,*,*,鋼材的主要性能指標,力學性能,工藝性能,鋼材的技術性質,力學性能又稱機械性能，是鋼材最重要的使用性能。在建筑結構中，對承受靜荷載作用的鋼材，要求具有一定的力學強度，并要求所產生的變形不致影響到結構的正常工作和安全使用。對承受動荷載作用的鋼材，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,可得到,抗拉強度,，,伸長率,和,屈服點,三項基本性能；,通過,冷彎試驗,可得到鋼材的,冷彎性能,；,通過,沖擊韌性試驗,可得到,沖擊韌性,。,（一）、強度,：在外力作用下，材料抵抗變形和斷裂的能力稱為強度。,測定鋼材強度的方法是拉伸試驗，鋼材受拉時，在產生應力的同時，相應的產生應變。應力應變的關系反映出鋼材的主要力學特征。,一、力學性能：,強度試驗：低碳鋼的拉伸實驗,標準試件：,按照一定的要求，對表面進行車削加工后的試件。,l,0,A,0,d,0,l,頭部,頭部,工作段,非標準試件：,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,C,下,下屈服點,OB,彈性階段,BC,屈服階段,CD,強化階段,DE,頸縮階段,低碳鋼拉伸過程的,-,圖,根據(jù)低碳鋼受拉時的,-,曲線可了解到抗拉性能的下列特征指標。,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度,3.,強化階段 壓力曲線又有上升趨勢這一階段可得到抗拉強度,4.,頸縮階段 當試件達到時，在承載力最弱的截面處，截面收縮，局部變細,并且荷載下降直至拉斷，本階段可得到收縮率和伸長率,p,術語解釋,1,、彈性模量和比例極限：,鋼材受力初期，應力與應變成正比例增長，應力與應變之比是常數(shù)，稱為彈性模量即,E=,/,。這個階段的最大應力（,A,點的對應值）,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。一些對變形要求嚴格的構件，為了把彈性變形控制在一定限度內，應選用剛度大的鋼材。,0,A,0,B,C,B,0,D,C,E,D,F,E,C,上,上屈服點,C,下,下屈服點,2,、彈性極限：,應力超過比例極限后，應力,-,應變曲線略有彎曲，應力與應變不再成正比例關系，但卸去外力時，試件變形仍能立即消失，此階段產生的變形是彈性變形。不產生殘留塑性變形的最大應力（,B,點對應值）稱為彈性極限,b,。事實上，,a,和,b,相當接近。,0,A,0,B,C,B,0,D,C,E,D,F,E,C,上,上屈服點,C,下,下屈服點,3,、屈服強度：,屈服強度：鋼材開始喪失對變形的抵抗能力，并開始產生大量塑性變形時所對應的應力。在屈服階段，鋸齒形的最高點所對應的應力稱為屈服上限；鋸齒形的最低點所對應的應力稱為屈服下限。屈服上限與試驗過程中的許多因素有關。屈服下限比較穩(wěn)定，容易測試，所以規(guī)范規(guī)定以屈服下限的應力值作為鋼材的屈服強度，用,s,表示。,0,A,0,B,C,B,0,D,C,E,D,F,E,C,上,上屈服點,C,下,下屈服點,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%,殘余變形所對應的應力值作為,條件屈服強度,，用,0.2,表示。屈服強度對鋼材使用意義重大，一方面，當構件的實際應力超過屈服強度時，將產生不可恢復的永久變形；另一方面，當應力超過屈服強度時，受力較高部位的應力不再提高，而自動將荷載重新分配給某些應力較低部位。因此，屈服強度是確定容許應力的主要依據(jù)。,0,A,0.2%,a,b,4,、抗拉強度（極限強度）：,當鋼材屈服到一定程度后，由于內部晶粒重新排列，其抵抗變形的能力又重新提高，此時變形雖然發(fā)展很快，但卻只能隨著應力的提高而提高，直至應力達到最大值。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。抗拉強度是鋼材所能承受的最大拉應力，即當拉應力達到強度極限時，鋼材完全喪失了對變形的抵抗能力而斷裂。