建筑鋼材的技術(shù)性質(zhì)

鋼材作為結構材料最主要的技術(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(guò)拉力試驗，可確定其彈性模量、屈服應力、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(shí)的應力—應變曲線(xiàn)圖是描述鋼材受拉性能的基本曲線(xiàn)，如圖2-2-4所示。根據應力—應變曲線(xiàn)，鋼材受拉直到破壞其受力與變形可分為以下四個(gè)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，試件將恢復原狀。與A點(diǎn)相對應的應力為彈性極限，用σp表示。此階段應力 σ與應變ε成正比，其比值為常數，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構變形的重要指標。建筑上常用的低碳鋼其彈性模量E=（20～21）萬(wàn)MPa，σp=180～200MPa。

（2）屈服階段（AB段）。當應力超過(guò)σp后，應變增加很快，而應力基本保持不變，這種現象稱(chēng)為屈服。此時(shí)應力與應變不再成比例，試件開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形。σ—ε曲線(xiàn)上開(kāi)始發(fā)生屈服的點(diǎn)B，稱(chēng)為屈服點(diǎn)，這時(shí)的應力稱(chēng)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(méi)有明顯的屈服階段，所以規定以產(chǎn)生殘余應變?yōu)?.2%時(shí)的應力作為屈服強度。

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

（3）強化階段（BC段）。當荷載超過(guò)屈服點(diǎn)后，因塑性變形使其內部的組織結構得到調整，抵抗變形的能力有所增強，σ—ε曲線(xiàn)又開(kāi)始上升，稱(chēng)為強化階段。材料破壞前，σ—ε圖上的最大應力值，即曲線(xiàn)最高點(diǎn)C所對應的應力稱(chēng)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(guò)屈服點(diǎn)時(shí)的可靠性越大，結構的安全儲備越大，結構越安全。但如果屈強比過(guò)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）。應力超過(guò)σb后，試件的變形開(kāi)始集中于某一小段內，使該段的橫截面面積顯著(zhù)減小，出現如圖2-2-6所示的頸縮現象，σ—ε曲線(xiàn)開(kāi)始下降，直至D點(diǎn)，試件被拉斷。