第2章复习思考题答案
1.Q235钢的应力—应变曲线可以分为哪4个阶段，可得到哪些强度指标？
（1）弹性阶段。
钢材在此阶段，当荷载降为零时（完全卸载），变形也降为零（回到原点）。Q235钢的比例极限f p≈200N/mm2,对应的应变εp≈0.1%。
（2）弹塑性和屈服阶段。
当应力超过弹性极限后，应力与应变不再成正比，应变增大加快，材料进入弹塑性阶段。随后，应力呈锯齿状波动，甚至出现应力不增加而应变仍在继续发展的现象，卸载后试件不能完全恢复原来的长度，这个阶段称之为屈服阶段。Q235钢的屈服点f y≈235N/mm2,对应的应变εp≈0.15%，流幅ε≈0.15%～2.5%。
（3）强化阶段。
屈服阶段之后，曲线再度上升，但应变的增加快于应力的增加，塑性特征明显，这个阶段称为强化阶段。对应于最高点的应力为抗拉强度或极限强度fu。
（4）颈缩阶段。
到达极限强度后，试件出现局部截面横向收缩，塑性变形迅速增大，即颈缩现象。此时，只要荷载不断降低，变形能继续发展，直至试件断裂。
2.什么叫屈强比，它对结构设计有何意义？
钢材的屈服强度（屈服点）f y与抗拉强度fu的比值，称为屈强比。屈强比是衡量钢材强度储备的一个系数。屈强比越低，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75，合金结构钢为0.84-0.86。屈强比愈低钢材的安全储备愈大，但屈强比过小时，钢材强度的利用率太低，不够经济；屈强比过大时，安全储备太小，且构件变形能力小。
3.什么叫塑性破坏和脆性破坏？各有什么特征？
钢材在静力单向均匀拉伸下，试件破坏前有很大的塑性应变，这种破坏称为塑性破坏。钢结构中的钢材因受各种因素的影响还会发生另一种破坏，即脆性破坏，两者的破坏特征有明显的区别。
塑性破坏是指构件产生明显的变形、应力达到材料的极限强度后而发生的破坏，破坏断口呈纤维状，色泽发暗，破坏前有较大的塑性变形，且变形持续时间长，容易及时发现并采取有效补救措施，通常不会引起严重后果。
脆性破坏是在塑性变形很小，甚至没有塑性变形的情况下突然发生的，破坏时构件的计算应力可能小于钢材的屈服点fy，破坏的断口平齐并呈有光泽的晶粒状。由于脆性破坏前没有明显的征兆，不能及时觉察和补救，破坏后果严重。
4.钢结构对钢材有哪些要求？
为了保证结构的安全，钢结构所用的钢材应满足以下要求：
（1）强度钢材的强度指标主要有屈服强度(屈服点)fy和抗拉强度fu，可通过钢材的静力单向拉伸试验获得。屈服强度fy和抗拉强度fu是承重结构所用钢材应具有的基本保证项目，对一般非承重结构构件所用钢材只要保证抗拉强度即可。
（2）塑性塑性是指钢材在应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形(塑性变形)而不立即断裂的性质。衡量钢材塑性好坏的主要指标是伸长率δ和截面收缩率ψ，它由钢材的静力单向拉伸试验得到。承重结构用的钢材，不论在静力荷载或动力荷载作用下，以及在加
工制作过程中，除了应具有较高的强度外，尚应要求具有足够的伸长率，对抗震结构伸长率应大于20％，对非承重结构构件所用钢材也要保证其伸长率。
（3）冲击韧性冲击韧性是指钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，是衡量钢材抵抗动力荷载能力的指标，它是强度和塑性的综合表现，是判断钢材在动力荷载作用下是否出现脆性破坏的重要指标之一。冲击韧性的好坏用冲击韧性值Cv表示，它是对带有夏比V形缺口(Charpy)试件进行冲击试验测得的试件断裂时的冲击功。对需要验算疲劳的结构所用钢材应具有在不同试验温度下的冲击韧性的合格保证。对其他重要的受拉或受弯的焊接构件中，厚度大于16ram的钢材应具有常温冲击韧性的合格保证。
（4）冷弯性能冷弯性能是指钢材在常温下加工发生塑性变形时，对产生裂纹的抵抗能力结构构件在制作、安装过程中要进行冷加工，尤其是焊接结构焊后变形的调直等工序都需要钢材有合格的冷弯性能。而非焊接的重要结构(如吊车梁、大跨度重型桁架等)以及需要弯曲成型的构件等，亦都要求具有冷弯性能合格的保证。
（5）可焊性钢材的可焊性是指在一定的焊接工艺条件下，钢材经过焊接后能够获得良好的焊接接头的性能。可分为施工上的可焊性和使用上的可焊性。施工上的可焊性好是指在一定的焊接工艺下，焊缝金属及其附近金属均不产生裂纹；使用上的可焊性好是指焊接构件在施焊后的力学性能不低于母材的力学性能。
5.试述引起钢材发生脆性破坏的因素。
（1）化学成分的影响。
硫、氧在高温时使钢材变脆即热脆，磷、氮在低温时使钢材变脆即冷脆。
（2）冶炼和轧制过程的影响。
沸腾钢含有较多的氧、氮等元素，其塑性、韧性和可焊性较差，容易发生时效和变脆。冶金中的非金属夹杂物使钢材发生热脆。
（3）钢材硬化的影响。
冷作硬化降低了钢材的塑性和冲击韧性，增加了发生脆性破坏的可能性。
（4）温度的影响。
在250℃左右时，钢材出现抗拉强度反而提高，塑性和冲击韧性下降的蓝脆现象。当温度低于正常温度时，总的趋势是温度降低，钢材强度略有提高，塑性、韧性降低而变脆。特别是当温度下降到某一值时，钢材的冲击韧性突然急剧下降，试件发生脆性破坏，这种现象称为低温冷脆现象。
（5）应力集中的影响。
应力集中现象中，靠近高峰应力的区域总是存在着同号平面或立体应力场，因而促使钢材变脆。
6.解释以下名词：
（1）韧性；（2）可焊性；（3）蓝脆；（4）时效硬化。
（1）韧性表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，是衡量钢材抵抗动力荷载能力的指标。韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。
（2）可焊性钢材的可焊性是指在一定的焊接工艺条件下，钢材经过焊接后能够获得良好的焊接接头的性能。
（3）蓝脆指由形变时效引起钢材的机械性能变化中，在250℃左右时，钢材出现抗拉强度提高，塑性和冲击韧性下降的现象。
（4）时效硬化时效硬化是指钢材随时间的增长，钢材强度（屈服点和抗拉强度）提高，塑性降低、特别是冲击韧性明显降低的现象。其过程一般很长。
