第四讲 电力工程技术基础知识（4）
一、 内容提示
这一讲主要2G311060电力工程常用建筑钢材的类型及其选用原则和2G311070变电站（所）及送电线路常用材料的基本知识
二、 重点难点
常用建筑钢材的类型、常用建筑钢材的选用原则及电线电缆的分类及主要用途和金具、绝缘子的分类及主要用途
三、 大纲要求
掌握电力工程常用建筑钢材的类型及其选用原则、熟悉变电站（所）及送电线路常用材料的基本知识
四、 内容讲解
2G311060 掌握电力工程常用建筑钢材的类型及其选用原则
2G311061 常用建筑钢材的类型
1、碳素结构钢
碳素结构钢指一般的结构钢，以及工程用的热轧板、管、型、棒材。在建筑工程中的钢结构，广泛使用这些钢材。碳素结构钢冶炼方便，成本低，具有良好的塑性及各种加工性能。
我国生产的碳素钢分为Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五个牌号。其中的Q是屈服强度屈字的汉语拼音的字头，后面的阿拉伯数字表示屈服强度值（MPa）。由Q195到Q275是以强度由低到高排列的，钢材强度主要由其中碳元素的含量的多少来确定的。钢结构用钢主要是Q235，其含碳量在0.12%～0.22%之间。
碳素结构钢的表示方法为Q235一#.#， #分别表示质量等级和浇注方法。例如Q235一A.F，表示屈服点为235MPa的质量为A级的沸腾钢。Q235分为A、B、C、D四个质量等级，其中D级质量最好，A级质量最差。A、B级按脱氧程度分为沸腾钢（F）、半镇静钢（B），C级为镇静钢（Z），D级为特殊镇静钢（TZ），其中镇静钢（Z）、特殊镇静钢（TZ）可以不写。
2.低合金高强度结构钢
低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上，少量添加若干合金元素而成，例如：硅、锰、钒、钛等。合金元素总量低于5%的钢称之为低合金钢，高于5%为高合金钢。建筑结构仅用低合金钢，其牌号和性能如下：
由于生产和使用经验的关系，《混凝土结构工程施工质量验收规范》推荐使用低合金钢有两种：16Mn（16锰）和15MnV（15锰钒），《混凝土结构工程施工质量验收规范》还推荐与这两种类似而质量较高的桥梁用钢，即16Mn21q（16锰桥），15MnVq（15锰钒桥）钢。
低合金钢的品牌前两位数表示平均含碳量的万分数，后面再标出所含合金元素的符号。当其平均含量低于1.5%时只列元素的符号，当高于1.5%时在元素符号后列百分之几并取整数。例如16Mn，表示其含碳量为0.16%及主要合金元素为锰且合金量低于1.5%.
低合金结构钢的化学成分与碳素结构钢相似，但加入少量的合金元素。16Mn和15MnV的屈服强度比Q235分别高出47%和66%，并具有较好的塑性、韧性和加工性能，是强度高且综合性能好的钢材。用于钢结构可比碳素结构钢节约材料15%～25%，当仅用于受拉及受弯时则节约比例更大。
3.型钢与钢板
（1）型钢。在建筑工程中主要承重结构及辅助结构，大量使用各种规格与型号的型钢。常使用的型钢有角钢、工字钢、槽钢、扁钢等，用以组成各种形式的钢结构。
（2）钢板。钢板有厚板、中板和薄板之分。厚板在建筑上应用最多。建筑上多用中板与各种型钢组成钢结构。镀锌薄板用于制作落水管；或压制成波形后，即成瓦楞铁皮，用作车间的屋面或维护结构。
4.钢筋
钢筋是建筑工程中用量最大的钢材品种之一，其材质按化学成分包括普通碳素钢和普通低合金钢。钢筋就生产工艺不同分为热轧钢筋、冷加工钢筋、热处理钢筋及钢丝等。
（1）热轧钢筋。在一般钢筋混凝土结构中大量使用的钢筋为热轧钢筋。热轧钢筋分为HPB235、HRB335、HRB400、HRB500四个等级。其中HPB235级钢筋由碳素结构钢轧制，其余均由低合金结构钢轧制而成。
（2）冷加工钢筋。冷加工钢筋主要有冷拉钢筋和冷拔低碳钢丝。钢筋经过冷加工处理后，钢筋的耐冲击韧性有所降低，因此，在承受冲击荷载的基础和结构中不得使用。
（3）热处理钢筋。热处理钢筋是以热轧HRB500级钢筋经调质处理（先淬火后高温回火）后，使其综合力学性能提高的钢筋。
（4）碳素钢丝。碳素钢丝由含碳量不低于0.8%的优质碳素结构钢盘条，经冷拔及回火制成。碳素钢丝具有很好的力学性质。
例题：在碳素结构钢的牌号中，符号Q的含义是表示（ ）。
A. 镇静钢 B.质量等级最低
C.质量等级最高 D.钢材屈服点
答案：D
例题：在钢结构中，常用的碳素结构钢是（ ）。
A.Q195 B.Q215
C. Q235 D.Q255
