钢材力学参数

σ A
0
a b 0.2%
ε
4、抗拉强度（极限强度）： 抗拉强度（极限强度）： 当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列， 当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形的能力 又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高， 又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直 至应力达到最大值。此后钢材抵抗变形的能力明显降低， 至应力达到最大值。此后钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生 较大塑性变形，此处试件界面迅速缩小，出现颈缩现象，直到断裂破坏。 较大塑性变形，此处试件界面迅速缩小，出现颈缩现象，直到断裂破坏。 抗拉强度是钢材所能承受的最大拉应力，即当拉应力达到强度极限时， 抗拉强度是钢材所能承受的最大拉应力，即当拉应力达到强度极限时， 钢材完全丧失了对变形的抵抗能力而断裂。 钢材完全丧失了对变形的抵抗能力而断裂。 抗拉强度虽然不能直接作为计算依据，但屈服强度与抗拉强度的比值， 抗拉强度虽然不能直接作为计算依据，但屈服强度与抗拉强度的比值， 即“屈强比”（σs/σb）对工程应用有较大意义。屈强比愈小，反映钢材在 屈强比” σs/σb）对工程应用有较大意义。屈强比愈小， 应力超过屈服强度工作时的可靠性愈大，即延缓结构损坏过程的潜力愈大， 应力超过屈服强度工作时的可靠性愈大，即延缓结构损坏过程的潜力愈大， 因而结构愈安全。但屈强比过小时，钢材强度的有效利用率低，造成浪费。 因而结构愈安全。但屈强比过小时，钢材强度的有效利用率低，造成浪费。 常用碳素钢的屈强比为0.58～0.63，合金钢的屈强比为0.65～ 常用碳素钢的屈强比为0.58～0.63，合金钢的屈强比为0.65～0.75 0.58 0.65
σ
B A
上屈服 点 C上
D C 下屈服点 F E
C下
0
ε
中碳钢和高碳钢没有明显的屈服现象，规范规定以0.2%残余变 中碳钢和高碳钢没有明显的屈服现象，规范规定以0.2%残余变 0.2% 形所对应的应力值作为条件屈服强度， 表示。 形所对应的应力值作为条件屈服强度，用σ0.2表示。 条件屈服强度 屈服强度对钢材使用意义重大，一方面， 屈服强度对钢材使用意义重大，一方面，当构件的实际应力超过 屈服强度时，将产生不可恢复的永久变形；另一方面， 屈服强度时，将产生不可恢复的永久变形；另一方面，当应力超过 屈服强度时，受力较高部位的应力不再提高， 屈服强度时，受力较高部位的应力不再提高，而自动将荷载重新分 配给某些应力较低部位。因此， 配给某些应力较低部位。因此，屈服强度是确定容许应力的主要依 据。
（二）、塑性： ）、塑性： 塑性
塑性表示钢材在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。 塑性表示钢材在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。它是钢材 的一个重要指标。钢材的塑性通常用拉伸试验时的伸长率 伸长率或 的一个重要指标。钢材的塑性通常用拉伸试验时的伸长率或断面缩减率 来表示。 来表示。 1．伸长率：伸长率反映钢材拉伸断裂时所能承受的塑性变形能力，是 伸长率：伸长率反映钢材拉伸断裂时所能承受的塑性变形能力， 衡量钢材塑性的重要技术指标。 衡量钢材塑性的重要技术指标。伸长率是以试件拉断后标距长度的增量 与原标距长度之比的百分率来表示。 与原标距长度之比的百分率来表示。 伸长率按下式计算： 伸长率按下式计算：
C下 下屈服点
0
