和弹性极限厂值相同,并用比例极限厂,表示 (2)弹塑性阶段(图2-1(b)中AB段):在AB段,变形由弹性变形和塑性变形组成,其 中弹性变形在卸载后恢复为零,而塑性变形则不能恢复,成为残余变形。称此阶段为弹塑 性变形阶段,简称弹塑性阶段。在此阶段,σ与E呈非线性关系,称E1=do/d为切线 模量。E随应力增大而减小,当σ达到厂,时,E,为零。 (3)屈服阶段(图2-1(6)中BC段):当σ达到厂,后,应力保持不变而应变持续发展, 形成水平线段,即屈服平台BC。这时犹如钢材屈服于所施加的荷载,故称为屈服阶段。实 际上,由于加载速度及试件状况等试验条件的不同,屈服开始时总是形成曲线上下波动, 波动最高点称上屈服点,最低点称下屈服点。下屈服点的数值对试验条件不敏感,所以计 算时取下屈服点作为钢材的屈服强度∫。对碳含量较高的钢或高强度钢,常没有明显的 屈服点,这时规定取对应于残余应变E,=0.2%时的应力σ2作为钢材的屈服点,常称为 条件屈服点或屈服强度为简单划一,钢结构设计中常不区分钢材的屈服点或条件屈服点 而统一称作屈服强度∫,。考虑达到J,后钢材暂时不能承受更大的荷载,且伴随产生很 大的变形,因此钢结构设计取厂,作为钢材的强度承载力极限 (4)强化阶段(图2-1(b)中CD段):钢材经历了屈服阶段较大的塑性变形后,金属内 部结构得到调整,产生了继续承受增长荷载的能力,应力~应变曲线又开始上升,一直到 D点,称为钢材的强化阶段。称试件能承受的最大拉应力∫为钢材的抗拉强度。在这个阶 段的变形模量称为强化模量,它比弹性模量低很多。取f作为强度极限承载力的标志,f 就成为材料的强度储备。 对于没有缺陷和残余应力影响的试件,f与∫比较接近,且屈服点前的应变很小。 在应力达到∫,之前,钢材近于理想弹性体,在应力达到,之后,塑性应变范围很大而应 力保持不增长,接近理想塑性体。因此可把钢材视为理想弹塑性体,取其应力~应变曲线 (详见附图二)。钢结构塑性设计是以材料为理想弹塑性体的假设为依据的,虽然忽略了 强化阶段的有利因素,但却是以应高出∫多少为条件的。设计规范要求f/J≥12, 来保证塑性设计应有的储备能力 (5)颈缩阶段(D点以后区段):当应力达到∫后,在承载能力最弱的截面处,横截面 急剧收缩,且荷载下降直至拉断破坏。试件被拉断时的绝对变形值与试件原标距之比的百 分数称为伸长率δ。伸长率代表材料在单向拉伸时的塑性应变能力 钢材的f,f和δ被认为是承重钢结构对钢材要求所必须的三项基本机械性能指标 、钢材的冷弯性能 钢材的冷弯性能由冷弯试验来确定,试验按照《金属弯曲试验方法》(GB232)的要求 进行。试验时按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压(详见附图三),使试件弯曲
- 6 - 和弹性极限 e f 值相同，并用比例极限 p f 表示。 (2)弹塑性阶段（图 2-1(b)中 AB 段）：在 AB 段，变形由弹性变形和塑性变形组成，其 中弹性变形在卸载后恢复为零，而塑性变形则不能恢复，成为残余变形。称此阶段为弹塑 性变形阶段，简称弹塑性阶段。在此阶段， 与 呈非线性关系，称 E d d t = / 为切线 模量。 Et 随应力增大而减小，当 达到 y f 时， Et 为零。 (3)屈服阶段（图 2-1(b)中 BC 段）：当 达到 y f 后，应力保持不变而应变持续发展， 形成水平线段，即屈服平台 BC。这时犹如钢材屈服于所施加的荷载，故称为屈服阶段。