答案：C
2G311062 常用建筑钢材的选用原则
1、碳素结构钢（非合金结构钢）的选用原则
建筑工程中主要应用的碳素钢是Q235号钢。在非预应力混凝土中，使用最多的一级钢筋即由Q235号钢热轧而成。在钢结构中，各种型钢、钢板和钢管，主要也是应用Q235号钢轧制而成的。Q235号钢之所以普遍应用于建筑中，主要是它的机械强度、韧性和塑性以及加工等综合方面的性能好，而且冶炼方便，成本较低。Q215号钢机械强度低、塑性大，受力后产生变形大。经冷加工和时效处理后可代替Q235号钢使用。Q275号钢机械强度高，但塑性较差，以前曾轧制成人字纹钢筋，用于钢筋混凝土中。在选用钢的牌号时，还必须熟悉钢的质量。质量等级为D和C的钢优于B和A的钢，特殊镇静钢、镇静钢优于半镇静钢，更优于沸腾钢。质量好的钢，成本较高。工程结构的荷载类型、连接方式（焊接或非焊接）及环境温度等条件，对钢材性能有不同的要求，是选用钢材时必须注意的。
在动荷载、焊接结构或严寒低温条件下工作时，往往限制沸腾钢的使用。沸腾钢的限制条件是：（1）直接承受动荷载的焊接结构；（2）直接承受动荷载的非焊接结构，而计算温度等于或低于-20℃；（3）承受静荷载及间接动荷载作用，而计算温度等于或低于-30℃时的焊接结构。因此，质量较差、时效敏感性大、钢材性能不够稳定的沸腾钢，仅用于除上述限制条件外的一般结构工程使用。由于Q235 - D钢含有足够的形成细晶粒结构的元素，同时对硫、磷元素控制较严格，故其冲击韧性好，抵抗振动冲击荷载能力较强，尤其在一定低温条件下选用更为合理。质量等级为A的钢，一般仅适用于受静荷载作用的结构。
2.低合金高强度结构钢的选用原则
我国生产供应的低合金高强度结构钢，由于碳含量小于0.02%，因而有较好的韧性、可焊性和冷弯性能。掺人元素锰又能够使珠光体细化，强度和韧性提高；掺人钒、铌等元素后，钢的强度进一步提高；掺人稀土（RE）、铜（Cu）等特定元素可改善钢的加工性能和提高其耐腐蚀性能。所以，按主要性能和特性分类，称它为可焊接低合金高强度结构钢。低合金高强度结构钢比碳素结构钢强度高，高强度结构钢塑性和韧性好，而且抗冲击、耐低温、耐腐蚀能力强，并且质量稳定。在钢结构中，常采用低合金高强度结构钢轧制的型钢、钢板和钢管来建造桥梁、高层建筑及大跨度钢结构建筑。
3.钢筋混凝土结构用钢筋和钢丝的选用原则
钢筋混凝土结构用钢筋和钢丝，主要是碳素结构钢和低合金结构钢的产品。目前普遍使用的有热轧钢筋、冷拔低碳钢丝、碳素钢丝、钢绞线和热处理钢筋等。
（1）热轧钢筋的选用：HPB235级钢筋是用碳素钢Q235一B轧制的，宜作非预应力钢筋；HRB335、HRB400级钢筋是用普通质量低合金钢轧制的，适合用作非预应力钢筋和预应力钢筋；HRB500级钢筋是用优质合金钢轧制的，强度高，质量好，适宜用作预应力钢筋。
（2）冷拔低碳钢丝的选用：GB 50204—1992规定，冷拔低碳钢丝按机械强度分为两级，乙级为非预应力钢丝，直径为3～5mm；甲级为预应力钢丝，直径为4mm和5mm，其强度更高。伸长率应不低于1.0%～2.5%.混凝土构件厂自行拔制的钢丝，表面不准有锈蚀、伤痕、油污、皂渍和裂纹等外观缺陷，伸长率不合格者不准用于预应力混凝土构件中。
（3）预应力混凝土用钢丝及钢绞线的选用：预应力混凝土用钢丝及钢绞线由含碳量较高的优质碳素钢盘条筋，经酸洗、冷拔或者再回火处理而制成，具有强度高、柔性好、无接头、施工方便、安全可靠等特点，适用于大跨度屋架、吊车梁等大型构件及V形折板配筋。碳素钢丝按冷拔和矫直回火两种方式由钢厂供货，成本较高。还可以将碳素钢丝压制成刻痕钢丝并经低温回火后成盘供应，用于预应力混凝土中。
若将7根直径为2.5～5mm的碳素钢丝绞捻后，清除内应力，制成钢绞线，可用于大型屋架、薄腹梁、大跨桥梁等大承载力的后张法预应力重型或大跨混凝土结构中。钢绞线直径9～15mm，破坏荷载达220kN，屈服荷载达185kN，其柔性好，无接头，质量稳定。
（4）热处理钢筋的选用：热处理钢筋强度高，综合性能好，质量稳定，锚固性好，节省钢材，主要用于预应力钢筋混凝土轨枕和其他预应力混凝土构件中。
例题：在动荷载、焊接结构或严寒低温条件下工作时，往往限制（ ）的使用。
A. 特殊镇静钢 B.沸腾钢
C. 半镇静钢 D.镇静钢
答案：B
例题：预应力混凝土用钢丝及钢绞线的具有（ ） 等特点，适用于大跨度屋架、吊车梁等大型构件及V形折板配筋。
A. 强度高 B. 柔性好
C. 无接头 D. 安全可靠
E. 易焊接
答案：A、B、C、D