造價員輔導資料：建筑鋼材(2)

　　二、建筑鋼材的技術(shù)性質(zhì)

　　鋼材作為結(jié)構(gòu)材料最主要的技術(shù)性質(zhì)包括力學性能和工藝性能。其中力學性能中抗拉性能尤為重要。通過拉力試驗，可確定其彈性模量、屈服應(yīng)力、抗拉強度及延伸率。此外，鋼材的力學性能還包括沖擊韌性、硬度和抗疲勞性能;工藝性能主要有冷彎性能和焊接性能。

　　(一)抗拉性能

　　1.應(yīng)力—應(yīng)變曲線

　　鋼材受拉力作用時的應(yīng)力—應(yīng)變曲線圖是描述鋼材受拉性能的基本曲線，如圖2-2-4所示。根據(jù)應(yīng)力—應(yīng)變曲線，鋼材受拉直到破壞其受力與變形可分為以下四個階段。

　　(1)彈性階段(OA段)。在彈性階段所產(chǎn)生的變形為彈性變形，如卸去荷載，試件將恢復原狀。與A點相對應(yīng)的應(yīng)力為彈性極限，用σp表示。此階段應(yīng)力σ與應(yīng)變ε成正比，其比值為常數(shù)，即彈性模量，用E表示，E=σ/ε。彈性模量反映了鋼材抵抗變形的能力，它是鋼材在受力條件下計算結(jié)構(gòu)變形的重要指標。建筑上常用的低碳鋼其彈性模量E=(20～21)萬MPa，σp=180～200MPa。

　　(2)屈服階段(AB段)。當應(yīng)力超過σp后，應(yīng)變增加很快，而應(yīng)力基本保持不變，這種現(xiàn)象稱為屈服。此時應(yīng)力與應(yīng)變不再成比例，試件開始產(chǎn)生塑性變形。σ—ε曲線上開始發(fā)生屈服的點B，稱為屈服點，這時的應(yīng)力稱為屈服極限，用σs表示。σs是衡量材料強度的重要指標。建筑上常用低碳鋼的σs為185～235MPa。對于硬鋼由于沒有明顯的屈服階段，所以規(guī)定以產(chǎn)生殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時的應(yīng)力作為屈服強度。

　　鋼材受力達到屈服點后，變形即迅速發(fā)展，盡管尚未破壞但已不能滿足使用要求，故設(shè)計中一般以屈服點作為強度取值的依據(jù)。

　　(3)強化階段(BC段)。當荷載超過屈服點后，因塑性變形使其內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)得到調(diào)整，抵抗變形的能力有所增強，σ—ε曲線又開始上升，稱為強化階段。材料破壞前，σ—ε圖上的最大應(yīng)力值，即曲線最高點C所對應(yīng)的應(yīng)力稱為抗拉強度，用σb表示，常用低碳鋼的σb為375～500MPa。

　　工程上使用的鋼材不僅希望具有高的σs，還希望具有一定的屈強比(σs/σb)。屈強比值越小，鋼材在受力超過屈服點時的可靠性越大，結(jié)構(gòu)的安全儲備越大，結(jié)構(gòu)越安全。但如果屈強比過小，則鋼材有效利用率太低，造成浪費。常用低碳鋼的屈強比為0.58～0.63，合金鋼為0.65～0.75。

　　(4)頸縮階段(CD段)。應(yīng)力超過σb后，試件的變形開始集中于某一小段內(nèi)，使該段的橫截面面積顯著減小，出現(xiàn)如圖2-2-6所示的頸縮現(xiàn)象，σ—ε曲線開始下降，直至D點，試件被拉斷。

　　2.延伸率和截面收縮率

　　試件拉斷后，其彈性變形消失，塑性變形則殘留下來。

　　測量拉斷后的標距長度L1和斷口處的最小橫截面面積且A1，則延伸率δ按計算，截面收縮率ψ按式2-2-24計算：

　　δ與ψ是衡量材料塑性的兩個重要指標。δ與ψ值越大，說明材料的塑性越好。盡管結(jié)構(gòu)是在鋼的彈性范圍內(nèi)使用，但在應(yīng)力集中處，其應(yīng)力可能超過屈服點，此時產(chǎn)生一定的塑性變形，可使結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力重新分布，從而避免結(jié)構(gòu)破壞。常用低碳鋼的延伸率δ=20%～30%，截面收縮率ψ=60%～70%。

　　(二)沖擊韌性

　　沖擊韌性指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。鋼材的沖擊韌性用沖斷試樣所需能量的多少來表示。鋼材的沖擊韌性試驗是采用中間開有“V”形缺口的標準彎曲試樣，置于沖擊機的支架上，并使切槽位于受拉的一側(cè)，當試驗機的重擺從一定高度自由落下，將試樣沖斷時，試樣吸收的能量等于重擺所作的功W，若試件在缺口處的最小橫截面積為A，則沖擊韌性ak按式2-2-25計算:

　　ak越大表示鋼材抗沖擊能力越強。ak值與試驗溫度有關(guān)。有些材料在常溫時沖擊韌性并不低，破壞時呈現(xiàn)韌性破壞特征;但當試驗溫度低于某值時，溫度在一個很小的范圍內(nèi)變化，ak突然大幅度下降，材料無明顯塑性變形，而發(fā)生脆性斷裂，這種性質(zhì)稱為鋼材的冷脆性，ak劇烈改變的溫度區(qū)間稱為脆性臨界溫度。

　　(三)硬度

　　硬度是衡量材料抵抗另一硬物壓入、表面產(chǎn)生局部變形的能力。硬度可以用來判斷鋼材的軟硬，同時間接地反映鋼材的強度和耐磨性能。鋼材的硬度常用布氏硬度值HB表示。

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