第1章钢筋混凝土材料的主要力学性能
1．1 混凝土
1．1．1混凝土强度
混凝土的强度是混凝土受力性能的一个基本标志。在工程中根据荷载和构件受力条件的不同, 混凝土的强度分为立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度。
1．混凝土的抗压强度
（1）混凝土的立方体抗压强度和强度等级
立方体试件的强度比较稳定，所以我国把立方体强度值作为混凝土强度的基本指标，并把立方体抗压强度作为评定混凝土强度等级的标准。我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》（GBJ81-85）规定以边长为150mm的立方体为标准试件，标准立方体试件在（20士3）℃的温度和相对湿度90％以上的潮湿空气中养护28d，试块表面不涂润滑剂,全截面受力,加荷速度为0.3～0.8 N／mm2.s,试块压坏测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为 N／mm2。
《混凝土结构设计规范》规定混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定，用符号?cu,k表示。即用上述标准试验方法测得的具有95％保证率的立方体抗压强度作为混凝土的强度等级。《混凝土设计规范》规定的混凝土强度等级有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，共14个等级。例如，C30表示立方体抗压强度标准值为 30N／mm2。其中，C50～C80属高强度混凝土范畴。
《混凝土设计规范》规定，钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；当采用 HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于 C20；当采用 HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于C20。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。
试验方法对混凝土的立方体抗压强度有较大影响。试件在试验机上单向受压时，竖向缩短，横向扩张，由于混凝土与压力机垫板弹性模量与横向变形系数不同，压力机垫板的横向变形明显小于混凝土的横向变形，所以垫板通过接触面上的摩擦力约束混凝土试块的横向变形，就象在试件上下端各加了一个套箍，致使混凝土破坏时形成两个对顶的角锥形破坏面，抗压强度比没有约束的情况要高。如果在试件上下表面涂一些润滑剂，这时试件与压力机垫板间的摩擦力大大减小，其横向变形几乎不受约束，受压时没有“套箍”作用的影响，试件将沿着平行于力的作用方向产生几条裂缝而破坏，测得的抗压强度就低。图是两种混凝土立方体试块的破坏情况。
加载速度对立方体强度也有影响，加载速度越快，测得的强度越高。通常规定加载速度为：混凝土强度等级低于 C30时，取每秒钟 0．3～0．5N／mm2；混凝土强度等级高于或等于 C30时，取每秒钟（0．5～0．8）N／mm2。
混凝土的立方体强度还与成型后的龄期有关。混凝土的立方体抗压强度随着成型后混凝土的龄期逐渐增长，增长速度开始较快，后来逐渐缓慢，强度增长过程往往要延续几年，在潮湿环境中往往延续更长。
（2）混凝土的轴心抗压强度(棱柱体强度)
混凝土的抗压强度与试件的形状有关，采用棱柱体比立方体能更好地反映混凝土结构的实际抗压能力。用混凝土棱柱体试件测得的抗压强度称轴心抗压强度。
我国《普通混凝土力学性能试验方法》规定以 150mm×150mm×300mm的棱柱体作为混凝土轴心抗
压强度试验的标准试件。棱柱体试件与立方体试件的制作条件相同，试件上下表面不涂润滑剂。由于棱柱体试件的高度越大，试验机压板与试件之间摩擦力对试件高度中部的横向变形的约束影响越小，所以棱柱体试件的抗压强度都比立方体的强度值小，并且棱柱体试件高宽比越大，强度越小。但是，当高宽比达到一定值后，这种影响就不明显了。在确定棱柱体试件尺寸时，一方面要考虑到试件具有足够的高度以不受试验机压板与试件承压面问摩擦力的影响，在试件的中间区段形成纯压状态，同时也要考虑到避免试件过高，在破坏前产生较大的附加偏心而降低抗压极限强度。根据资料，一般认为试件的高宽比为2～4时，可以基本消除上述两种因素的影响。
《混凝土结构规范》规定以上述棱柱体试件试验测得的具有95％保证率的抗压强度为混凝土轴心抗压强度标准值，用符号?ck表示。
考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况，实际构件强度与试件强度之间存在的差异，《混凝土设计规范》基于安全取偏低值，轴心抗压强度标准值与立方体抗压强度标准值的关系按下式确定：
f ck=0.88a1 a2 f cu，k
式中：α1为棱柱体强度与立方体强度之比，对混凝土强度等级为C50及以下的取α1=0．76，对C80取α1=0．82，在此之间按直线规律变化取值。
α2为高强度混凝土的脆性折减系数，对C40取α2=1．00，对C80取α2=0．87，中间接直
线规律变化取值。
0．88为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。
2．混凝土的轴心抗拉强度
抗拉强度是混凝土的基本力学指标之一。混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试验方法来测定。但是，由于混凝土内部的不均匀性，加之安装试件的偏差等原因，准确测定抗拉强度是很困难的。所以，国内外也常用如图所示的圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。
试验表明，劈裂抗拉强度略大于直接受拉强度，劈拉试件的大小对试验结果也有一定影响。
