造价员辅导资料：建筑钢材(2)

　　二、建筑钢材的技术性质

　　钢材作为结构材料最主要的技术性质包括力学性能和工艺性能。其中力学性能中抗拉性能尤为重要。通过拉力试验，可确定其弹性模量、屈服应力、抗拉强度及延伸率。此外，钢材的力学性能还包括冲击韧性、硬度和抗疲劳性能;工艺性能主要有冷弯性能和焊接性能。

　　(一)抗拉性能

　　1.应力—应变曲线

　　钢材受拉力作用时的应力—应变曲线图是描述钢材受拉性能的基本曲线，如图2-2-4所示。根据应力—应变曲线，钢材受拉直到破坏其受力与变形可分为以下四个阶段。

　　(1)弹性阶段(OA段)。在弹性阶段所产生的变形为弹性变形，如卸去荷载，试件将恢复原状。与A点相对应的应力为弹性极限，用σp表示。此阶段应力σ与应变ε成正比，其比值为常数，即弹性模量，用E表示，E=σ/ε。弹性模量反映了钢材抵抗变形的能力，它是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。建筑上常用的低碳钢其弹性模量E=(20～21)万MPa，σp=180～200MPa。

　　(2)屈服阶段(AB段)。当应力超过σp后，应变增加很快，而应力基本保持不变，这种现象称为屈服。此时应力与应变不再成比例，试件开始产生塑性变形。σ—ε曲线上开始发生屈服的点B，称为屈服点，这时的应力称为屈服极限，用σs表示。σs是衡量材料强度的重要指标。建筑上常用低碳钢的σs为185～235MPa。对于硬钢由于没有明显的屈服阶段，所以规定以产生残余应变为0.2%时的应力作为屈服强度。

　　钢材受力达到屈服点后，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作为强度取值的依据。

　　(3)强化阶段(BC段)。当荷载超过屈服点后，因塑性变形使其内部的组织结构得到调整，抵抗变形的能力有所增强，σ—ε曲线又开始上升，称为强化阶段。材料破坏前，σ—ε图上的最大应力值，即曲线最高点C所对应的应力称为抗拉强度，用σb表示，常用低碳钢的σb为375～500MPa。

　　工程上使用的钢材不仅希望具有高的σs，还希望具有一定的屈强比(σs/σb)。屈强比值越小，钢材在受力超过屈服点时的可靠性越大，结构的安全储备越大，结构越安全。但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。常用低碳钢的屈强比为0.58～0.63，合金钢为0.65～0.75。

　　(4)颈缩阶段(CD段)。应力超过σb后，试件的变形开始集中于某一小段内，使该段的横截面面积显著减小，出现如图2-2-6所示的颈缩现象，σ—ε曲线开始下降，直至D点，试件被拉断。

　　2.延伸率和截面收缩率

　　试件拉断后，其弹性变形消失，塑性变形则残留下来。

　　测量拉断后的标距长度L1和断口处的最小横截面面积且A1，则延伸率δ按计算，截面收缩率ψ按式2-2-24计算：

　　δ与ψ是衡量材料塑性的两个重要指标。δ与ψ值越大，说明材料的塑性越好。尽管结构是在钢的弹性范围内使用，但在应力集中处，其应力可能超过屈服点，此时产生一定的塑性变形，可使结构中的应力重新分布，从而避免结构破坏。常用低碳钢的延伸率δ=20%～30%，截面收缩率ψ=60%～70%。

　　(二)冲击韧性

　　冲击韧性指钢材抵抗冲击荷载的能力。钢材的冲击韧性用冲断试样所需能量的多少来表示。钢材的冲击韧性试验是采用中间开有“V”形缺口的标准弯曲试样，置于冲击机的支架上，并使切槽位于受拉的一侧，当试验机的重摆从一定高度自由落下，将试样冲断时，试样吸收的能量等于重摆所作的功W，若试件在缺口处的最小横截面积为A，则冲击韧性ak按式2-2-25计算:

　　ak越大表示钢材抗冲击能力越强。ak值与试验温度有关。有些材料在常温时冲击韧性并不低，破坏时呈现韧性破坏特征;但当试验温度低于某值时，温度在一个很小的范围内变化，ak突然大幅度下降，材料无明显塑性变形，而发生脆性断裂，这种性质称为钢材的冷脆性，ak剧烈改变的温度区间称为脆性临界温度。

　　(三)硬度

　　硬度是衡量材料抵抗另一硬物压入、表面产生局部变形的能力。硬度可以用来判断钢材的软硬，同时间接地反映钢材的强度和耐磨性能。钢材的硬度常用布氏硬度值HB表示。

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