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第二章 钢结构的材料
2.2 钢材的机械性能及影响因素
2.2.1 钢材的破坏形式
两种破坏形式：
（1）塑性破坏：由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉强度fu后才发生的。
（2）脆性破坏:脆性破坏前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢材的屈服点fy，断裂从应力集中处开始。破坏前没有任何预兆，破坏是突然发生的。
2.2.2 钢材的主要机械性能
（1）单向拉伸试验曲线
根据钢材单向拉伸性能曲线，工程应用中，钢材的性能按理想弹塑性体考虑，fy定为钢材拉、压强度标准值。
（2）钢材的主要机械性能
a.强度：fy 强度设计标准值，设计依据；fu钢材的最大承载强度，安全储备。
b.塑性－δ5（δ10），钢材产生塑变时而不发生脆性断裂的能力，便于内力重分布，吸收能量，重要指标。
c.冷弯性能－90度、180度，在冷加工过程中产生塑性变形时，对产生裂纹的敏感性，是判别钢材塑性及冶金质量的综合指标。
d.韧性－冲击韧性αk，钢材在一定温度下塑变及断裂过程中吸收能量的能力，用于表征钢材承受动力荷载的能力（动力指标），按常温（20度）、零温（0度）、负温（-20度、-40度）区分。
e.可焊性－表征钢材焊接后具备良好焊接接头性能的能力－不产生裂纹，焊缝影响区材性满足有关要求。
2.2.3 影响钢材性能的主要因素
（1）化学成份的影响
基本成份为铁，碳钢中含量占99％，碳、硅、锰为杂质元素，硫、磷、氮、氧为冶炼过程中不易除尽的有害元素。
碳：含碳↑使强度↑塑性、韧性、可焊性↓，应控制在≤0.22%，焊接结构应控制在≤0.20%。
硅：含硅适量使强度↑其它影响不大，有益，应控制≤0.1~0.3%
硅：含硅适量使强度↑降低硫、氧的热脆影响，改善热加工性能，对其它性能影响不大，有益。
硫：含量↑使强度↑塑性、韧性、性能冷弯、可焊性↓；高温时使钢材变脆－热脆现象。
磷：低温时使钢材变脆－冷脆现象；其它同硫。
氧、氮：氧同硫；氮同磷，控制含量≤0.008%；
（2）冶金与轧制的影响
冶金的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用Mn为脱氧剂，时间快，价格低，质量差；镇静钢用硅为脱氧剂，时间慢，价格高，质量好。特殊镇静钢用用Si脱氧后，再用铝补充脱氧。
反复的轧制可以改善钢材的塑性，同时可以使钢材中的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性能提高。
（3）冷作硬化与时效硬化
由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性下降，增加脆性的现象称之为硬化现象。
冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。
钢材中的碳、氮，随着时间的增长和温度的变化，而形成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化”现象称之为时效硬化。
（4）复杂应力与应力集中的影响
钢材在多向同号应力场作用下，一向的变形受到另一向的限制，而使钢材强度增加，塑性、韧性下降，异号应力场时则相反。
钢构件由于截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因而使构件内产生应力集中，应力集中实际为：局部应力增大并多为同号应力场。
（5）残余应力的影响
钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在构件内部自相平衡的内力,残余应力虽对构件的强度无影响，但对构件的变形（刚度）、疲劳以及稳定承载力产生不利影响（后续章节中将详细介绍）。
（6）温度的影响
温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。
正温影响
总体影响规律为温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧性提高，这一现象称之为热塑现象，温度达600度左右时，钢材的强度几乎降至为零，而塑性、韧性极大，易于进行热加工，此温度称之为热煅温度。
需要说明：钢材在300度左右时，强度提高，塑性、韧性下降，钢材表面呈蓝色，这一反覆现象称之为蓝脆现象。钢材在300度以上时应采取隔热措施。
负温影响
随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆性增大，称之为低温冷脆，当温度降至某一特定温度时钢材的脆性急剧增大，称此温度点为转脆温度。
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第一章 钢结构概述
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