轴心抗拉强度只有立方抗压强度的1/17～1/8，混凝土强度等级愈高，这个比值愈小。考虑到构件与试件的差别、尺寸效应、加载速度等因素的影响，《混凝土结构设计规范》考虑了从普通强度混凝土到高强度混凝土的变化规律，取轴心抗拉强度标准值?t k与立方体抗压强度标准值?cu，k的关系为
f tk=0.88×0.395 f 0.55cu，k(1－1.645δ)0.45×a2
式中δ为变异系数；0．88的意义和a2的取值同前。
3.复合应力状态下混凝土的强度
实际混凝土结构构件大多是处于复合应力状态，例如框架梁、柱既受到柱轴向力作用，又受到弯矩和剪力的作用。节点区混凝土受力状态一般更为复杂。同时，研究复合应力状态下混凝土的强度，对于认识混凝土的强度理论也有重要的意义。
在两个平面作用着法向应力σ1和σ2，第三个平面上应力为零的双向应力状态下，混凝土二向破坏包络图如图所示。一旦超出包络线就意味着材料发生破坏。
第一象限为双向受拉区，σ1、σ2相互影响不大，不同应力比值σ1／σ2下的双向受拉强度均接近于单向受拉强度。
第三象限为双向受压区，大体上一向的强度随另一向压力的增加而增加，混凝土双向受压强度比
单向受压强度最多可提高27％。
第二、四象限为拉一压应力状态，此时混凝土的强度均低于单向拉伸或压缩时的强度。
取一个单元体，法向应力σ与剪应力τ组合的强度曲线如图所示。压应力低时，抗剪强度随压应力的增大而增大，当压应力约超过0．5～0.7?‘c时，抗剪强度随压应力的增大而减小。也就是说由于存在剪应力，混凝土的抗压强度要低于单向抗压强度。这个结果说明：梁受弯矩和剪力共同作用以及柱在受到轴向压力的同时也受到水平地震作用产生的剪力用时，结构中有剪应力会影响梁与柱中受压区混凝土的强度。另外，还可以看出，抗剪强度随着拉应力的增大而减小，也就是说剪应力的存在也会使抗拉强度降低。
混凝土在三向受压的情况下，由于受到侧向压力的约束作用，最大主压应力轴的抗压强度?‘cc（σ1）有较大程度的增长，其变化规律随两侧向压应力（σ1，σ2）的比值和大小而不同。常规的三轴受压是在圆柱体周围加液压，在两侧向等压（σ2=σ3=?L＞0）的情况下进行的。试验表明，当侧向液压值不很大时，最大主压应力轴的抗压强度?‘cc随侧向应力的增大而提高，由试验得到的经验公式为：
f‘cc= f‘c＋（4．5～7．0）f L
式中?‘cc——有侧向压力约束试件的轴心抗压强度；
?‘c——无侧向压力约束试件的轴心抗压强度；
?L——侧向约束压应力。
公式中，?L前的数字为侧向应力系数，平均值为5．6，当侧向压应力较低时得到的系数值较高。
1.1.2 混凝土的变形
混凝土在一次短期加载、荷载长期作用和多次重复荷载作用下会产生变形。这类变形称为受力变形。另外，混凝土由于硬化过程中的收缩以及温度和湿度变化也会产生变形，这类变形称为体积变形。变形是混凝土的一个重要力学性能。
1.1.
2.1混凝土的受力变形
一次短期加载下混凝土的变形性能
（1）混凝土受压时的应力一应变关系
混凝上受压时的应力一应变关系是混凝土最基本的力学性能之一。一次短期加载是指荷载从零开始单调增加至试件破坏，也称单调加载。我国采用棱柱体试件测定一次短期加载下混凝土受压应力一应变全曲线，图。这条曲线包括上升段和下降段两个部分。
上升段（OC）分为三段:
a.第1阶段：从加载至应力约为（0．3～0．4）?c的A点。这时应力较小，混凝土的变形主要是骨料和水泥结晶体受力产生的弹性变形，而水泥胶体的粘性流动以及初始微裂缝变化的影响一般很小，所以应力一应变关系接近直线，称A点为比例极限点。
b．第2阶段：超过A点，进入裂缝稳定扩展的第2阶段，至临界点B，临界点的应力可以作为长期抗压强度的依据。
c．第3阶段：试件中所积蓄的弹性应变能保持大于裂缝发展所需要的能量，从而形成裂缝快速发
展的不稳定状态直至峰点C，这一阶段为第3阶段，这时的峰值应力σmax通常作为混凝土棱柱体的抗压强度?c，相应的应变称为峰值应变ε0，其值在0.0015～0.0025之间波动，通常取为0.002。
下降段CE是混凝土到达峰值应力后裂缝继续扩展、贯通，从而使应力一应变关系发生变化。从收敛点E开始以后的曲线称为收敛段，这时贯通的主裂缝已很宽，内聚力几乎耗尽，对无侧向约束的混凝土，收敛段EF已失去结构意义。
不同强度的混凝土的应力一应变曲线有着相似的形状，但也有实质性的区别。图的试验曲线表明，随着混凝土强度的提高，尽管上升段和峰值应变的变化不很显著，但是下降段的形状有较大的差异，混凝土强度越高，下降段的坡度越陡，即应力下降相同幅度时变形越小，延性越差。另外，混凝土受压应力一应变曲线的形状与加载速度也有着密切的关系。
试验还表明，横向钢筋的约束作用对混凝土的应力一应变曲线也有较明显的影响。随着配箍量的增加及箍筋的加密，混凝土应力一应变曲线的峰值不仅有所提高，而且峰值应变的增大及曲线下降段的下降减缓都比较明显。因此，承受地震作用的构件，如框架梁柱节点区，采用加密箍筋的方法不仅可使混凝土强度有所提高，而且可以有效地提高混凝土构件的延性。
试验表明，加荷速度对混凝土应力一应变曲线的形状也有影响。图为强度相同的混凝土在不同应变速度下的应力一应变曲线。从图中可以看出，随着应变速度的降低，最大应力值也逐渐减少，但达到最大应力值的应变增加了，由于徐变的影响，曲线的下降比较缓慢。
试验表明，在不同应力下，横向变形系数如图所示。当混凝土的应力值小于0．5 f c时，横向变形系数基本保持为常数（l／6）。当混凝土应力超过0．5f c时，横向变形逐渐增大，这表示试件内部已经出现了微裂缝。
试验还表明，混凝土的体积应变εV与应力的关系如图所示。从图中可以看出，当应力较小时，体积随应力增大而减少，而后又随应力的增大而增大，最后竟超过了原来的体积。
（2）混凝土受压时纵向应变与横向应变关系
混凝土在一次短期加压时，除了纵向产生压缩应变外，还要产生横向膨胀应变，我们将横向应变与纵向应变的比值称为横向变形系数（混凝土的泊松比）。
(3)混凝土的变形模量
