建筑材料-钢材-钢材基本性能

衡量钢材塑性的指标，越大说明钢材的塑 性越好
评价钢材拉伸性能的指标
(1）钢材的σp和σs越高，表示钢材对小量塑性变形的抵抗能力 越大。因此，在不发生塑性变形的条件下，所能承受的应力 就越大。σp与σb差值越大的钢，说明超过屈服点后的强度储备 能力越大，结构的安全性高。
F A
α
L L0
屈服强度（也叫屈服点） B下 点对 应的应力 s : Fs s A NhomakorabeaO
低碳钢受拉的应力－应变图
2.2.1.1 抗拉性能（低碳钢）
3）强化阶段BC

图形的特点：
试件的特点：
B上 B
一段上升的曲线。 抵抗塑性变形的能力又重新 提高—— 强化。

C D
A B下
2.2 建筑钢材的主要技术性能
2.2.1 建筑钢材的力学性能
2.2.1.1 抗拉性能
• 标准试件
按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件，消除断部尺度 效应影响。 工作段
d0 A0
l0
头部
• 非标准试件
l
头部
不经过加工，直接在线材上切取的试件。
2.2 建筑钢材的主要技术性能
2.2.1 建筑钢材的力学性能
C
1）弹性阶段OA

D
A B
图形的特点： 一条通过原点
p
的直线，应力与应变成正比。

F A
试件的特点： 弹性 计算的指标：

α
L L0
弹性模量 E tg E值的大小反映了钢材抵抗 弹性变形的能力。 弹性极限 p : A点对应 的应力。
O 低碳钢受拉的应力－应变图
F A
C B上 D
A B下
B
2）屈服强度:σs
结构设计中钢材强度取值的依据
b
s p
O
s b
3）抗拉强度: σb
钢材所能承受的最大应力
α
L L0
s 屈强比 b
屈强比↑ ，利用率↑ ，安全可靠程度 ↓
b
s
b
L1 L0 100% 4）伸长率: L0
s
土木工程材料 第二章 建筑钢材
学习目标
通过本章的学习： （ 1）掌握钢材力学 性能的几个指标参 数：抗拉、冷弯、 冲击韧性、耐疲劳 和硬度等；
本章内容
2.1 建筑钢材基本知识 2.1.1 建筑钢材概述
2.1.2 钢的冶炼加工及其对钢
材质量的影响 2.1.3 钢的分类 2.1.4 钢材的加工 2.2 建筑钢材的主要技术性能 2.2.1 力学性能 2.2.2 工艺性能
b
计算的指标：
抗拉强度 b : C点对应的应力。
s p
F A
α
O
L L0
Fb b A
低碳钢受拉的应力－应变图
2.2.1.1 抗拉性能（低碳钢）
F A
C
4）颈缩阶段CD

B上
图形的特点：
A B下
B
D
一段下降的曲线。

b
s p
试件的特点：
O
变形迅速发展，在有杂质或 缺陷处，断面急剧缩小—— 颈缩 ，直到断裂。

α
L L0
计算的指标：
L1 L0 100% L0
L1 L0
伸长率δ：
2.2.1.1 抗拉性能（高碳钢） 1）硬钢-高碳钢：
强度高，塑性差，拉伸过 程无明显屈服阶段 ，无法 直接测定屈服强度 。用条 件屈服强度σ 0.2来代替屈服 强度。
σ
A
oa——总变形。 ba——弹性变形99.8%。 ob——塑性变形0.2%。


2.2.1.1 抗拉性能（低碳钢） 一条曲线的故事：应力 - 应变拉伸曲 线。
应力与应变

拉伸性能是建筑钢材最重要的性能。 σ 从低碳钢的应力 - 应变关系中可看出， E 低碳钢从受拉到拉断，经历了四个阶 ε 段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段 式中： 和颈缩阶段。 ε——材料的应变; 通过对钢材进行抗拉试验所测得的 弹性模量、屈服强度、抗拉强度和 伸长率是钢材的四个重要技术性质 指标。
E1
＞
E2
2.2.1.1 抗拉性能（低碳钢）
B上
A
弹塑性
2）屈服阶段AB

一条波动的曲 图形的特点：
B下
塑性阶段
B
线，应力增加很小，而应变增加 很大。 所能承受的拉 试件的特点： 力增加很小，而塑性变形迅速 增加，似乎钢材不能承受外力 —— 屈服。

C
B上
A B下 B
D
计算的指标：
s p
2）条件屈服点σ0.2 ：
使硬钢产生残余变形达到 原始标距 0.2% 变形时的应 力作为规定屈服极限。
o
b
a
0.2%
ε
3）代表性的材料：
预应力高强度钢筋和高强 钢丝。
2.2.1.2 钢材力学性能的评价指标 1）杨氏模量：E=tan(α)
杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的 物理量 , 定义在胡克定律适用的范围内， 单轴应力和单轴形变之间的比。
σ——材料的应力; E——材料的弹性模量

2.2.1.1 抗拉性能（低碳钢）
1. 应力：物体由于外因（受力、湿 度、温度场变化等）而变形时， 在物体内各部分之间产生相互作 用的内力。
A L0
F L1
ΔL
N F A A
F 2. 应变：用以描述一点处变形的程 度的 力学量 L1 L0 L L0 L0 注：
高耸细长
复杂大悬空
超柔性
大跨度
经典案例：凄美悲壮的浪漫故事-“泰坦尼克号”沉没事故
原因之一： 船体钢板材料缺陷，造船工程师只考虑到要增加钢的强度．没有 想到要增加其韧性。在“泰坦尼克号”沉没地点的水温中，发现了钢材的冷 脆性，即在-40℃~0℃的温度下，钢材的力学行为由韧性变成脆性，从而导致 灾难性的脆性断裂。 原因之二：连接船体各部分的固定铆钉，是用掺有矿渣的劣质金属制成的。 其中的矿渣含量竟然超过了标准钢材的2倍。根据冶金学理论，这种过量的不 纯物质使得铆钉在剧烈的撞击过程中很容易发生断裂。
（ 2 ）理解抗拉变形 过程中的几个阶段 和 对 应 的 应力 指 标 ；
（ 3 ）由抗拉曲线得 到钢材弹塑性评价 的几个指标参数； （ 4 ）了解影响钢材 性能的化学成分因 素。
2.3 建筑钢材的技术标准及应用
2.3.1 碳素结构钢 2.3.2 优质碳素结构钢 2.3.3 低合金高强度结构钢 2.4 常用建筑钢材
1）这种应力计算公式代表的是荷载作用界面平均应力，对于复杂界面或者孔洞 存在应力集中和分布不均情况需计算局部应力分布； 2）应变的这种计算同样是测试范围L0的平均应变，可以直接从应力应变曲线得 到，对于均值连续几何形态统一规则适用性较好，否则需要用用引伸计等手段 测试局部应变。
2.2.1.1 抗拉性能（低碳钢）