筋的牌号。 解：屈服强度：σs 1=4240041100、=375MPa σ==363MPa ，则σs =363MPa ； s 2π⨯122/4π⨯122/4
6430063100 抗拉强度：σb 1=、=569MPa σ==558MPa ，则σb =558MPa ； b 2π⨯122/4π⨯122/4
伸长率：δ（71.3-60）/60=18.8%、 51＝ δ（71.8-60）/60=19.7%， 52＝ 则δ5＝18.8%。 该钢筋为HRB335级钢。