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1、,*,*,鋼材的主要性能指標(biāo),力學(xué)性能,工藝性能,鋼材的技術(shù)性質(zhì),力學(xué)性能又稱機(jī)械性能，是鋼材最重要的使用性能。在建筑結(jié)構(gòu)中，對(duì)承受靜荷載作用的鋼材，要求具有一定的力學(xué)強(qiáng)度，并要求所產(chǎn)生的變形不致影響到結(jié)構(gòu)的正常工作和安全使用。對(duì)承受動(dòng)荷載作用的鋼材，還要求具有較高的韌性而不致發(fā)生斷裂。,通過,一次拉伸試驗(yàn),可得到,抗拉強(qiáng)度,，,伸長率,和,屈服點(diǎn),三項(xiàng)基本性能；,通過,冷彎試驗(yàn),可得到鋼材的,冷彎性能,；,通過,沖擊韌性試驗(yàn),可得到,沖擊韌性,。,（一）、強(qiáng)度,：在外力作用下，材料抵抗變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。,測(cè)定鋼材強(qiáng)度的方法是拉伸試驗(yàn)，鋼材受拉時(shí)，在產(chǎn)生應(yīng)力的同時(shí)，相應(yīng)的產(chǎn)生應(yīng)變。應(yīng)力

2、應(yīng)變的關(guān)系反映出鋼材的主要力學(xué)特征。,一、力學(xué)性能：,強(qiáng)度試驗(yàn)：低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn),標(biāo)準(zhǔn)試件：,按照一定的要求，對(duì)表面進(jìn)行車削加工后的試件。,l,0,A,0,d,0,l,頭部,頭部,工作段,非標(biāo)準(zhǔn)試件：,不經(jīng)過加工，直接在線材上切取的試件。,0,A,0,B,C,B,0,D,C,E,D,F,E,C,上,上屈服點(diǎn),C,下,下屈服點(diǎn),OB,彈性階段,BC,屈服階段,CD,強(qiáng)化階段,DE,頸縮階段,低碳鋼拉伸過程的,-,圖,根據(jù)低碳鋼受拉時(shí)的,-,曲線可了解到抗拉性能的下列特征指標(biāo)。,1.,彈性階段 可得到彈性模量,E,和比例極限,2.,屈服階段可得到屈服強(qiáng)度,3.,強(qiáng)化階段 壓力曲線又有上升趨勢(shì)這一階

3、段可得到抗拉強(qiáng)度,4.,頸縮階段 當(dāng)試件達(dá)到時(shí)，在承載力最弱的截面處，截面收縮，局部變細(xì),并且荷載下降直至拉斷，本階段可得到收縮率和伸長率,p,術(shù)語解釋,1,、彈性模量和比例極限：,鋼材受力初期，應(yīng)力與應(yīng)變成正比例增長，應(yīng)力與應(yīng)變之比是常數(shù)，稱為彈性模量即,E=,/,。這個(gè)階段的最大應(yīng)力（,A,點(diǎn)的對(duì)應(yīng)值）,稱為比例極限,a,。,E,值越大，抵抗彈性變形的能力越大；在一定荷載作用下，,E,值越大，材料發(fā)生的彈性變形量越小。一些對(duì)變形要求嚴(yán)格的構(gòu)件，為了把彈性變形控制在一定限度內(nèi)，應(yīng)選用剛度大的鋼材。,0,A,0,B,C,B,0,D,C,E,D,F,E,C,上,上屈服點(diǎn),C,下,下屈服點(diǎn),2,、

4、彈性極限：,應(yīng)力超過比例極限后，應(yīng)力,-,應(yīng)變曲線略有彎曲，應(yīng)力與應(yīng)變不再成正比例關(guān)系，但卸去外力時(shí)，試件變形仍能立即消失，此階段產(chǎn)生的變形是彈性變形。不產(chǎn)生殘留塑性變形的最大應(yīng)力（,B,點(diǎn)對(duì)應(yīng)值）稱為彈性極限,b,。事實(shí)上，,a,和,b,相當(dāng)接近。,0,A,0,B,C,B,0,D,C,E,D,F,E,C,上,上屈服點(diǎn),C,下,下屈服點(diǎn),3,、屈服強(qiáng)度：,屈服強(qiáng)度：鋼材開始喪失對(duì)變形的抵抗能力，并開始產(chǎn)生大量塑性變形時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。在屈服階段，鋸齒形的最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服上限；鋸齒形的最低點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服下限。屈服上限與試驗(yàn)過程中的許多因素有關(guān)。屈服下限比較穩(wěn)定，容易測(cè)試，所以規(guī)范

