A點所對應的應力為比例極限，而E點所對應的應力為彈性極限。Q235鋼的比例極限，對應的應變％。§2.2鋼結構對鋼材性能的要求1．較高的強度

鋼材的強度指標主要有屈服強度（屈服點）fy和抗拉強度fu

，可通過鋼材的靜力單向拉伸試驗獲得。標準試件（GB228—63）l0/d=5或10，常溫（20℃）下緩慢加載，一次完成。標準拉伸曲線可以分為四個階段：(1)彈性階段（OE段）：材料處于純彈性，卸載后無殘余應變；(4)頸縮階段（BD段）極限強度后，試件出現局部截面橫向收縮，塑性變形迅速增大，即頸縮現象。此時，只要荷載不斷降低，變形能繼續發展，直至D點試件斷裂。§2.2鋼結構對鋼材性能的要求(2)屈服階段（ECF段）應力波動的最低值稱為屈服點或屈服強度，屈服階段從開始（E點）到曲線再度上升(F點)的變形范圍較大，相應的應變幅度稱為流幅。Q235鋼的屈服點，對應的應變％，流幅0.15％~2.5％。(3)強化階段（FB段）應變的增加快于應力的增加，塑性特性明顯。B點的應力為抗拉強度或極限強度。第二章鋼結構材料§2.2鋼結構對鋼材性能的要求從拉伸曲線可以得到:鋼材的屈服強度fy與比例極限fp和彈性極限fe很接近，在屈服強度之前，鋼材應變很小，而在屈服強度以后，鋼材產生很大的塑性變形，常使結構出現了使用上不允許的殘余變形。因此認為：屈服強度是設計時鋼材可以達到的最大應力，鋼材可看作為理想的彈塑性。抗拉強度fu是鋼材破壞前能夠承受的最大應力，屈強比（fy/fu）是衡量鋼材強度儲備的一個系數，屈強比愈低鋼材的安全儲備愈大，但屈強比過小時，鋼材強度的利用率太低，不夠經濟；屈強比過大時，安全儲備太小而不夠安全。屈服強度和抗拉強度是承重結構所用鋼材應具有的基本保證項目，對一般非承重結構構件所用鋼材只要保證抗拉強度即可。

第二章鋼結構材料§2.2鋼結構對鋼材性能的要求應力-應變關系可根據不同要求選用計算模型。理想彈塑性型最為簡單，一般結構破壞時鋼材的應變(≯1％)尚未進入強化段。彈性強化模型為二折線，屈服后的應力一應變關系簡化為很平緩的斜直線，可取E|=0.01Es，優點是應力和應變關系的惟一性。三折線或曲線的彈一塑性強化模型較為復雜些，但可較準確地描述鋼筋的大變形性能。第二章鋼結構材料§2.2鋼結構對鋼材性能的要求對高強度鋼材，如碳素鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼材拉伸曲線上沒有明顯的屈服臺階。取對應于殘余應變為0.2％時的應力f0.2作為屈服點fy，根據試驗結果得

f0.2=（0.8~0.9）fb第二章鋼結構材料§2.2鋼結構對鋼材性能的要求硬鋼的應力—應變關系一般采用Ramberg—Osgood模型。參數n=7~30，取決于鋼材的種類。黃成若根據鋼筋的試驗結果建議的計算式第二章鋼結構材料§2.2鋼結構對鋼材性能的要求2.良好的塑性塑性是指鋼材在應力超過屈服點后，能產生顯著的殘余變形（塑性變形）而不立即斷裂的性質。一般用伸長率來衡量，它由鋼材的靜力單向拉伸試驗得到。值愈大，鋼材的塑性愈好。試件l0/d=5和=10時測得的伸長率分別以δ5和δ10表示，d為試件直徑。當試件為板材時，和，F0為試件橫截面面積。

第二章鋼結構材料§2.2鋼結構對鋼材性能的要求

塑性好則結構破壞前變形比較明顯，從而可避免發生脆性破壞。塑性好還能調整局部高峰應力，使應力重分布，趨于平緩，并能提高構件的延性和結構的抗震能力。

承重結構用的鋼材，不論在靜力荷載或動力荷載作用下，以及在加工制作過程中，除了應具有較高的強度外，尚應要求具有足夠的伸長率，對非承重結構構件所用鋼材也要保證其伸長率。

