建筑材料74课件讲解.pptx

建筑材料

钢材的主要技术性质力学性能

力学性能了解建筑钢材的主要技术性能：力学性能学习目标

冲击韧性02抗拉性能01疲劳强度03硬度04

钢材的主要技术性质建筑钢材的性能主要有力学性能、工艺性能和化学性能。其中，力学性能和工艺性能的主要技术指标如图8-2所示。钢材的力学性能和工艺性能既是设计和施工人员选用钢材的主要依据，也是生产钢材和控制材质的重要参数。材料的力学性能指材料在外力作用下表现出变形和破坏方面的特性，而钢材的力学性能，是衡量钢材性能好坏的重要指标之一。

01抗拉性能

一、抗拉性能拉伸是建筑钢材的主要受力形式，所以拉伸性能是建筑工程中选用钢材的重要指标。现以低碳钢为例，通过在试验机上进行拉伸试验，并根据拉伸试验得到的数据，绘制出图8-3所示的钢材应力（s）—应变（e）曲线。

一、抗拉性能（1）弹性阶段（Ⅰ）。试样在受力时发生变形，卸除拉伸力后变形能完全恢复，该过程为弹性变形阶段。图8-3中，OA段的图形是一条通过原点的直线，应力与应变成正比，与A点对应的应力为弹性极限强度，以sp表示，低碳钢sp=200MPa。处于弹性阶段时，计算的指标为弹性模量E=s/e=tana。弹性模量E反映钢材抵抗弹性变形的能力强弱，是衡量材料刚度的重要指标。在拉伸应力一定的条件下，弹性模量值越大，则材料产生的弹性变形就越小，即s=Ee

一、抗拉性能（2）屈服阶段（Ⅱ）。AB段的图形是一条波动的曲线，应力基本不变，但变形增加较快，试件表面可观察到45°滑移线，开始出现塑性变形。塑性变形过程中，曲线呈现摆动，摆动的最大应力和最小应力分别称为屈服上限和屈服下限。由于屈服下限数值较为稳定，将其定义为材料屈服极限ss。屈服强度是弹性变形转变为塑性变形的转折点，当外力超过屈服点时，产生不可恢复的变形，钢材不能正常使用。由此可见，屈服强度是设计中钢材强度取值的依据，也是工程结构计算中非常重要的一个参数。

一、抗拉性能（3）强化阶段（Ⅲ）。BC段是一段上升的曲线。这是因为当载荷卸到零时，钢材抵抗塑性变形的能力重新得到提高，称为强化阶段。钢材受拉力时所能承受的最大应力值称为抗拉强度。屈服极限和抗拉强度之比称为屈强比（ss/sb），它能反映钢材的利用率和结构安全可靠程度。屈强比越小，其结构的安全可靠程度越高。如果屈强比过小，则说明钢材强度的利用率偏低，造成钢材浪费。建筑结构合理的屈强比一般为0.60～0.75。

一、抗拉性能（4）颈缩阶段（Ⅳ）。CD段是一段下降的曲线。随着变形的不断发展，在有杂质或缺陷处，试件的断面急剧缩小即颈缩（如图8-4所示），直到D点发生试件的破坏。计算的指标为伸长率d，即试件拉长后，标距长度的增量与原标距长度之比，用下式计算伸长率反映钢材拉伸断裂时所具有的塑性变形能力，它是衡量钢材塑性性能的重要技术指标。

一、抗拉性能对于圆柱形拉伸试样，当原始标距与试件的直径之比愈大，则颈缩处伸长段的比例愈小，因而计算的伸长率会小些。通常以δ5和δ10分别表示L0=5d0和L0=10d0（d0为试件直径）时的伸长率。对同一种钢材，δ5应大于δ10。

中碳钢与高碳钢（又称硬钢）的拉伸曲线与低碳钢不同，它们的屈服现象不明显，难以测定屈服点。一般将受拉时，试件长度为原标距长度的0.2%时所对应的应力值，作为硬钢的屈服强度，也称条件屈服点，用σ0.2表示，如图8-5所示。

02冲击韧性

二、冲击韧性冲击韧性是指钢材在冲击载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力，用冲击韧性指标来表示。建筑钢材的冲击韧性利用冲击试验来测定，如图8-6所示，即用带有V形缺口的标准试件，在摆锤试验机上进行冲击弯曲试验，测量在冲击负荷作用下缺口处单位截面积上所消耗的功，即韧性指标越大，表示试件被冲断时所吸收的功越大，钢材的韧性越好。

二、冲击韧性钢材的冲击韧性受其晶体结构、化学成分、轧制与焊接质量、温度及时间等因素的影响。试验表明，同一种钢材的冲击韧性随温度的降低而下降，其变化曲线如图8-7所示。

二、冲击韧性由图8-7可知，在较高温度环境下，值随温度下降缓慢降低，破坏时呈韧性断裂。当温度降至一定范围内，随温度降低时值开始大幅度降低，钢材开始发生脆性断裂，这种性质称为钢材的冷脆性。发生冷脆时的温度范围，称为脆性转变温度范围。随着时间的延长，钢材的强度和硬度升高，塑性和韧性降低的现象称为时效。时效是降低钢材冲击韧性的重要因素之一。

03疲劳强度

三、疲劳强度钢材承受交变荷载的反复作用时，可能在远低于屈服强度时突然发生破坏，这种破坏称为疲劳破坏。研究标明，钢铁的疲劳破坏要经历疲劳裂纹的萌生、缓慢发展和迅速断裂3个过程。交变应力作用下，材料内部的各种缺陷处（如气孔、白点