实 际上，由于加载速度及试件状况等试验条件的不同，屈服开始时总是形成曲线上下波动， 波动最高点称上屈服点，最低点称下屈服点。下屈服点的数值对试验条件不敏感，所以计 算时取下屈服点作为钢材的屈服强度 y f 。对碳含量较高的钢或高强度钢，常没有明显的 屈服点，这时规定取对应于残余应变 y = 0.2% 时的应力 0.2 作为钢材的屈服点，常称为 条件屈服点或屈服强度为简单划一，钢结构设计中常不区分钢材的屈服点或条件屈服点， 而统一称作屈服强度 y f 。考虑 达到 y f 后钢材暂时不能承受更大的荷载，且伴随产生很 大的变形，因此钢结构设计取 y f 作为钢材的强度承载力极限。 (4)强化阶段（图 2-1(b)中 CD 段）：钢材经历了屈服阶段较大的塑性变形后，金属内 部结构得到调整，产生了继续承受增长荷载的能力，应力～应变曲线又开始上升，一直到 D 点，称为钢材的强化阶段。称试件能承受的最大拉应力 u f 为钢材的抗拉强度。在这个阶 段的变形模量称为强化模量，它比弹性模量低很多。取 y f 作为强度极限承载力的标志， u f 就成为材料的强度储备。 对于没有缺陷和残余应力影响的试件， p f 与 y f 比较接近，且屈服点前的应变很小。 在应力达到 y f 之前，钢材近于理想弹性体，在应力达到 y f 之后，塑性应变范围很大而应 力保持不增长，接近理想塑性体。因此可把钢材视为理想弹塑性体，取其应力～应变曲线 （详见附图二）。钢结构塑性设计是以材料为理想弹塑性体的假设为依据的，虽然忽略了 强化阶段的有利因素，但却是以 u f 应高出 y f 多少为条件的。设计规范要求 f u / f y 1.2 ， 来保证塑性设计应有的储备能力。 (5)颈缩阶段（D 点以后区段）：当应力达到 u f 后，在承载能力最弱的截面处，横截面 急剧收缩，且荷载下降直至拉断破坏。试件被拉断时的绝对变形值与试件原标距之比的百 分数称为伸长率 。伸长率代表材料在单向拉伸时的塑性应变能力。 钢材的 y f ， u f 和 被认为是承重钢结构对钢材要求所必须的三项基本机械性能指标。 二、钢材的冷弯性能 钢材的冷弯性能由冷弯试验来确定，试验按照《金属弯曲试验方法》（GB232）的要求 进行。试验时按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压（详见附图三），使试件弯曲
180°,若试件外表面不出现裂纹和分层,即为合格。冷弯试验不仅能直接反映钢材的弯 曲变形能力和塑性性能,还能显示钢材内部的冶金缺陷(如分层、非金属夹渣等)状况, 是判别钢材塑性变形能力及冶金质量的综合指标。重要结构中需要有良好的冷热加工性能 时,应有冷弯合格保证 钢材的冲击韧性 钢材的冲击韧性是指钢材在冲击荷载作用下断裂时吸收机械能的一种能力,是衡量钢 抵抗可能因低温、应力集中、冲击荷载作用等而致脆性断裂能力的一项机械性能。在实际 结构中,脆性断裂总是发生在有缺口高峰应力的地方。因此,最有代表性的是钢材的缺口 冲击韧性,简称冲击韧性。钢材的冲击韧性试验采用有V形缺口的标准试件,在冲击试验 机上进行。冲击韧性值用击断试样所需的冲击功Ax表示,单位为J。 冲击韧性与温度有关,当温度低于某一负温值时,沖击韧性值将急剧降低。因此在寒 冷地区建造的直接承受动力荷载的钢结构,除应有常温冲击韧性的保证外,还应依钢材的 类别,使其具有-20℃或-40℃的冲击韧性保证。(详见附图四)。 四、钢材受压和受剪时的性能 钢材在单向受压(短试件)时,受力性能基本上与单向受拉相同。