1、1第二章 建筑結構材料1.影響鋼材力學性能的主要因素本章主要內容1.影響鋼材力學性能的主要因素 影響鋼材力學性能的因素有很多，本節主要討論化學成分、冶金缺陷、鋼材硬化、應力集中、殘余應力、溫度變化及疲勞對鋼材性能的影響。 （1）化學成分 碳：形成鋼材強度的主要成分。碳含量提高，則鋼材強度提高，但同時鋼材的塑性、韌性、冷彎性能、可焊性及抗銹蝕能力下降，尤其是低溫下的沖擊韌性也會降低。 錳和硅：鋼中的有益元素，都是脫氧劑，可提高強度，又不會過多降低塑性和沖擊韌性。 釩、鈮、鈦：鋼中的合金元素，既可以提高鋼材強度，又可保持良好的塑性、韌性。 鋁：強脫氧劑，用鋁進行補充脫氧，能進一步減少鋼中的有害氧化

2、物。 鉻和鎳：提高鋼材強度的合金元素。 硫和磷：冶煉過程中留在鋼中的雜質，有害元素。它們降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和疲勞強度。硫能使鋼材 “熱脆”，磷使鋼材“冷脆”。 “熱脆”：硫能生成易于熔化的硫化鐵，當熱加工及焊接使溫度達8001000時，使鋼材出現裂紋、變脆的現象。 “冷脆”：在低溫時，磷使鋼材的沖擊韌性大幅度下降的現象。 氧和氮：鋼中的有害雜質。氧能使鋼熱脆，氮能使鋼冷脆。（2）冶金缺陷的影響 常見的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋、分層等，都會使鋼材性能變差。（3）鋼材硬化 冷拉、冷彎、沖孔、機械剪切等冷加工使鋼材產生很大塑性變形，從而提高了鋼的屈服點，同時降低了鋼的塑性和韌

3、性，這種現象稱為冷作硬化或應變硬化。 （4） 溫度影響 鋼材對溫度相當敏感，溫度升高與降低都使鋼材性能發生變化。相比之下，鋼材的低溫性能更重要。 在正溫范圍，總的趨勢是隨著溫度的升高，鋼材強度降低，變形增大。約在200以內鋼材性能沒有很大變化，430540之間則強度（屈服強度和抗拉強度 ）急劇下降；到600時強度很低不能承擔荷載。此外，250附近有藍脆現象，約260320時有徐變現象。 （5） 應力集中（圖2.1.4） 應力集中系數愈大，變脆的傾向愈嚴重。 在負溫下或動力荷載作用下工作的結構，應力集中的不利影響將十分突出。（6）反復荷載作用 鋼材在反復荷載作用下，結構的抗力及性能都會發生重要變

4、化，甚至發生疲勞破壞。2.鋼材的力學性能 建筑鋼材的力學性能是衡量鋼材質量的重要指標，它包括強度、塑性、冷彎性能、沖擊韌性。 （1）強度 1）有明顯屈服點的鋼材se 有明顯屈服點的鋼筋aabcdefua為比例極限oa為彈性階段de為強化階段b為屈服上限c為屈服下限，即屈服強度 fycd為屈服臺階e為極限抗拉強度 fu fyfef為頸縮階段o低碳鋼和低合金鋼（含碳量和低碳鋼相同）一次拉伸時的應力-應變曲線見圖2.1.5。 把y取為計算構件的強度標準，以u作為材料的強度儲備。 2）無明顯屈服點的鋼材 沒有明顯的屈服點和屈服臺階鋼材的應力-應變曲線見圖2.16。 對于沒有明顯屈服點的鋼材，以殘余變形

5、為0.2%時的應力作為名義屈服點，其值約等于極限強度85%。 注意：鋼材在一次壓縮或剪切所表現出來的應力-應變變化規律基本上與一次拉伸試驗時相似，壓縮時的各強度指標也取用拉伸時的數據，只是剪切時的強度指標數值比拉伸時的小。鋼筋冷拉試驗 (點擊播放視頻) （2）塑性性能 斷裂前試件的永久變形與原標定長度的百分比稱為伸長率，它是衡量鋼材塑性的重要指標。 屈服點、抗拉強度和伸長率，是鋼材的三個重要力學性能指標。 （3）冷彎性能 鋼筋冷彎試驗 （點擊播放視頻） 冷彎性能合格是鑒定鋼材在彎曲狀態下的塑性應變能力和鋼材質量的綜合指標。 冷彎試驗不僅能直接檢驗鋼材的彎曲變形能力或塑性性能，還能暴露鋼材內部的

6、冶金缺陷，如硫、磷偏析和硫化物與氧化物的摻雜情況，這些都將降低鋼材的冷彎性能。（4）沖擊韌性 韌性是鋼材抵抗沖擊荷載的能力。韌性是鋼材強度和塑性的綜合指標。 沖擊韌性隨溫度的降低而下降。其規律是開始下降緩慢，當達到臨界溫度時，突然呈脆性，這種性質稱為鋼材的冷脆性。鋼材的脆性臨界溫度越低，低溫沖擊韌性越好。 對于直接承受動荷載而且可能在負溫下工作的重要結構，應有沖擊韌性保證。 3.建筑鋼材的設計指標 （1）鋼筋的強度標準值和強度設計值 材料強度標準值：正常情況下可能出現的最小材料強度值。 材料強度設計值：強度標準值除以材料分項系數。 鋼筋的材料分項系數為:熱軋鋼筋1.10，預應力鋼筋1.20。 （2）鋼筋的彈性模量 （3）鋼材的強度設計值 鋼材的強度設計值：鋼