与弹性材料不同，混凝土受压应力一应变关系是一条曲线，在不同的应力阶段，应力与应变之比的变形模量是一个变数。混凝土的变形模量有如下三种表示方法。
l）混凝土的弹性模量（即原点模量）
如图所示，混凝土棱柱体受压时，在应力一应变曲线的原点（图中的O点）作一切线，其斜率为混凝土的原点模量，称为弹性模量，以E c表示。
E c＝tgα0
式中α0为混凝土应力一应变曲线在原点处的切线与横坐标的夹角。
《混凝土结构设计规范》规定对标准尺寸 150mm ×150m×300mm的棱柱体试件，先加载至σ=0.5?c，然后卸载至零，再重复加载卸载5～10次。由于混凝土不是弹性材料，每次卸载至应力为零时，存在残余变形，随着加载次数增加，应力一应变曲线渐趋稳定并基本上趋于直线。该直线的斜率即定为混凝土的弹性模量。
当混凝土进入塑性阶段后，初始的弹性模量已不能反映这时的应力一应变性质，因此，有时用变形模量或切线模量来表示这时的应力一应变关系。
2）混凝土的变形模量
连接图2－15中O点至曲线任一点应力为σc处割线的斜率，称为任意点割线模量或称变形模量。它的表达式为：
E’c＝tgα1
这时，由于总变形中包含弹性变形εela和塑性变形εpla两部分，由此所确定的模量也可称为弹塑性模量或割线模量。混凝土的变形模量是个变值，它随应力大小而不同。
3）混凝土的切线模量
在混凝土应力一应变曲线上某一应力σc处作一切线，其应力增量与应变增量之比值称为相应于应力σc时混凝土的切线模量。
E t＝tga
可以看出，混凝土的切线模量是一个变值，它随着混凝土的应力增大而减小。
（5）混凝土轴向受拉时的应力一应变关系
混凝土轴心受拉应力一应变曲线形状与受压时相似，具有上升段和下降段。
2．荷载长期作用下混凝土的变形性能
结构或材料承受的荷载或应力不变，而应变或变形随时间增长的现象称为徐变。
混凝土产生徐变的原因主要：在应力不大的情况下，混凝土凝结硬化后，骨料之间的水泥浆，一部分变为完全弹性结晶体，另一部分是充填在晶体间的凝胶体，它具有粘性流动的性质。当施加荷载时，在加载的瞬间结晶体与凝胶体共同承受荷载。其后，随着时间的推移，凝胶体由于粘性流动而逐渐卸载，此时晶体承受了更多的外力并产生弹性变形。在这个过程中，从水泥凝胶体向水泥结晶体应力重新分布，从而使混凝土徐变变形增加。在应力较大的情况下，混凝土内部微裂缝在荷载长期作用下不断发展和增加，也将导致混凝土变形的增加。
混凝土的徐变特性主要与时间参数有关。混凝土的典型徐变曲线如图所示。可以看出，当对棱柱体试件加载，应力达到0．5?c时，其加载瞬间产生的应变为瞬时应变已εela。若保持荷载不变，随着加载作用时间的增加，应变也将继续增长，这就是混凝土的徐变εcr。一般，徐变开始增长较快，以后逐渐减慢，经过较长时间后就逐渐趋于稳定。两年后卸载，试件瞬时要恢复的一部分应变称为瞬时恢复应变ε‘ela，其值比加载时的瞬时变形略小。当长期荷载完全卸除后，量测会发现混凝土并不处于静止状态，而经过一个徐变的恢复过程（约为20d），卸载后的徐变恢复变形称为弹性后效ε“ela，其绝对值仅为徐变变形的1／12左右。在试件中还有绝大部分应变是不可恢复的，成为残余应变ε‘cr。为3年左右徐变基本终止。
影响混凝土徐变的因素
a．混凝土的徐变与混凝土的应力大小的关系：试验表明应力越大徐变也越大。如图2－18所示，当混凝土应力较小时（例如小于0．5 ?c），徐变与应力成正比，曲线接近等间距分布，这种情况称为线性徐变。在线性徐变的情况下，加载初期徐变增长较快，6个月时，一般已完成徐变的大部分，后期徐变增长逐渐减小，一年以后趋于稳定，一般认为2～3年左右徐变基本终止。
当混凝土应力较大时（例如大于0．5 ?c），徐变变形与应力不成正比，徐变变形比应力增长要快，称为非线性徐变。在非线性徐变范围内，当加载应力过高时，徐变变形急剧增加不再收敛，呈非稳定徐变的现象。一般取混凝土应力约等于0．75 ?c～0．8 ?c作为混凝土的长期极限强度。混凝土构件在使用期间，应当避免经常处于不变的高应力状态。
b．结构受荷时间对徐变的影响：试验还表明，加载时混凝土的龄期越早，徐变越大。
c．混凝土的组成成分对徐变的影响：水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐变也越大。骨料越坚硬，弹性模量越高，对水泥石徐变的约束作用越大，混凝土的徐变越小。养护时温度高、湿度大，水泥水化作用充分，徐变越小。而受到荷载作用后所处的环境温度越高、湿度越低，则徐变越大。
构件尺寸越大，体表也越大，徐变小
徐变对混凝土结构和构件的工作性能有很大的影响。由于混凝土的徐变，会使构件的变形增加，在钢筋混凝土截面中引起应力重分布。在预应力混凝土结构中会造成预应力损失。
3．混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形）
混凝土的疲劳是在荷载重复作用下产生的。混凝土在荷载重复作用下引起的破坏称为疲劳破坏。疲劳现象大量存在于工程结构中，钢筋混凝土吊车梁受到重复荷载的作用，钢筋混凝土道桥受到车辆振动的影响以及港口海岸的混凝土结构受到波浪冲击而损伤等都属于疲劳破坏现象。疲劳破坏的特征是裂缝小而变形大。
混凝土棱柱体在多次重复荷载作用下的应力一应变曲线如图，对混凝土棱柱体试件，一次加载应力σ1小于混凝土疲劳强度?f c时，其加载卸载应力一应变曲线OAB形成了一个环状。而在多次加载、卸载作用下，应力一应变环会越来越密合，经过多次重复，这个曲线就密合成一条直线。如果选择一个高于混凝土疲劳强度?f c的加载应力σ3，开始，混凝土应力一应变曲线凸向应力轴，在重复荷载过程中逐渐变成直线，再经过多次重复加卸载后，其应力一应变曲线由凸向应力轴而逐渐凸向应变轴，以致加卸载不能形成封闭环，这标志着混凝土内部微裂缝的发展加剧趋近破坏。随着重复荷载次数的增加，应力一应变曲线倾角不断减小，至荷载重复到某一定次数时，混凝土试件会因严重开裂或变形过大而导致破坏。
