建筑鋼材的技術(shù)性質(zhì)

鋼材作為結(jié)構(gòu)材料最主要的技術(shù)性質(zhì)包括力學(xué)性能和工藝性能。其中力學(xué)性能中抗拉性能尤為重要。通過拉力試驗，可確定其彈性模量、屈服應(yīng)力、抗拉強度及延伸率。此外，鋼材的力學(xué)性能還包括沖擊韌性、硬度和抗疲勞性能;工藝性能主要有冷彎性能和焊接性能。

（一）抗拉性能

鋼材受拉力作用時的應(yīng)力—應(yīng)變曲線圖是描述鋼材受拉性能的基本曲線，如圖2-2-4所示。根據(jù)應(yīng)力—應(yīng)變曲線，鋼材受拉直到破壞其受力與變形可分為以下四個階段。

（1）彈性階段（OA段）。在彈性階段所產(chǎn)生的變形為彈性變形，如卸去荷載，試件將恢復(fù)原狀。與A點相對應(yīng)的應(yīng)力為彈性極限，用σp表示。此階段應(yīng)力 σ與應(yīng)變ε成正比，其比值為常數(shù)，即彈性模量，用E表示，E=σ/ε。彈性模量反映了鋼材抵抗變形的能力，它是鋼材在受力條件下計算結(jié)構(gòu)變形的重要指標。建筑上常用的低碳鋼其彈性模量E=（20～21）萬MPa，σp=180～200MPa。

（2）屈服階段（AB段）。當應(yīng)力超過σp后，應(yīng)變增加很快，而應(yīng)力基本保持不變，這種現(xiàn)象稱為屈服。此時應(yīng)力與應(yīng)變不再成比例，試件開始產(chǎn)生塑性變形。σ—ε曲線上開始發(fā)生屈服的點B，稱為屈服點，這時的應(yīng)力稱為屈服極限，用σs表示。σs是衡量材料強度的重要指標。建筑上常用低碳鋼的σs為 185～235MPa。對于硬鋼由于沒有明顯的屈服階段，所以規(guī)定以產(chǎn)生殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時的應(yīng)力作為屈服強度。

鋼材受力達到屈服點后，變形即迅速發(fā)展，盡管尚未破壞但已不能滿足使用要求，故設(shè)計中一般以屈服點作為強度取值的依據(jù)。

（3）強化階段（BC段）。當荷載超過屈服點后，因塑性變形使其內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)得到調(diào)整，抵抗變形的能力有所增強，σ—ε曲線又開始上升，稱為強化階段。材料破壞前，σ—ε圖上的最大應(yīng)力值，即曲線最高點C所對應(yīng)的應(yīng)力稱為抗拉強度，用σb表示，常用低碳鋼的σb為375～500MPa。

工程上使用的鋼材不僅希望具有高的σs，還希望具有一定的屈強比（σs/σb）。屈強比值越小，鋼材在受力超過屈服點時的可靠性越大，結(jié)構(gòu)的安全儲備越大，結(jié)構(gòu)越安全。但如果屈強比過小，則鋼材有效利用率太低，造成浪費。常用低碳鋼的屈強比為0.58～0.63，合金鋼為0.65～0.75。

（4）頸縮階段（CD段）。應(yīng)力超過σb后，試件的變形開始集中于某一小段內(nèi)，使該段的橫截面面積顯著減小，出現(xiàn)如圖2-2-6所示的頸縮現(xiàn)象，σ—ε曲線開始下降，直至D點，試件被拉斷。