第二章鋼結構材料§2.2鋼結構對鋼材性能的要求3.韌性好韌性是指鋼材在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力，是衡量鋼材抵抗動力荷載能力的指標，它是強度和塑性的綜合表現，是判斷鋼材在動力荷載作用下是否出現脆性破壞的重要指標之一。

韌性的好壞用沖擊韌性值表示，它是對帶有夏比V型缺口（Charpy）試件進行沖擊試驗測得的試件斷裂時的沖擊功。

第二章鋼結構材料§2.2鋼結構對鋼材性能的要求

韌性好表示在動荷載作用下破壞時能吸收比較多的能量，從而提高結構抵抗動力荷載的能力，降低脆性破壞的危險程度。對需要驗算疲勞的結構所用鋼材應具有在不同試驗溫度下的沖擊韌性的合格保證。對其它重要的受拉或受彎的焊接構件中，厚度大于16mm的鋼材應具有常溫沖擊韌性的合格保證。

第二章鋼結構材料§2.2鋼結構對鋼材性能的要求4.合格的冷彎性能冷彎性能是指鋼材在常溫下冷加工發生塑性變形時，對產生裂紋的抵抗能力。用冷彎試驗來檢驗，如果試件彎曲180°，無裂紋、斷裂或分層，即認為試件冷彎性能合格。冷彎試驗不僅能直接檢驗鋼材的彎曲變形能力或塑性變形，還能暴露出鋼材的內部缺陷。冷彎性能是衡量鋼材力學性能的綜合指標。結構構件在制作、安裝過程中要進行冷加工，尤其是焊接結構焊后變形的調直等工序都需要鋼材有合格的冷彎性能。而非焊接的重要結構（如吊車梁、大跨度重型桁架等）以及需要彎曲成型的構件等，亦都要求具有冷彎性能合格的保證。鋼材的強度、塑性、沖擊韌性和冷彎性能稱為鋼材的力學性能或機械性能。

第二章鋼結構材料§2.2鋼結構對鋼材性能的要求5.可焊性好可焊性是指在一定的焊接工藝和結構條件下，鋼材經過焊接后能夠獲得良好的焊接接頭的性能。可分為施工上的可焊性的和使用上的可焊性。

施工上的可焊性好是指在一定的焊接工藝下，焊縫金屬及其附近金屬均不產生裂紋；使用上的可焊性好是指焊接構件在施焊后的力學性能不低于母材的力學性能。鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響。普通碳素鋼當其含碳量在0.27％以下，含錳量在0.7％以下，含硅量在0.4％以下，硫、磷含量各在0.05％以下時，可焊性是好的。對低合金鋼，用碳當量CE衡量其可焊性。碳當量CE越高可焊性越差。§2.3影響鋼材性能的主要因素

鋼材的性能受許多因素的影響，其中有些因素會促使鋼材產生脆性破壞，應格外重視。1.化學成分

鋼材是由各種化學成分組成的，其基本元素為鐵（Fe），碳素結構鋼中鐵占99%，碳和其他元素僅占1%，但對鋼材的性能有著決定性的影響。普通低合金鋼中還含有低于5%的合金元素。⑴碳（C）。碳是碳素結構鋼中僅次于鐵的主要元素，是鋼材強度的主要來源，隨著含碳量的增加，鋼材強度提高，而塑性和韌性、尤其是低溫沖擊韌性下降，同時可焊性、抗腐蝕性、冷彎性能明顯降低。因此結構用鋼的含碳量一般不應超過0.22%，對焊接結構應低于0.2%。⑵硫（S）。硫是一種有害元素，降低鋼材的塑性、韌性、可焊性、抗銹蝕性等，在高溫時使鋼材變脆，即熱脆。因此，鋼材中硫的含量不得超過0.05%，在焊接結構中不超過0.045%。第二章鋼結構材料§2.3影響鋼材性能的主要因素

⑶磷（P）。磷也是一種有害元素，雖磷的存在使鋼材的強度和抗銹蝕性提高，但嚴重降低鋼材的塑性、韌性、可焊性、冷彎性能等，特別是在低溫時使鋼材變脆，即冷脆。鋼材中磷的含量一般不得超過0.045%。磷在鋼材中的強化作用十分顯著，有些國家生產高磷鋼，含磷量最高可達0.08%~0.12%，由此引起的不利影響通過降低含碳量來彌補。

