8.2 建筑钢材的主要技术性能（课件）-高一《建筑材料》（高教版 第4版）

单元8 建筑钢材 一、拉伸性能 8.2 建筑钢材的主要技术性能 钢材的强度可分为拉伸强度、压缩强度、弯曲强度和剪切强度等几种。通常以拉伸强度作为最基本的强度值。 拉伸强度由拉伸试验测出，拉伸试样的形状及尺寸如图所示。低碳钢（软钢）是广泛使用的一种材料，它在拉伸试验中表现的力和变形关系比较典型，下面着重介绍。 低碳钢受拉的应力-应变图 低碳钢受拉过程划分为4个阶段： Ⅰ-弹性阶段(O-A) Ⅱ-屈服阶段(A-B) Ⅲ-强化阶段(B-C) Ⅳ-颈缩阶段(C-D) 在试件两端施加一缓慢增加的拉伸荷载，观察加荷过程中产生的弹性变形和塑性变形，直至试件被拉断为止（见下图）。 低碳钢受拉的应力-应变图 Ⅰ-弹性阶段(O-A) 钢材受拉开始阶段，荷载较小，应力与应变成正比，OA是一条直线，如果卸去外力，试件则恢复原来的形状，这个阶段称为弹性阶段。此阶段变形为弹性变形。 弹性阶段的最高点A所对应的应力值称为弹性极限σp。当应力稍低于A点时，应力与应变呈线性正比例关系，斜率称为弹性模量，用E表示： E=σ/ε=tanα 此阶段变形为弹性变形。 ※弹性模量是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，E愈大，使其产生一定量弹性变形的应力值也愈大。 低碳钢受拉的应力-应变图 Ⅱ-屈服阶段(A-B) 当应力超过弹性极限σp后，应力和应变不再成正比关系，钢材在静荷载作用下发生了弹性变形和塑性变形。当应力达到B上点时，即使如果卸去外力（应力不再增加），而应变仍迅速增长，钢材出现了“屈服”现象。此时应力在B上至B下小范围内波动，在σ-ε关系图上出现了一个接近水平的线段。这个阶段AB称为屈服阶段。此阶段变形为塑性变形。 B下所对应的应力值称为屈服极限Rel（屈服强度） 。钢材受力达到屈服点以后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏，但已不能满足使用要求。 ※故设计中一般以屈服点Rel 作为强度取值的依据。 低碳钢受拉的应力-应变图 Ⅲ-强化阶段(B-C) 当应力超过屈服强度后，由于钢材内部组织产生晶格扭曲、晶粒破碎等原因，阻止了塑性变形的进一步发展，钢材抵抗外力的能力重新提高。 在σ-ε关系图上形成BC段的上升曲线，这一过程称为强化阶段。对应于最高点C的应力称为抗拉强度，用Rm表示，它是钢材所能承受的最大应力。 此阶段变形为弹塑性变形。 低碳钢受拉的应力-应变图 Ⅳ-颈缩阶段(C-D) 当应力达到抗拉强度σb后，在试件薄弱处的断面将显著缩小，塑性变形急剧增加（也有弹性变形，此阶段变形为弹塑性变形），产生“颈缩”现象，直至D点断裂。 根据拉伸图可以求出材料的强度与塑性指标。 强度指标 屈服强度 （ Rel ）和抗拉强度（Rm）是衡量钢材强度的两个重要指标，也是设计中的重要依据。结构设计中，屈服强度是钢材设计强度取值的主要依据，因为钢材应力超过屈服强度后，虽然没断裂，但会产生较大的塑性变形，会使构件产生较大的变形和裂缝，导致无法使用。 在工程中，希望钢材不仅具有高的屈服强度，并且应具有一定的“屈强比”（即屈服强度与抗拉强度的比值，用Rel / Rm表示）。 屈强比是反映钢材利用率和安全可靠程度的一个指标。在同样抗拉强度下，屈强比小，说明钢材安全程度高，钢材在偶然超载时，不会引起脆性断裂和局部超载引起的破坏，但屈强比过小，钢材的利用率低，是不经济的。 适宜的屈强比应该是在保证安全可靠的前提下，尽量提高钢材的利用率。合理的屈强比一般应在0.60~0.75范围内，如Q235碳素结构钢屈强比一般为0.58~0.63，低合金钢为0.65~0.75，合金结构钢为0.85左右。 塑性指标有两个，都是表示外力作用下产生塑性变形的能力。 一是伸长率（即标距的伸长与原始标距的百分比），用A表示； 二是断面收缩率（即试件位断后，颈缩处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比），用ψ表示。 计算公式如下： A=（L1-L0）/ L0×100% Z=（A0-An）/ A0×100% 塑性指标中，伸长率A的大小与试件尺寸有关，常用的试件计算长度规定为其直径的5倍或10倍，伸长率分别用A5或A10表示。 通常以伸长率A的大小来区别塑性的好坏。A越大表示塑性越好。A>5%的称为塑性材料，如铜、铁等；A<5%的称为脆性材料，如铸铁石料等。低碳钢的塑性指标平均值约为A=15~30%，Z=60%. ※对于一般非承重结构或由构造决定的构件，只要保证钢材的抗拉强度和伸长率