混凝土的疲劳强度用疲劳试验测定。疲劳试验采用100mm×100mm×300mm或150mm×150mm×450mm 的棱柱体，把能使棱柱体试件承受200万次或其以上循环荷载而发生破坏的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度。
混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的幅度有关。在相同的重复次数下，疲劳强度随着疲劳应力比值的增大而增大。疲劳应力比值ρf c按下式计算：
式中σf c，min、σf c，max表示截面同一纤维上的混凝土最小应力及最大应力。
4．混凝土的体积变形
混凝土在凝结过程中，体积会发生变化。在空气中结硬时，体积要缩小，混凝土的收缩量可达 3 × 10-4；在水中结硬时，则体积膨胀。一般来说，收缩值比膨胀值大得多，混凝土结硬初期收缩发展较快，三个月后增长缓慢。收缩会造成钢筋混凝土结构产生裂缝，引起附加应力，对预应力混凝土结构则引起预应力损失。为此，在混凝土浇筑以后进行养护以避免出现裂缝。混凝土的膨胀特性对混凝土构件往往是有利的，故一般不予考虑。
试验表明，影响混凝土收缩的因素有：
1）水泥品种：所用水泥等级越高，混凝土的收缩越大。
2）水泥用量：水泥用量越多，收缩越大；水灰比越大，收缩也越大。
3）骨料性质：骨料弹性模量越大，收缩越小。
4）养护条件：混凝土在结硬过程中，构件周围环境湿度越大，收缩越小。
5）混凝土的浇筑情况：混凝土震捣越密实，收缩越小。
6）使用环境：构件所处环境湿度大，收缩小；环境干燥，收缩大。
7）构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。
大体积混凝土结构以及水池、烟囱等结构由温度变化引起的温度应力是必须计及的，设计中应予以考虑。
1．1．3 混凝土的耐久性
为了增加建筑物的使用年限，要求混凝土有足够的耐久性。影响混凝土耐久性的因素有：
（1）混凝土的碳化。几乎所有混凝土的表面都处于碳化过程中，并随着时间的推移，碳化深度向内渗透，几十年后，碳化深度可以到达钢筋表面，从而消除钢筋表面的钝化膜——脱钝。这可能导致钢筋锈蚀。
（2）化学侵蚀。水可以渗入混凝土内部，当其中溶有害化学物质时，即对混凝土的耐久性有影响。酸性物质对水泥水化物的侵蚀作用最大，工业污染、酸雨、酸性土壤及地下水均可能构成对混凝土的酸性腐蚀，导致水泥剥落、骨料外露。此外，浓碱和硫酸盐溶液将使混凝土体积膨胀而剥落破坏。
（3）冰冻破坏。
（4）温度变化影响。混凝土会热胀冷缩，特别是骤然发生时，例如夏季阳光暴晒下受骤雨冲刷，会产生裂缝，日积月累后将导致破坏。
（5）碱骨料反应。碱骨料反应是指混凝土中的水泥在水化过程中释放出的碱金属与含碱性骨料中的碱活性成分发生化学反应而生成碱活性物质。这种物质在吸水以后体积膨胀，破坏混凝土的内部结构，产生鸡爪形裂缝，影响混凝土的耐久性。
1．2 钢筋
1.2.1 钢筋的品种、等级
在钢筋混凝土结构中所用的钢筋品种很多，主要分为两大类：
一是有物理屈服点的钢筋，如热轧钢筋。
二是无物理屈服点的钢筋，如钢丝、钢绞线及热处理钢筋。后者主要用于预应力混凝土结构。
钢筋按外形分：
光面钢筋：光面钢筋直径为6～20mm，握裹性能差。
变形钢筋：热轧螺纹钢筋、冷轧带肋钢筋等。变形钢筋直径一般不小于10mm，握裹性能好。
按照材料的化学成分分类：可分为碳素钢和普通低合金钢。碳素钢除含有铁元素以外还含有少量
含碳量＜0．25％、中碳钢（含碳量0．25％～0．6％）及高碳钢（合碳量0．6％～1．4％），含碳量
越高强度越高，但塑性和可焊性降低，反之则强度降低而塑性和可焊性好。普通低合金钢除碳素钢中
已有的成分外，再加入少量的合金元素如硅、锰、钛、钒、铬等元素，可以有效地提高钢材的强度和
改善钢材的其他性能。
用于钢筋混凝土结构中的钢筋和用于预应力混凝土结构中的非预应力普通钢筋主要是热轧钢筋。
热轧钢筋是由低碳钢、普通低合金钢在高温状况下轧制而成。根据其力学指标的高低，分为热轧
光面钢筋HPB 235（Ⅰ，φ）、HRB 335（Ⅱ，φ）、HRB400（Ⅲ，φ）、RRB 400（余热处理Ⅲ）。
用于预应力混凝土结构中的预应力钢筋有以下几种：
（1）高强度钢丝，按外形分为光面并经消除应力的高强度圆形钢丝、刻痕钢丝和螺旋肋钢丝等。
（2）钢绞线预应力混凝土用钢绞线用冷拔钢丝制造而成。常用的是3股、7股钢绞线。我国生产
的钢绞线规格有7Φ2．5、7Φ3、7Φ4、7Φ5四种，
（3）热处理钢筋热处理钢筋是由特定强度的热轧钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理
的钢筋。热处理后，钢筋强度能得到较大幅度提高，而塑性降低并不多。
1．2．2 钢筋的强度与变形
低碳钢钢筋受拉时的应力一应变曲线如图所示。钢筋应力在达到比例极限σp之前，应力一应变
关系呈直线变化，是一种典型的弹性材料；在达到屈服强度?y后的一个阶段，应力不再增加，应变却
增加很大，变形出现很大的塑性，曲线出现一锯齿型的流幅，称为屈服台阶，其最高点B’，称为上屈
服点；最低点B称为下屈服点，此点在试验中比较稳定，是取值的依据。流幅终止后，过了B点，σ—
ε曲线呈明显的弯曲，到达C点是钢筋的强化阶段，表现为弹塑性性质，应力仍有很大的提高，但变
形很大，随后伴着应变增大而应力下降，试件某处截面渐渐变小，出现颈缩现象，直至达到D点而断
裂。标准试件断裂后的标距长度（取直径大5倍或10倍）的增量与原标距长度的百分比称为延伸率。其值大小标志钢材塑性的大小。延伸率大的钢筋，在配筋混凝土结构构件破坏前，能给出构件将破坏的警告，而可及时予以加固或停止使用。所以在钢筋混凝土结构的设计中，屈服强度和延伸率是选择钢筋的重要指标。例如：普通热轧钢筋在最大力作用下的延伸率应大于2．5％。
