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第三章 材料的物理力学性能及选用原则  ——邯郸职业技术学院 第三章 材料的物理力学性能及选用原则 结构材料的力学性能，主要是指材料的强度和变形能力，以及材料的本构关系（即应力-应变关系）。 3.1 建筑钢材 3.1 建筑钢材 钢是含碳量低于2%的铁碳合金（含碳量高于2%时为生铁），钢经轧制或加工成的钢筋、钢丝、钢板及各种型钢，统称钢材。 在建筑钢材中，大量使用碳素结构钢和普通低合金钢。 3.1 建筑钢材 3.1.1 钢材的机械性能 3.1.2 钢材的破坏形式 3.1.3 影响钢材机械性能的因素 3.1.4 钢材的种类、规格及选用 3.1.1钢材的机械性能 1.钢材在单向均匀拉伸时的工作性能 在室温+20oC的条件下，在 拉伸试验机上进行一次静力拉 伸验，直到试件拉断破坏，并 绘出应力-应变曲线。 图3-1 低碳钢的应力―应变曲线 由图中曲线可见，低碳钢一次拉伸试验时的工作特性可分成四个阶段： (1)弹性阶段——应力由零到比例极限,钢材表现出弹性性能，应力与应变成正比，卸荷后变形完全恢复，符合虎克定律。 (2)弹塑性阶段——由比例极限到屈服点,应力超过比例极限后，任一点的变形中都将包括弹性变形和塑性变形两部分，其中的塑性变形在卸荷后不再恢复，称残余变形。 (3)塑性阶段(屈服平台亦称塑性流动阶段) (4)强化阶段——钢材内部结晶组织自行作了调整，抵抗外荷载的能力有所提高，应力与应变关系又开始上升，出现所谓“自强阶段”。 应力达到抗拉强度（或称极限强度）时，在试件某一薄弱截面上出现颈缩现象而断裂破坏。 2.由静力拉伸试验得出的钢材的力学性能指标 通过上述拉伸试验，可以得到钢材的三个主要机械性能指标：抗拉强度（极限强度）、屈服点及拉伸率。并得出结构设计很重要的几点结论。 3.1.1钢材的机械性能 （1）钢结构设计规范规定，应力达屈服强度fy时为钢材的强度承载力极限, 抗拉强度作为强度储备之用。 在抗震结构中，考虑到受拉钢材可能进入强化阶段，故要求其屈服强度与抗拉强度的比值（称为屈强比）不大于0.8，以保证结构的变形能力，因而钢材的抗拉强度是检验钢材质量的另一强度指标。作为强度储备之用。 (2)理想的弹性-塑性体 对于没有缺陷和残余应力影响的试件，比例极限和屈服点比较接近，且屈服点前的应变很小（对低碳钢约为0.15%），为简化计算，通常假设屈服点以前的钢材为完全弹性的，屈服点以后的为完全塑性的，这样就可把钢材视为理想的弹-塑性体，其应力-应变曲线表现为双直线，如图3-2所示。 对于无明显屈服点的钢材，屈服条件是根据实验分析结果而人为规定的，故称为条件屈服点（或屈服强度）。 条件屈服强度是以卸荷后试件中残余应变为0.2%所对应的应力定义的（有时用f0.2表示），这类钢材不具有明显的塑性平台，设计中不宜利用它的塑性。 (3) 伸长率 反映钢材在静力荷载作用下的塑性变形能力. 塑性:指钢材破坏前产生变形的能力。 伸长率是指试件拉断后原标距的伸长值与原标距的比值（以百分率表示）： （3-1） 式中 l1——试件原标距长度，一般取5d，d为试件直径； l2——试件拉断后的标距长度； δ——伸长率（%），当l1=5d时记为δ5，当l2=10d时记为δ10 。 伸长率大的钢材塑性好，拉断前有明显预兆；伸长率小的钢材塑性差，破坏会突然发生，呈脆性特性。有明显屈服点的钢材有较大的伸长率。 3. 其他力学性能指标 （1）冷弯性能 冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲时产生塑性变形的能力。 由冷弯试验来确定。 冷弯性能合格是鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标。 （2）冲击韧性 韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总能量（包括弹性和非弹性能）