⑷氧（O）和氮（N）。氧和氮都是鋼材的有害雜質，氧的作用與硫類似，使鋼材產生熱脆，一般要求其含量小于0.05%；而氮的作用與磷類似，使鋼材產生冷脆，一般要求其含量小于0.008%。由于氧、氮容易在冶煉過程中逸出，且根據需要進行不同程度的脫氧處理，其含量一般不會超過極限含量。第二章鋼結構材料§2.3影響鋼材性能的主要因素

⑸錳（Mn）。錳是一種弱脫氧劑，適量的錳含量可以有效地提高鋼材的強度，又能消除硫、氧對鋼材的熱脆影響，而不顯著降低鋼材的塑性和韌性。但含量過高將使鋼材變脆，降低鋼材的抗銹蝕性和可焊性。錳在碳素結構鋼中的含量為0.3%~0.8%，在低合金鋼中一般為1.2%~1.6%。⑹硅（Si）。硅是一種強脫氧劑，適量的硅可提高鋼材的強度，而對塑性、韌性、冷彎性能和可焊性無明顯不良影響，含量過大（達1%左右）時，會降低鋼材的塑性、韌性、抗銹蝕性和可焊性。一般含硅量不超過0.3%。為改善鋼材的性能，可摻入一定數量的其它元素，如鋁（Al）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、銅（Cu）、鈦（Ti）、釩（V）等。第二章鋼結構材料§2.3影響鋼材性能的主要因素

2.冶煉、軋制、熱處理⑴冶煉平爐和氧氣頂吹轉爐來冶煉，二者鋼材質量基本相同，都較好。為排除鋼水中的氧元素，澆鑄前要向鋼液中投入脫氧劑，按脫氧程度的不同，形成沸騰鋼、半鎮靜鋼、鎮靜鋼和特殊鎮靜鋼。沸騰鋼是以錳作為脫氧劑，脫氧不充分，鋼水出現劇烈沸騰現象而得名。因沸騰鋼含有較多的氧、氮等元素，其塑性、韌性和可焊性較差，容易發生時效和變脆。但沸騰鋼成品率高，成本較低，質量能滿足一般承重結構的要求，因而廣泛應用。鎮靜鋼除了加錳以外，還加強脫氧劑硅，脫氧比較充分。具有較高的沖擊韌性，較小的時效敏感性和冷脆性，冷彎性能、可焊性和抗銹蝕性較好等優點。但成品率低，成本較高。半鎮靜鋼的脫氧程度介于沸騰鋼和鎮靜鋼之間，其性能也介于二者之間。特殊鎮靜鋼是在用錳和硅脫氧之后，再用鋁等進行補充脫氧，能明顯改善各項力學性能。第二章鋼結構材料§2.3影響鋼材性能的主要因素

⑵冶金缺陷常見的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋及分層等。偏析是指鋼中化學成分分布不均勻，特別是硫、磷偏析嚴重惡化鋼材的性能；非金屬夾雜是指鋼中含有硫化物、氧化物等雜質；氣孔是由于氧化鐵與碳作用生成的一氧化碳不能充分逸出而形成的；非金屬夾雜物在軋制后會造成鋼材的分層。這些缺陷都將降低鋼材的性能。分層使鋼材沿厚度受拉的性能大大降低。

⑶軋制鋼的軋制是在高溫（1200℃~1300℃）和壓力作用下將鋼錠熱軋成鋼板或型鋼。軋制使鋼錠中的小氣孔、裂紋等缺陷焊合起來，使金屬組織更加致密，并能消除顯微組織缺陷，從而改善了鋼材的力學性能。一般來說，軋制的鋼材愈小（愈薄），其強度愈高，塑性和沖擊韌性也愈好。由此規范對鋼材按厚度進行分組。熱軋的鋼材由于不均勻冷卻產生殘余應力，一般在冷卻較慢處產生拉應力，早冷卻處產生壓應力第二章鋼結構材料§2.3影響鋼材性能的主要因素

⑷熱處理

鋼的熱處理就是將鋼在固態范圍內施以不同的加熱、保溫和冷卻，以改變其性能的一種工藝，根據加熱和冷卻方法的不同，建筑結構鋼的熱處理主要有：退火處理、正火處理、淬火處理、回火處理。熱處理可改善鋼的組織和性能，消除殘余應力。淬火加高溫回火的綜合操作稱為調質處理，可讓鋼材獲得強度、塑性和韌性都較好的綜合性能。第二章鋼結構材料§2.3影響鋼材性能的主要因素