对于没有明显屈服强度的高强碳素钢丝、热处理钢筋，常以名义屈服强度作为设计依据，名义屈服强度即条件屈服强度，是对应于加载后卸载时材料的残余变形为0．2％的应力?0.2，在设计时取0.85σu。
1．2、4 钢筋的疲劳
钢筋疲劳是指钢筋在承受重复、周期性的动荷载作用下，经过一定次数后，突然脆性断裂的现象。
《混凝土结构设计规范》规定了不同等级钢筋的疲劳应力幅度限值，并规定该值与截面同一纤维上钢筋最小应力与最大应力比值（ρf=σf min／σf max）有关，对预应力钢筋，当ρf≥0．9时可不进行疲劳强度验算
在确定钢筋混凝土构件在正常使用期间的疲劳应力幅度限值时，需要确定循环荷载的次数，我国要求满足循环次数为200万次，即对不同的疲劳应力比值满足循环次数为200万次条件下的钢筋最大应力值为钢筋的疲劳强度。
由于承受重复性荷载的作用，钢筋的疲劳强度低于其在静荷载作用下的极限强度（44～55%）。
1．3 混凝土与钢筋粘结
1．3．1 粘结的作用
粘结是指钢筋与周围混凝土界面间的一种相互作用。通过粘结可以传递两者之间的应力，协调变形。没有粘结，梁中配置钢筋是不起任何作用的。因此可以说，没有粘结，就没有钢筋混凝土。
钢筋和混凝土这两种材料能够结合在一起共同工作，除了二者具有相近的线．膨胀系数外，更主要的是由于混凝土硬化后，钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力。为了保证钢筋不被从混凝土中拔出或压出，与混凝土更好地共同工作，还要求钢筋有良好的锚固粘结。
钢筋混凝土受力后会沿钢筋和混凝土接触面上产生剪应力，通常把这种剪应力称为粘结应力。若构件中的钢筋和混凝土之间既不粘结，钢筋端部也不加锚具，在荷载作用下，钢筋与混凝土就不能共同受力。
钢筋端部加弯钩、弯折，或在锚固区贴焊短钢筋、贴焊角钢等，可以提高锚固能力。光圆钢筋末端均需设置弯钩。
1．3．2 粘结作用的种类
钢筋和混凝土之间的粘结作用，就其受力性质而言，一般可分为两类：
1．锚固粘结
在工程设计中的许多构造问题，例如受力钢筋的锚固和搭接，钢筋从理论切断点的延伸，吊环。预埋件的锚固等都取决于钢筋和混凝土的这种粘结。
拔出试验表明，钢筋和混凝土的粘结应力沿钢筋长度方向是不均匀的，其分布情况如图所示。
由图可以看出，最大粘结应力产生在离端头某一距离处，越靠近钢筋端头，粘结应力越小。如果钢筋埋人混凝土中的长度l。太长，则钢筋端头处粘结应力很小，甚至等于零。由此可见，为了保证钢筋在混凝土中有可靠的锚固，钢筋应有足够的锚固长度，但也不必太长。
2．裂缝间的局部粘结应力
当弯矩较小时，受拉钢筋与其附近的混凝土变形相同，钢筋和混凝上虽然粘结在一起，但它们之间并不存在粘结应力。当弯矩增加致使受拉区混凝土的拉应力达到其抗拉强度时，则在混凝土的较薄弱部位出现裂缝。开裂截面处混凝土退出工作，且向裂缝两侧回缩。由于钢筋和混凝土粘结在一起，混凝土的回缩则受到钢筋的约束，这样，在钢筋和混凝土之间产生的剪力即为粘结力。
而裂缝间钢筋的应力有一部分转移到混凝土上，混凝土受到的是拉应力。
1.3.3 粘结机理及影响粘结强度的因素
光圆钢筋的粘结力主要由三部分组成：①钢筋和混凝土接触面的化学胶着力；②钢筋与混凝土之间的机械摩擦力；③钢筋表面粗糙不平引起的机械咬合作用。光圆钢筋的粘结力主要来源于摩擦力，当钢筋表面有微锈时，会明显地增加机械咬合力。变形钢筋粘结力主要机械咬合力。
影响粘结强度的因素
（1）混凝土强度
试验结果表明，随着混凝土强度的提高，粘结强度也有所提高，
我国近年来的试验结果表明，给定滑移量时的粘结应力与混凝土抗拉强度几乎成正比。
2．钢筋的外形特征
变形钢筋的粘结强度优于光圆钢筋。钢筋表面的轻微锈蚀能增加粘结强度。但对于变形钢筋，在同样浇注质量和位置的情况下，其外形变化对粘结强度的影响不敏感。
3．浇注位置和质量
当混凝土浇注深度大于300mm时，由于混凝土有下沉和泌水现象，处于水平位置浇注的钢筋，其上部混凝土比较密实，而直接位于钢筋下方的混凝土，由于水分、气泡的逸出及混凝土的下沉，并不与钢筋紧密接触，形成强度较低的非密实层；这使得水平位浇注的混凝土与竖位浇注的混凝土相比，其粘结强度显著降低。浇注质量对粘结强度的影响也是非常显著的，图给出了浇注质量、钢筋位置对粘结强度的影响情况。
4．保护层厚度和钢筋的净距
保护层厚度增大，粘结强度也增大，钢筋的净距太小会显著降低粘结强度。实际上，保护层厚度，钢筋净距与钢筋直径之比对粘结强度的影响基本上呈线性关系，如图所示， C为保护层厚度，d为钢筋直径。当净间距不足时，外围混凝土将发生钢筋平面内贯穿整个梁宽的劈裂裂缝。
5．横向配筋和侧向压应力的存在，都会提高粘结强度。横向钢筋的存在延缓了内裂缝的发展，并可限制到达构件表面的劈裂裂缝的宽度，因而可提高粘结强度；横向压力则可约束混凝土的横向
变形，使钢筋与混凝土间抵抗滑动衡阻力增大，因而可提高粘结强度。
1．4 钢筋和混凝土的选用
在实际工程中，根据具体情况，合理地选用钢筋和混凝土这两种材料，往往可取得较好的设
计效果和经济效益。
在选用材料时，一般应考虑以下几个因素：
（1）结构或构件的荷载大小及荷载性质。在一般情况下，荷载较大时，应选用强度较高的材料。例如高层建筑的柱，选用较高强度的钢筋和混凝土，不仅可以取得较好的经济效果，而且，
由于有效地减小了柱截面尺寸，增加了平面的有效使用面积，从而改善了房屋的使用条件，可以
取得较好的设计效果。从构件的受力性质来说，受弯构件（例如梁、板）由于提高混凝土强度等级，并不能使构件的承载力明显提高，因而不宜采用过高强度等级的混凝土。而受压构件，特别
是轴心受压构件及小偏心受压构件则情况不同，选用高强度等级的混凝土可有效地提高柱的承载力。此外，对于荷载较大的构件，选用高强度的材料，还有可能改善施工条件，从而保证施工质量。例如弯矩较大的梁，选用较高强度的钢筋，可以减少钢筋的数量，不致因钢筋过密而造成施
工困难。对于荷载很小的构件，如选用过高强度的材料，则会造成材料的浪费。
（2）施工技术条件。施工技术条件也是结构设计者选用材料时应考虑的一个因素。例如当施