2 .屈服阶段可得到屈服强度 .屈服阶段可得到屈服强度
F
ε
σpБайду номын сангаас
根据低碳钢受拉时的σ-ε曲线可了解到抗拉性能的下列特征指标。 根据低碳钢受拉时的σ 曲线可了解到抗拉性能的下列特征指标。 1 .弹性阶段 可得到弹性模量E和比例极限 .弹性阶段 可得到弹性模量E
3 .强化阶段 压力曲线又有上升趋势这一阶段可得到抗拉强度 .强化阶段 4 .颈缩阶段 当试件达到时，在承载力最弱的截面处，截面收缩，局部变 .颈缩阶段 当试件达到时，在承载力最弱的截面处，截面收缩， 细,并且荷载下降直至拉断，本阶段可得到收缩率和伸长率 并且荷载下降直至拉断，
l1 −l0 δ= ×100% l0
L1——试件拉断后标距部分的长度（mm）； L1——试件拉断后标距部分的长度（mm）； ——试件拉断后标距部分的长度 L0——试件的原标距长度（mm）； L0——试件的原标距长度（mm）； ——试件的原标距长度
2、断面缩减率：断面缩减率按下式计算： 断面缩减率：断面缩减率按下式计算：
（一）、强度：在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。 ）、强度 在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。
测定钢材强度的方法是拉伸试验，钢材受拉时，在产生应力的同时， 测定钢材强度的方法是拉伸试验，钢材受拉时，在产生应力的同时，相 应的产生应变。应力－应变的关系反映出钢材的主要力学特征。 应的产生应变。应力－应变的关系反映出钢材的主要力学特征。
二、工艺性能： 工艺性能：
1.冷弯性能：指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 1.冷弯性能：指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 冷弯性能
5、疲劳强度： 疲劳强度： 受交变荷载反复作用， 受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆 性断裂破坏的现象。称为疲劳破坏。 性断裂破坏的现象。称为疲劳破坏。 疲劳破坏 疲劳破坏首先是从局部缺陷处形成细小裂纹， 疲劳破坏首先是从局部缺陷处形成细小裂纹，由于裂纹尖端处的应力集 中使其逐渐扩展，直至最后断裂。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的， 中使其逐渐扩展，直至最后断裂。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的， 所以危害极大，往往造成灾难性的事故。 所以危害极大，往往造成灾难性的事故。 在一定条件下，钢材疲劳破坏的应力值随应力循环次数的增加而降低。 在一定条件下，钢材疲劳破坏的应力值随应力循环次数的增加而降低。 钢材在无数次交变荷载作用下而不致引起断裂的最大循环应力值，称为疲劳 钢材在无数次交变荷载作用下而不致引起断裂的最大循环应力值，称为疲劳 强度极限。钢材的疲劳强度与很多因素有关，如组织结构、表面状态、 强度极限。钢材的疲劳强度与很多因素有关，如组织结构、表面状态、合金 成分、夹杂物和应力几种情况等。 成分、夹杂物和应力几种情况等。
术语解释 1、弹性模量和比例极限： 弹性模量和比例极限： 钢材受力初期，应力与应变成正比例增长，应力与应变之比是常数， 钢材受力初期，应力与应变成正比例增长，应力与应变之比是常数， 称为弹性模量即E=σ/ε。这个阶段的最大应力（A点的对应值） 称为弹性模量即E=σ/ε。这个阶段的最大应力（ 点的对应值） E=σ/ε 称为比例极限σa。 称为比例极限σ E值越大，抵抗弹性变形的能力越大；在一定荷载作用下，E值越大， 值越大，抵抗弹性变形的能力越大；在一定荷载作用下， 值越大， 材料发生的弹性变形量越小。一些对变形要求严格的构件，为了把弹性 材料发生的弹性变形量越小。一些对变形要求严格的构件， 变形控制在一定限度内，应选用刚度大的钢材。 变形控制在一定限度内，应选用刚度大的钢材。
