建筑钢材的技术性质

钢材作为结构材料最主要的技术性质包括力学性能和工艺性能。其中力学性能中抗拉性能尤为重要。通过拉力试验，可确定其弹性模量、屈服应力、抗拉强度及延伸率。此外，钢材的力学性能还包括冲击韧性、硬度和抗疲劳性能;工艺性能主要有冷弯性能和焊接性能。

（一）抗拉性能

钢材受拉力作用时的应力—应变曲线图是描述钢材受拉性能的基本曲线，如图2-2-4所示。根据应力—应变曲线，钢材受拉直到破坏其受力与变形可分为以下四个阶段。

（1）弹性阶段（OA段）。在弹性阶段所产生的变形为弹性变形，如卸去荷载，试件将恢复原状。与A点相对应的应力为弹性极限，用σp表示。此阶段应力 σ与应变ε成正比，其比值为常数，即弹性模量，用E表示，E=σ/ε。弹性模量反映了钢材抵抗变形的能力，它是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。建筑上常用的低碳钢其弹性模量E=（20～21）万MPa，σp=180～200MPa。

（2）屈服阶段（AB段）。当应力超过σp后，应变增加很快，而应力基本保持不变，这种现象称为屈服。此时应力与应变不再成比例，试件开始产生塑性变形。σ—ε曲线上开始发生屈服的点B，称为屈服点，这时的应力称为屈服极限，用σs表示。σs是衡量材料强度的重要指标。建筑上常用低碳钢的σs为 185～235MPa。对于硬钢由于没有明显的屈服阶段，所以规定以产生残余应变为0.2%时的应力作为屈服强度。

钢材受力达到屈服点后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求，故设计中一般以屈服点作为强度取值的依据。

（3）强化阶段（BC段）。当荷载超过屈服点后，因塑性变形使其内部的组织结构得到调整，抵抗变形的能力有所增强，σ—ε曲线又开始上升，称为强化阶段。材料破坏前，σ—ε图上的最大应力值，即曲线最高点C所对应的应力称为抗拉强度，用σb表示，常用低碳钢的σb为375～500MPa。

工程上使用的钢材不仅希望具有高的σs，还希望具有一定的屈强比（σs/σb）。屈强比值越小，钢材在受力超过屈服点时的可靠性越大，结构的安全储备越大，结构越安全。但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。常用低碳钢的屈强比为0.58～0.63，合金钢为0.65～0.75。

（4）颈缩阶段（CD段）。应力超过σb后，试件的变形开始集中于某一小段内，使该段的横截面面积显著减小，出现如图2-2-6所示的颈缩现象，σ—ε曲线开始下降，直至D点，试件被拉断。