工技术水平较低、施工设备较差时，一般不宜选用过高强度的混凝土。对于施工环境差，或者结
构过分复杂而难于施工操作时，一般也不宜选用过高强度的混凝土。对于预制构件，由于施工现
场条件一般较好，宜采用较高强度的混凝土。此外，若施工技术条件较差，在选择钢筋的级别及
直径时，也应予以适当考虑，以免造成施工困难。
（3）经济效益。在保证安全的情况下，降低工程造价，也是结构设计中应考虑的问题，而材
料的选用往往影响着工程的造价。因此，选用材料不仅仅是一个技术问题，而且还存在一个经济
效益问题。
在钢筋混凝土结构中，主要使用的材料水泥和钢材的市场价格会因时而异，在实际工程中，
如能恰当地选用这两种材料的强度等级，控制其用量，则可以取得较好的经济效益。
此外，还有混凝土强度等级的最低要求。只有基础垫层及房屋底层地面可以采用C10级混凝
土。钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C15。C15的混凝土，一般较多用于内力不大的受
弯构件，例如混合结构房屋楼盖、屋盖的梁、板等。我国《混凝土结构设计规范》规定：当采用
Ⅱ级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C20；当采用Ⅲ级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土
强度等级不得低于C20；预应力混凝土构件的混凝土强度等级不宜低于C30；当采用钢绞线、消除
应力钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。
对有抗震设防的房屋，其梁、柱、框架节点，当按一级抗震等级设计时，混凝土强度等级不
应低于C30；当按二、三级抗震等级设计时，混凝土强度等级不应低于C20。
对于多高层框架结构房屋及其他结构形式的钢筋混凝土高层建筑，所采用的混凝土强度等级
一般不低于C20。
在型钢混凝土中，应采用强度等级较高的混凝土，一般不应低于C30。
混凝土结构对钢筋性能的要求
1．钢筋的强度
钢筋强度是指钢筋的屈服强度及极限强度。采用高强度钢筋可以节约钢材，取得较好的经济效果。
2．钢筋的塑性
要求钢材有一定的塑性是为了使钢筋在断裂前有足够的变形，在钢筋混凝土结构中，能给出构件将要破坏的预告信号，同时要保证钢筋冷弯的要求。钢筋的伸长率和冷弯性能是施工单位验收钢筋是否合格的主要指标。
3．钢筋的可焊性
可焊性好，即要求在一定的工艺条件下钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形。
4．钢筋的耐火性
热轧钢筋的耐火性能最好，冷轧钢筋其次，预应力钢筋最差。结构设计时应注意混凝土保护层厚度满足对构件耐火极限的要求。
5．钢筋与混凝土的粘结力
为了保证钢筋与混凝上共同工作，要求钢筋与混凝土之间必须有足够的粘结力。钢筋表面的形状是影响粘结力的重要因素。
复习旧课 1、材料的发展历史 2、工程材料的分类 讲授新课 第一章 金属材料的力学性能 材料的性能有使用性能和工艺性能两类 使用性能 是保证工件的正常工作应具备的性能，主要包括力学性能、物理性能、 化学性能等。 工艺性能 是材料在被加工过程中适应各种冷热加工的性能，包括铸造性能、锻 压性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能等。 力学性能 是指金属在外力作用下所显示的性能能。 金属力学性能指标有：强度、刚度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。 第一节 刚度、强度与塑性 一、拉伸试验及力—伸长曲线 L 0——原始标距长度；L 1——拉断后试样标距长度 d 0——原始直径。 d 1——拉断后试样断口直径 国际上常用的是L 0 =5 d 0（短试样），L 0=10 d 0（长试样）
???? [拉伸曲线]：拉伸试验中记录的拉伸力F与伸长量ΔL（某一拉伸力时试样的长度与原始长度的差ΔL=Lu-L0）的F—ΔL曲线称为拉伸 曲线图。 Oe段：为纯弹性变形阶段，卸去载荷时，试样能恢复原状 Es段：屈服阶段 Sb段：强化阶段，试样产生均匀的塑性变形，并出现了强化 ? Bk段：局部塑性变形阶段 二、刚度 刚度:金属材料抵抗弹变的能力 指标：弹性模量 E E= σ / ε (Gpa ) 弹性范围内. 应力与应变的比值（或线形关系，正比） E↑刚度↑一定应力作用下弹性变形↓ 三、强度指标σ= F/S o 强度：强度是指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。 强度表示：强度一般用拉伸曲线上所对应某点的应力来表示。单位采用 N/mm2(或MPa 兆帕）σ= F/A o σ——应力（MPa）；F——拉力（N）；S o——截面积（mm2）。 常用的强度判据主要有屈服点、条件屈服强度（也称为规定残余伸长应力）和抗拉强度等。 1、屈服点与条件屈服强度 [屈服强度]σs??产生屈服时的应力（屈服点），亦表示材料发生明显塑性变形时的最低应力值。 [ 规定残余伸长应力]：σ r0.2?产生0.2%残余伸长率时的应力。σ r0.2 = F r0.2/A o 2、抗拉强度 [抗拉强度]：σ b???? 断裂前最大载荷时的应力（强度极限） σγ0.2常常难以测出，所以，脆性材料没有屈服强度指标，只有抗拉强度指标用于零件的设计计算。