5、規(guī)定以屈服下限的應(yīng)力值作為鋼材的屈服強(qiáng)度，用,s,表示。,0,A,0,B,C,B,0,D,C,E,D,F,E,C,上,上屈服點(diǎn),C,下,下屈服點(diǎn),中碳鋼和高碳鋼沒有明顯的屈服現(xiàn)象，規(guī)范規(guī)定以,0.2%,殘余變形所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值作為,條件屈服強(qiáng)度,，用,0.2,表示。屈服強(qiáng)度對(duì)鋼材使用意義重大，一方面，當(dāng)構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)力超過屈服強(qiáng)度時(shí)，將產(chǎn)生不可恢復(fù)的永久變形；另一方面，當(dāng)應(yīng)力超過屈服強(qiáng)度時(shí)，受力較高部位的應(yīng)力不再提高，而自動(dòng)將荷載重新分配給某些應(yīng)力較低部位。因此，屈服強(qiáng)度是確定容許應(yīng)力的主要依據(jù)。,0,A,0.2%,a,b,4,、抗拉強(qiáng)度（極限強(qiáng)度）：,當(dāng)鋼材屈服到一定程度后，由于內(nèi)部晶粒重新排列

6、，其抵抗變形的能力又重新提高，此時(shí)變形雖然發(fā)展很快，但卻只能隨著應(yīng)力的提高而提高，直至應(yīng)力達(dá)到最大值。此后鋼材抵抗變形的能力明顯降低，并在最薄弱處發(fā)生較大塑性變形，此處試件界面迅速縮小，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，直到斷裂破壞?？估瓘?qiáng)度是鋼材所能承受的最大拉應(yīng)力，即當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)，鋼材完全喪失了對(duì)變形的抵抗能力而斷裂?？估瓘?qiáng)度雖然不能直接作為計(jì)算依據(jù)，但屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值，即,“,屈強(qiáng)比,”,（,s/b,）對(duì)工程應(yīng)用有較大意義。屈強(qiáng)比愈小，反映鋼材在應(yīng)力超過屈服強(qiáng)度工作時(shí)的可靠性愈大，即延緩結(jié)構(gòu)損壞過程的潛力愈大，因而結(jié)構(gòu)愈安全。但屈強(qiáng)比過小時(shí)，鋼材強(qiáng)度的有效利用率低，造成浪費(fèi)。常用碳素鋼的屈

7、強(qiáng)比為,0.58,0.63,，合金鋼的屈強(qiáng)比為,0.65,0.75,5,、疲勞強(qiáng)度：,受交變荷載反復(fù)作用，鋼材在應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度的情況下突然發(fā)生脆性斷裂破壞的現(xiàn)象。稱為,疲勞破壞,。疲勞破壞首先是從局部缺陷處形成細(xì)小裂紋，由于裂紋尖端處的應(yīng)力集中使其逐漸擴(kuò)展，直至最后斷裂。疲勞破壞是在低應(yīng)力狀態(tài)下突然發(fā)生的，所以危害極大，往往造成災(zāi)難性的事故。在一定條件下，鋼材疲勞破壞的應(yīng)力值隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而降低。鋼材在無數(shù)次交變荷載作用下而不致引起斷裂的最大循環(huán)應(yīng)力值，稱為,疲勞強(qiáng)度極限,。鋼材的疲勞強(qiáng)度與很多因素有關(guān)，如組織結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)、合金成分、夾雜物和應(yīng)力幾種情況等。,塑性表示鋼材在外力作用

8、下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。它是鋼材的一個(gè)重要指標(biāo)。鋼材的塑性通常用拉伸試驗(yàn)時(shí)的,伸長率,或,斷面縮減率,來表示。,（二）、塑性：,1,伸長率：,伸長率反映鋼材拉伸斷裂時(shí)所能承受的塑性變形能力，是衡量鋼材塑性的重要技術(shù)指標(biāo)。伸長率是以試件拉斷后標(biāo)距長度的增量與原標(biāo)距長度之比的百分率來表示。伸長率按下式計(jì)算：,L1,試件拉斷后標(biāo)距部分的長度（,mm,）；,L0,試件的原標(biāo)距長度（,mm,）；,2,、斷面縮減率：,斷面縮減率按下式計(jì)算：,式中：,A0,試件原始截面積；,A1,試件拉斷后頸縮處的截面積。,伸長率和斷面縮減率表示鋼材斷裂前經(jīng)受塑性變形的能力。伸長率越大或斷面縮減率越高，說明鋼材塑性越