式中： 式中：
A0 − A1 ψ= A0
A0——试件原始截面积； A0——试件原始截面积； ——试件原始截面积 A1——试件拉断后颈缩处的截面积。 A1——试件拉断后颈缩处的截面积。 ——试件拉断后颈缩处的截面积 伸长率和断面缩减率表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。 伸长率和断面缩减率表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。伸长率越 大或断面缩减率越高，说明钢材塑性越大。钢材塑性大， 大或断面缩减率越高，说明钢材塑性越大。钢材塑性大，不仅便于进行 各种加工，而且能保证钢材在建筑上的安全使用。 各种加工，而且能保证钢材在建筑上的安全使用。因为钢材的塑性变形 能调整局部高峰应力，使之趋于平缓， 能调整局部高峰应力，使之趋于平缓，以免引起建筑结构的局部破坏及 其所导致的整个结构的破坏；钢材在塑性破坏前， 其所导致的整个结构的破坏；钢材在塑性破坏前，有很明显的变形和较 长的变形持续时间，便于人们发现和补救。 长的变形持续时间，便于人们发现和补救。
3、冲击韧性： 冲击韧性： 冲击韧性是钢材的一种动力性能指标。 冲击韧性是钢材的一种动力性能指标。它是指钢材在冲击荷载作用下 断裂时吸收机械能的一种能力，是衡量钢材抵抗可能因低温、应力集中、 断裂时吸收机械能的一种能力，是衡量钢材抵抗可能因低温、应力集中、 低温 冲击荷载作用等而致脆性断裂能力的一项机械性能。 冲击荷载作用等而致脆性断裂能力的一项机械性能。它用材料在断裂时所 等而致脆性断裂能力的一项机械性能 吸收的总能量（包括弹性和非弹性能）来量度，其值为σ 吸收的总能量（包括弹性和非弹性能）来量度，其值为σ-ε 关系曲线与横 坐标所包围的总面积，总面积愈大韧性愈高， 坐标所包围的总面积，总面积愈大韧性愈高，故韧性是钢材强度和塑性的 综合指标。 综合指标。
σ
B A
上屈服 点 C上
D C 下屈服点 F E
C下
0
ε
2、弹性极限： 弹性极限： 应力超过比例极限后，应力-应变曲线略有弯曲， 应力超过比例极限后，应力-应变曲线略有弯曲，应力与应 变不再成正比例关系，但卸去外力时，试件变形仍能立即消失， 变不再成正比例关系，但卸去外力时，试件变形仍能立即消失，此 阶段产生的变形是弹性变形。不产生残留塑性变形的最大应力（ 阶段产生的变形是弹性变形。不产生残留塑性变形的最大应力（B点 对应值）称为弹性极限σ 事实上， 对应值）称为弹性极限σb。事实上，σa和σb相当接近 。
钢材的主要性能指标
钢材的技术性质
力学性能 工艺性能
一、力学性能： 力学性能：
力学性能又称机械性能，是钢材最重要的使用性能。在建筑结构中， 力学性能又称机械性能，是钢材最重要的使用性能。在建筑结构中， 对承受静荷载作用的钢材，要求具有一定的力学强度， 对承受静荷载作用的钢材，要求具有一定的力学强度，并要求所产生的 变形不致影响到结构的正常工作和安全使用。对承受动荷载作用的钢材， 变形不致影响到结构的正常工作和安全使用。对承受动荷载作用的钢材， 还要求具有较高的韧性而不致发生断裂。 还要求具有较高的韧性而不致发生断裂。 通过一次拉伸试验可得到抗拉强度，伸长率和屈服点三项基本性能； 通过一次拉伸试验可得到抗拉强度，伸长率和屈服点三项基本性能； 一次拉伸试验可得到抗拉强度 三项基本性能 通过冷弯试验可得到钢材的冷弯性能； 通过冷弯试验可得到钢材的冷弯性能； 冷弯试验可得到钢材的冷弯性能 通过冲击韧性试验可得到冲击韧性。 通过冲击韧性试验可得到冲击韧性。 冲击韧性试验可得到冲击韧性