第一章 材料的拉伸性能 1、对拉伸试件有什么基本要求？为什么？ 答：1、实验条件 光滑试件 室温大气介质 单向单调拉伸载荷 2、试件的形状和尺寸 圆柱试件：l 0=5d 0或l 0=10d 0 板状试件：l 0=5.650A 或11.30A 原因：为了比较不同尺寸试样所测得的延性,要求试样的几何相似，l 0／ 0A 要为一常数。其中A 0为试件的初始横截面积。 2、为什么拉伸试验又称为静拉伸试验？拉伸试验可以测定哪些力学性能？ 答：拉伸加载速率较低，s MPa dt d /10~1/=σ，故称静拉伸试验。 拉伸试验可以测定的力学性能为： 弹性模量E 屈服强度σs 抗拉强度σb 延伸率δ 断面收缩率ψ 3、试件的尺寸对测定材料的断面收缩率是否有影响？为什么？如何测定板材的断面收缩率? 答：断面收缩率是材料本身的性质，与试件的几何形状无关。 测定板材的断面收缩率的方法： 断面收缩率ψ＝(a 0b 0-a 1b 1)/ a 0b 0 4、试画出示意图说明：脆性材料与塑性材料的应力—应变曲线有何区别？高塑性材料与低塑性材料的应力—应变曲线又有何区别？ 答：1、左图近似为一直线，只有弹性变形阶段，没有塑性变形阶段，在弹性变形阶段断裂， 说明是脆性材料。 右图为弯钩形曲线，既有弹性变形阶段，又有塑性变形阶段，在塑性变形阶段断裂， 说明是塑性材料。 2、左图曲线有弹性变形阶段与均匀塑性变形阶段，没有颈缩现象，曲线在最高点处中断，即在均匀塑性变形阶段断裂，且塑性变形量小，说明是低塑性材料。 右图曲线有弹性变形阶段，均匀塑性变形阶段，颈缩后的局集塑性变形阶段，曲线在经过最高点后向下延伸一段再中断，即在颈缩后的局集塑性变形阶段断裂，且塑性变形量大，说明是高塑性材料。
1、名词解释 （1）比例极限：比例极限σp是应力与应变成正比关系的最大应力，即在应力 -应变曲线上开始偏离直线时的应力；σp =Pp/Fo（MPa）Pp----比例极限的载荷，N；Fo ----试样的原截面积，m2或 mm2 （2）变动载荷：指载荷的大小、方向、波形、频率和应力幅，随时间发生周期性变化的一类载荷； （3）平面应力状态：如果在某种情况下，三个主应力中的一个为零。例如σ3=0那么这一点的应力状态，我们就称为平面应力状态。 （4）应力腐蚀断裂：由拉伸应力和腐蚀介质外加敏感的材料组织联合作用而引起的慢长而滞后的低应力脆性断裂称为应力腐蚀断裂（SCC）。 （5）弹性比功：又称弹性比能，应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力。一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 （6）冷脆：刚在低温冲击时其冲击功极低：这种现象称为钢的冷脆。 （7）循环硬化：指金属材料在应变保持一定的情况下，形变抗力在循环过程中不断增高的现象。 （8）循环软化：金属材料的应变保持在一定的情况下，材料的形变抗力在循环过程中下降，即产生该应变所需的应力逐渐减小，该现象称为“循环软化”。 （9）刚度：在弹性范围内，构件抵抗变形的能力：Q=P/ε=бA/ε=EA （10）固溶强化：把异类元素原子溶入基体金属得到固溶合金，可以有效地提高屈服强度，这样的强化方法称为固溶强化。 需掌握的知识要点： 冲击韧性：指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，冲击吸收功用符号Ak表示，单位为J。 2、洛氏硬度有几种，其各自的符号及适用范围。P25 布氏硬度：表示符号HB，适用范围：不适宜零件表面测量，薄壁件或表面硬化层 洛氏硬度：表示符号HR, 适用范围：适用于各种不同硬度材料的检验，不适用于具有粗大组成相火不均匀组织材料的硬度测定 维氏硬度：表示符号HN, 适用范围：常使用于测定表面硬化层仪表零件的硬度显微硬度：表示符号HK, 适用范围：适用于细，线材料的加工硬化程度。 3、断裂的基本过程的组成：裂纹形成，扩展 4、S-N曲线的测定方法，对于一般疲劳极限和有限寿命部分的测试方法分别是什么：分别是升降法和成组试验法 5、变形的种类及各自的特点。 弹性变形：a，有可逆性（外力作用下弹性变形产生，外力去除弹性变形消失）b，单值性（应力和应变保持线性）c，全程性（弹性变形在金属受力到断裂以前全程伴随）塑性变形：1，单晶金属塑变是位错运动的结果2，单晶体金属位错滑移的切应力极小3，单晶体金属切变强度由位错原开动四个阻力组成4，塑变中伴随有弹性变形和形变强化5，位错运动阻力对温度敏感 6、断裂韧度的测试方法分别是什么：三点弯曲法，紧凑拉伸法 7、静拉伸实验能够获得的强度性能指标有哪些？
第一章金属材料的性能测试题 一，填空题（每空2分，共38分） １，金属材料的性能一般分为和。 ２，金属材料的使用性能包括，，。 ３，影响疲劳强度的因素有:钢的心部硬度越高,产生疲劳裂纹的危险性越。 ４，金属材料的导热系数λ越大导热性越 5，金属材料的力学性能主要有、、、和等 6，在生产上最常用的硬度有、、。 7，金属材料的工艺性能是指在各种加工条件下表现出来的适应能力，包括、、和等。 二，判断题（每小题1分，共22分） （）1，强度极限σb表示材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。 （）2，δ、ψ值越大、表示材料的塑性越好。 （）3，塑性好的材料制成的零件在使用时也较安全。 （）4，布氏硬度常用于测定工件的表面硬度。 （）5，在测量钢的疲劳强度的试验中，钢须经受无数次交变载荷作用而不产生断裂。 （）6，铸造性能主要决定于金属材料熔化后金属液体的流动性、冷却时的收缩率等。 （）7，在一般情况下，材料塑性好锻压性也好。 （）8，低碳钢的锻压性比高碳钢的锻压性好。 （）9，焊接性能好的材料易于用一般的方法焊接。 （）10，硬度越低的金属材料越易于切削加工。 （）11，强度是衡量金属材料软硬的一个指标。 （）12，金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力，叫做韧性。 （）13、硬度是金属材料在静载荷作用下，抵抗变形和破坏的能力。 （）14、弹性变形能随着载荷的去除而消失。 （）15、用于制造在高温下工作的零件的金属材料应有良好的热稳定性。 （）16、金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。 （）17，金属材料的温度越高氧化速度越快。 （）18，金属从液体状态向固体状态转变的温度叫做熔点。 （）19，热导率大的金属材料导热性好。 （）20，电炉丝一般用高电阻金属制成。 （）21，具有导磁能力的金属材料都能被磁铁吸引。 （）22，钢铁生锈属于腐蚀现象。 三，选择题（每小题2分，共40分） 1，对于经过淬火热处理的刀具，如锯条，其硬度应当采用（）指标表示。 A，HB B，HRC C，HV 2，金属材料在静载荷作用下抵抗破坏的能力称为（） A，塑性B，硬度C，强度D，刚度3，硬度是衡量金属材料软硬的一个指标，它常用三种方法，其中（）应用最广。 A，HB B，HRC C，HV 4，金属材料在静载荷作用下产生永久变形而不破坏的能力称为（） A，塑性B，硬度C，强度D，刚度 5，金属材料抵抗其他更硬的物体压入其表面的能力称为（） A，塑性B，硬度C，强度D，刚度 6，在测量疲劳强度的试验中，钢须经受（）次交变载荷作用而不产生断裂。 A，无数B，106C，107D，108 7，金属材料的力学性能不包括：（） A 热膨胀性 B 强度 C 塑性 D 硬度 8，塑性的主要判断标准是( ) A强度 B 延伸率 C 硬度 D 断面收缩率 9，金属材料的抗拉强度是( )值. A 金属开始出现塑性变形时的应力 B 金属出现塑性变形时的应力 C 金属材料在拉断前所能承受的最大应力 D 金属材料保持在弹性变形内的最大应力 10，为了保证飞机的安全，当飞机达到设计允许的使用时间(如10 000h)后．必须强行退役，这是考虑到材料的（）。A强度 B 塑性 C 硬度 D 韧性 E 疲劳强度 11、材料的（）越好，则可锻性越好。 A. 强度 B. 塑性 C. 硬度 12、现需测定某灰铸铁的硬度，一般应选用（）来测试。 A. 布氏硬度计 B. 洛氏硬度计 C. 维氏硬度计 13、作疲劳试验时，试样承受的载荷为（）。 A. 静载荷 B. 冲击载荷 C. 交变载荷 14，辅设钢轨时，两条钢轨接头处一定要留有间隙，这是考虑到钢的（）对金属材料的影响。 A，密度B，导热性C，热膨胀性D，导电性E，磁性 15，关于铁磁性材料的用途下列说法中错误的是（） A，制作变压器铁心B，制作电机铁心C，制作测量仪表零件D，屏蔽电磁波 16，金属材料在常温下抵抗氧,水蒸气及其它化学介质腐蚀作用的能力,称为( ) A 化学稳定性 B 耐腐蚀性 C 抗氧化性 D 热稳定性 17，轻金属的密度界限: A <4.5g/m3 B =4.5g/cm3 C >4.5g/cm3 D < 4.5g/cm3 18，熔点高于( )度的金属称为高熔点金属; A 1000 B 1500 C 2000 D 1575 19，铜.铝.银金属的导电强弱顺序正确的是: ( ). A 铝>铜>银 B 铝<铜<银 C 银>铜>铝 D 银<铜<铝 20，金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力,称为( ). A 化学稳定性 B 耐腐蚀性 C 抗氧化性 D 热稳定性
致读者： 为了方便教师教学，我们编写了由孙学强教授主编的《机械制造基础》（第3版）教材一书的习题解答，但由于水平有限，难免有不妥之处。我们诚恳地希望能与广大教师和工程技术人员共同探讨，寻求较为准确、合理的答案，以利于对提高教学质量有一个基本的保障。(本书的习题解答只供教师参考) 参与习题解答编写的教师及联系信息如下： 孙学强2549597745@https://www.doczj.com/doc/723991536.html, 段维华dwh04026@163,com 李云霞535689547@https://www.doczj.com/doc/723991536.html, 编者 第一章金属材料的力学性能 习题解答 1-1 什么是金属的力学性能? 根据载荷形式的不同，力学性能主要包括哪些指标? 答：金属在各种不同载荷作用下表现出来的特性就叫力学性能。根据载荷形式的不同，力学性能主要包括强度、硬度、塑性和冲击韧度等。 1-2 什么是强度? 什么是塑性? 衡量这两种性能的指标有哪些? 各用什么符号表示? 答：金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力就是强度；衡量强度的主要指标有弹性极限σe、抗拉强度σb和屈服强度σs(σ0.2)等。 金属发生塑性变形但不破坏的能力称为塑性；衡量塑性的主要指标有断面收缩率ψ和伸长率δ。 1-3 低碳钢做成的d0 = 10mm 的圆形短试样经拉伸试验，得到
如下数据：F s = 21100N ， F b = 34500N ， l 1 = 65mm ， d 1 = 6mm 。试求低碳钢的σs 、σb 、δ5、ψ。 答：原始试样截面积为)(5.781044A 22200mm d =?== ππ，试验后截面积为)(26.28644A 22211mm d =?==π π ；原始试样长度为 )(501055l 00mm d =?==，故 )(8.2685 .78211000s MPa A F s ===σ )(5.4395 .78345000b MPa A F b ===σ %30%10050 5065%1000015=-=?-=l l l δ %64%1005 .7826.285.78%100A A A 010=?-=?-=ψ 1-4 什么是硬度? HBW 、HRA 、HRB 、HRC 各代表什么方法测出的硬度? 答：硬度是衡量金属材料软硬程度的指标，是指金属抵抗局部弹性变形、塑性变形、压痕或划痕的能力。 HBW 代表用布氏硬度测定方法测出的硬度，HRA 、HRB 、HRC 各代表用洛氏硬度的A 、B 、C 三种不同的标尺测定出的硬度。 1-5 下列硬度要求和写法是否正确? HBW150 HRC40N HR00 HRB10 478HV HRA79 474HBW 答：HBW150不正确；HRC40N 不正确；HR00不正确； HRB10