3.鋼材的硬化硬化有時效硬化和冷作硬化兩種。⑴時效硬化是指鋼材隨時間的增長，鋼材強度(屈服點和抗拉強度)提高，塑性降低、特別是沖擊韌性大大降低的現象。時效硬化的過程一般很長。為了測定鋼材時效后的沖擊韌性，常采用人工快速時效方法，即先使鋼材產生10％左右的塑性變形，再加熱至250℃左右并保溫1小時，然后在空氣中冷卻。⑵冷作硬化是指當鋼材冷加工（剪、沖、拉彎等）超過其彈性極限卸載后，出現殘余塑性變形，再次加載時彈性極限（或屈服點）提高的現象。冷作硬化降低了鋼材的塑性和沖擊韌性，增加了出現脆性破壞的可能性。第二章鋼結構材料§2.3影響鋼材性能的主要因素

4.溫度的影響0℃以上，總的趨勢是溫度升高，鋼材強度、彈性模量降低，塑性增大。100℃以內時，鋼材性能基本不變；但在250℃左右時，鋼材出現抗拉強度提高，沖擊韌性下降的藍脆現象，應避免鋼材在藍脆溫度范圍內進行熱加工；溫度超過300℃后，屈服點和極限強度顯著下降；600℃時強度很低，不能承擔外力。0℃以下，總的趨勢是溫度降低，鋼材強度略有提高，塑性、韌性降低而變脆。特別是當溫度下降到某一值時，鋼材的沖擊韌性突然急劇下降，試件發生脆性破壞，這種現象稱為低溫冷脆現象。鋼材由韌性狀態向脆性狀態轉變的溫度叫冷脆轉變溫度(或叫冷脆臨界溫度)。第二章鋼結構材料§2.3影響鋼材性能的主要因素

5.復雜應力狀態鋼材在單向應力作用下，當應力達到屈服點時，鋼材即進入塑性狀態。但在復雜應力（二向或三向應力）作用下，鋼材的屈服不能以某個方向的應力達到來判別，而應按材料第四強度理論用折算應力與鋼材單向應力下的比較來判別。

或用主應力表達

當時，鋼材處于彈性狀態；鋼材處于塑性狀態。第二章鋼結構材料§2.3影響鋼材性能的主要因素

由式（2-3）可知，當同號，且數值接近時，即使每個應力都超過，鋼材也很難進入塑性狀態，材料都不破壞．當真？（1）當三向應力皆為壓力——靜水壓力，不破壞。（2）當三向應力皆為拉力時，可能破壞，且一定為脆性破壞。——此時材料由于三向受拉限制了材料的塑性發展，甚至破壞時也沒有明顯的塑性變形。能量理論所得的公式只適用于塑性材料。因此，形式上的不破壞與實際的脆性破壞是不矛盾的，只是實際的脆性破壞不再符合能量理論的基本假定。2．對于一般應力狀態，可以根據具體應力狀態及形式，采用如上公式對構件進行檢查。對于平面應力狀態：對梁腹板，，記，則對純剪狀態：其屈服條件為：，故第二章鋼結構材料§2.3影響鋼材性能的主要因素

鋼材在雙向拉力作用下屈服點和抗拉強度提高，伸長率下降。當雙向拉應力愈接近，伸長率下降愈多。在異號雙向應力作用下，屈服點和抗拉強度降低，伸長率增大。是三向受拉作用下，鋼材的伸長率比二向受拉還進一步下降，甚至趨向于零，表現為脆性破壞。

圖中σ表示最大主應力。

ε為主應力相應應變。曲線a為單向受拉。曲線b為兩向受拉。曲線c為一向受拉，一向受壓。第二章鋼結構材料§2.3影響鋼材性能的主要因素

6.應力集中的影響

在鋼結構構件中不可避免地存在著孔洞、槽口、凹角、形狀變化和內部缺陷等，此時，軸心受力構件在截面變化處應力不再保持均勻分布，而是在一些區域產生局部高峰應力，在另外一些區域則應力降低，形成應力集中現象.

更嚴重的是，靠近高峰應力的區域總是存在著同號平面或立體應力場，因而促使鋼材變脆。高峰應力與凈截面的平均應力之比稱為應力集中系數，構件形狀變化愈急劇，應力集中系數愈大，變脆的傾向亦愈嚴重。在一般情況下由