9、大。鋼材塑性大，不僅便于進(jìn)行各種加工，而且能保證鋼材在建筑上的安全使用。因?yàn)殇摬牡乃苄宰冃文苷{(diào)整局部高峰應(yīng)力，使之趨于平緩，以免引起建筑結(jié)構(gòu)的局部破壞及其所導(dǎo)致的整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞；鋼材在塑性破壞前，有很明顯的變形和較長的變形持續(xù)時(shí)間，便于人們發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救。,3,、沖擊韌性：,沖擊韌性是鋼材的一種動(dòng)力性能指標(biāo)。它是指鋼材在沖擊荷載作用下斷裂時(shí)吸收機(jī)械能的一種能力，是衡量鋼材抵抗可能因,低溫,、,應(yīng)力集中,、,沖擊荷載作用,等而致脆性斷裂能力的一項(xiàng)機(jī)械性能。它用材料在斷裂時(shí)所吸收的總能量（包括彈性和非彈性能）來量度，其值為,-,關(guān)系曲線與橫坐標(biāo)所包圍的總面積，總面積愈大韌性愈高，故韌性是鋼材強(qiáng)度和塑性

10、的綜合指標(biāo)。,鋼材的沖擊韌性越好，即其抵抗沖擊作用的能力越強(qiáng)，脆性破壞的危險(xiǎn)性越小。對(duì)于重要的結(jié)構(gòu)物以及承受動(dòng)荷載作用的結(jié)構(gòu)，特別是處于低溫條件下，為了防止鋼材的脆性破壞，應(yīng)保證鋼材具有一定的沖擊韌性。,二、工藝性能：,1.,冷彎性能：,指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。,冷彎試驗(yàn)的指標(biāo)：彎心直徑,d,與試件厚度（直徑）,a,的比值,d/a,；彎曲角度（,90,或,180,）；試樣彎曲外表面無肉眼可見裂紋則冷彎合格。,通過冷彎試驗(yàn)，更有助于暴露鋼材的某些內(nèi)在缺陷，它能揭示鋼材是否存在內(nèi)部組織不均勻、內(nèi)應(yīng)力和夾雜物等缺陷。鋼材的冷彎性能與伸長率一樣，也是反映鋼材在靜荷載作用下的塑性，而且冷彎是在

11、更苛刻的條件下對(duì)鋼材塑性的嚴(yán)格檢驗(yàn)，它能反映鋼材內(nèi)部組織是否均勻、是否存在內(nèi)應(yīng)力及夾雜物等缺陷。,在工程中，冷彎試驗(yàn)還被用作對(duì)鋼材焊接質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)的一種手段。,2,、焊接性能（可焊性）：,焊接是把兩塊金屬局部加熱并使其接縫處迅速呈熔融或半熔融狀態(tài)，從而使之更牢固的連接起來。,焊接性能是指鋼材在通常的焊接方法與工藝條件下獲得良好焊接接頭的性能?？珊感院玫匿摬囊子谟靡话愫附臃椒ê凸に囀┖?，焊接時(shí)不易形成裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，焊接接頭牢固可靠，焊縫及其附近受熱影響區(qū)的性能不低于母材的力學(xué)性能。,在建筑工程中，焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，如鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接、鋼筋混凝土的鋼筋骨架、接頭及預(yù)埋件、連接件等。這就要求鋼材要有良好的焊接性能。低碳鋼有優(yōu)良的可焊接性，高碳鋼的焊接性能較差。,一、施工上的可焊性,施工上的可焊性是指焊縫金屬產(chǎn)生裂紋的敏感性，以及由于焊接加熱的影響，近縫區(qū)鋼材硬化和產(chǎn)生裂紋的敏感性?？珊感院?，是指在一定的焊接工藝條件下，焊縫金屬和近縫區(qū)鋼材均不產(chǎn)生裂紋。,二、使用性能上的可焊性,使用性能上的可焊性是指焊接接頭和焊縫的缺口韌性（沖擊韌性）和熱影響區(qū)的延伸性（塑性）。要求焊接構(gòu)件在施焊后的機(jī)械性能（力學(xué)性能）不低于母材的機(jī)械性能,