2015年造價員土建重點輔導:鋼材的抗拉性
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抗拉性能
1.應力―應變曲線
鋼材受拉力作用時的應力―應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。根據應力―應變曲線，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點相對應的應力為彈性極限，用σp表示。此階段應力 σ與應變ε成正比，其比值為常數，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構變形的重要指標。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)。當應力超過σp后，應變增加很快，而應力基本保持不變，這種現象稱為屈服。此時應力與應變不再成比例，試件開始產生塑性變形。σ―ε曲線上開始發生屈服的點B，稱為屈服點，這時的應力稱為屈服極限，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，所以規定以產生殘余應變為0.2%時的應力作為屈服強度。
鋼材受力達到屈服點后，變形即迅速發展，盡管尚未破壞但已不能滿足使用要求，故設計中一般以屈服點作為強度取值的依據。
(3)強化階段(BC段)。當荷載超過屈服點后，因塑性變形使其內部的組織結構得到調整，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圖上的最大應力值，即曲線最高點C所對應的應力稱為抗拉強度，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，結構的安全儲備越大，結構越安全。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)。應力超過σb后，試件的變形開始集中于某一小段內，使該段的橫截面面積顯著減小，出現如圖2-2-6所示的頸縮現象，σ―ε曲線開始下降，直至D點，試件被拉斷。
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