抗拉強度雖然不能直接作為計算依據(jù)，但屈服強度與抗拉強度的比值，即,“,屈強比,”,（,s/b,）對工程應用有較大意義。屈強比愈小，反映鋼材在應力超過屈服強度工作時的可靠性愈大，即延緩結構損壞過程的潛力愈大，因而結構愈安全。但屈強比過小時，鋼材強度的有效利用率低，造成浪費。常用碳素鋼的屈強比為,0.58,0.63,，合金鋼的屈強比為,0.65,0.75,5,、疲勞強度：,受交變荷載反復作用，鋼材在應力低于其屈服強度的情況下突然發(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小裂紋，由于裂紋尖端處的應力集中使其逐漸擴展，直至最后斷裂。疲勞破壞是在低應力狀態(tài)下突然發(fā)生的，所以危害極大，往往造成災難性的事故。在一定條件下，鋼材疲勞破壞的應力值隨應力循環(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)應力值，稱為,疲勞強度極限,。鋼材的疲勞強度與很多因素有關，如組織結構、表面狀態(tài)、合金成分、夾雜物和應力幾種情況等。,塑性表示鋼材在外力作用下產生塑性變形而不破壞的能力。它是鋼材的一個重要指標。鋼材的塑性通常用拉伸試驗時的,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所能承受的塑性變形能力，是衡量鋼材塑性的重要技術指標。伸長率是以試件拉斷后標距長度的增量與原標距長度之比的百分率來表示。伸長率按下式計算：,L1,試件拉斷后標距部分的長度（,mm,）；,L0,試件的原標距長度（,mm,）；,2,、斷面縮減率：,斷面縮減率按下式計算：,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，說明鋼材塑性越大。鋼材塑性大，不僅便于進行各種加工，而且能保證鋼材在建筑上的安全使用。因為鋼材的塑性變形能調整局部高峰應力，使之趨于平緩，以免引起建筑結構的局部破壞及其所導致的整個結構的破壞；鋼材在塑性破壞前，有很明顯的變形和較長的變形持續(xù)時間，便于人們發(fā)現(xiàn)和補救。,3,、沖擊韌性：,沖擊韌性是鋼材的一種動力性能指標。它是指鋼材在沖擊荷載作用下斷裂時吸收機械能的一種能力，是衡量鋼材抵抗可能因,低溫,、,應力集中,、,沖擊荷載作用,等而致脆性斷裂能力的一項機械性能。它用材料在斷裂時所吸收的總能量（包括彈性和非彈性能）來量度，其值為,-,關系曲線與橫坐標所包圍的總面積，總面積愈大韌性愈高，故韌性是鋼材強度和塑性的綜合指標。,鋼材的沖擊韌性越好，即其抵抗沖擊作用的能力越強，脆性破壞的危險性越小。對于重要的結構物以及承受動荷載作用的結構，特別是處于低溫條件下，為了防止鋼材的脆性破壞，應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。,冷彎試驗的指標：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，更有助于暴露鋼材的某些內在缺陷，它能揭示鋼材是否存在內部組織不均勻、內應力和夾雜物等缺陷。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，而且冷彎是在更苛刻的條件下對鋼材塑性的嚴格檢驗，它能反映鋼材內部組織是否均勻、是否存在內應力及夾雜物等缺陷。,在工程中，冷彎試驗還被用作對鋼材焊接質量進行嚴格檢驗的一種手段。,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。可焊性好的鋼材易于用一般焊接方法和工藝施焊，焊接時不易形成裂紋、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性能。,在建筑工程中，焊接結構應用廣泛，如鋼結構構件的連接、鋼筋混凝土的鋼筋骨架、接頭及預埋件、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）。要求焊接構件在施焊后的機械性能（力學性能）不低于母材的機械性能,