受剪的情况也相似 但抗剪屈服点及抗剪强度均低于∫,和:剪变模量G也低于弹性模量E 钢材的弹性模量E、剪变模量G、线膨胀系数α和质量密度ρ 钢材的物理性能指标 弹性模量 剪变模量 线膨胀系数a 按质量密度 E(N/mm) G(N/mm) (以每℃计) p(kg/m) 2.06×10 7.9×104 1.2×10° 7.85×103 第三节影响钢材性能的主要因素 在一般情况下,钢结构常用的结构钢既有较高的强度,又有很好的塑性和韧性,是理 想的承重结构材料。但是,有很多因素会影响钢材的力学性能,可显著降低塑性和韧性, 促使发生脆性破坏。主要影响因素如下: 化学成分的影响 钢由多种化学成分组成,化学成分及含量直接影响钢材的结晶组织,导致钢材的力学 性能改变。钢的主要化学成分是铁和少量的碳,此外还有锰、硅等有利元素,以及难以除 尽的有害元素硫和磷等。在合金钢中还有特意添加用以改善钢材性能的某些合金元素,如 锰和钒等。 碳是使钢材获得足够强度的主要元素。碳含量提高,则钢材强度提高,但同时塑性
- 7 - 180°，若试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。冷弯试验不仅能直接反映钢材的弯 曲变形能力和塑性性能，还能显示钢材内部的冶金缺陷（如分层、非金属夹渣等）状况， 是判别钢材塑性变形能力及冶金质量的综合指标。重要结构中需要有良好的冷热加工性能 时，应有冷弯合格保证。 三、钢材的冲击韧性 钢材的冲击韧性是指钢材在冲击荷载作用下断裂时吸收机械能的一种能力，是衡量钢 抵抗可能因低温、应力集中、冲击荷载作用等而致脆性断裂能力的一项机械性能。在实际 结构中，脆性断裂总是发生在有缺口高峰应力的地方。因此，最有代表性的是钢材的缺口 冲击韧性，简称冲击韧性。钢材的冲击韧性试验采用有 V 形缺口的标准试件，在冲击试验 机上进行。冲击韧性值用击断试样所需的冲击功 AKV 表示，单位为 J。 冲击韧性与温度有关，当温度低于某一负温值时，冲击韧性值将急剧降低。因此在寒 冷地区建造的直接承受动力荷载的钢结构，除应有常温冲击韧性的保证外，还应依钢材的 类别，使其具有-20℃或-40℃的冲击韧性保证。(详见附图四)。 四、钢材受压和受剪时的性能 钢材在单向受压（短试件）时，受力性能基本上与单向受拉相同。受剪的情况也相似， 但抗剪屈服点 y 及抗剪强度 u 均低于 y u f 和f ；剪变模量 G 也低于弹性模量 E。 钢材的弹性模量 E、剪变模量 G、线膨胀系数 和质量密度 。 钢材的物理性能指标 弹性模量 E ( / ) 2 N mm 剪变模量 G ( / ) 2 N mm 线膨胀系数 （以每℃计） 按质量密度 ( / ) 3 kg m 2.06×105 7.9×104 1.2×10-5 7.85×103 第三节 影响钢材性能的主要因素 在一般情况下，钢结构常用的结构钢既有较高的强度，又有很好的塑性和韧性，是理 想的承重结构材料。但是，有很多因素会影响钢材的力学性能，可显著降低塑性和韧性， 促使发生脆性破坏。主要影响因素如下： 一、化学成分的影响 钢由多种化学成分组成，化学成分及含量直接影响钢材的结晶组织，导致钢材的力学 性能改变。钢的主要化学成分是铁和少量的碳，此外还有锰、硅等有利元素，以及难以除 尽的有害元素硫和磷等。在合金钢中还有特意添加用以改善钢材性能的某些合金元素，如 锰和钒等。 碳是使钢材获得足够强度的主要元素。碳含量提高，则钢材强度提高，但同时塑性