同济大学结构讲义

《建筑结构选型》－3

第三讲 结构材料性能与承载力

1结构材料基本性能

认识和了解建筑结构材料的力学性能，是理解与分析结构在荷载作用下的受力与变形性能的前提，也是理解与掌握结构设计的理论和方法的基础。

1．1 材料的弹性、塑性与延性

结构在荷载作用下的受力与变形的性能，主要取决于组成结构的材料的力学性能。材料的应力-应变关系曲线，反映了材料的力学性能的基本规律。对材料应力-应变关系曲线特征的研究是确定结构的强度、变形的依据。

下面，以图示的一般材料的应力-应变系曲线（σ-ε）为例，讨论几个表述材料性能的名词。这里，所谓 “一般材料的应力-应变关系曲线”，其意是说，并不特指某一种具体的结构材料。讨论涉及的一些基本概念在比较材料以及结构的受力性能时经常用到。

1．1．1弹性、塑性与弹塑性

由图示σ-ε曲线可见，在加载的初始阶段，应力与应变成正比，oa为直线。a点所对应的应力称为比例极限，以σa表示。超过比例极限后，应力与应变不再保持线形关系。但是从a点到b点，变形仍是弹性的，即当荷载卸除后，变形将按加载时的路径退回原点。b点所对应的应力称为弹性极限，以σb表示。应力低于弹性极限时，应力与应变成正比，且卸载后无残余变形，这表明材料具有弹性变形特征。

一般而言，当材料上有应力，就有应变；当应力降为零时，应变也等于零；这种材料能恢复原状的性质，称为弹性。材料的应力-应变关系曲线上，具有这一特点的区段，称为弹性阶段。

材料若加载至超过弹性极限后，一旦应力降为零时，应变并不等于零，留有永久应变（残余应变）。材料不再能恢复原状，表现出塑性变形的特征。此时材料的总应变中包括可恢复的弹性应变与不可恢复的塑性应变。材料的应力-应变关系曲线上，具有这一特点的区段，称为弹塑性阶段。

有的材料在达到最大应力时并不破坏，表现出应变增加而应力减小的下降段（即de段曲线），说明材料接近破坏。下降段的长短可反映材料的塑性性能的大小。

1．1．2脆性与延性

脆性是指材料在破坏前的应力与应变关系曲线近似与直线，破坏之前没有预兆，破坏在突然中发生的材料特性。

延性是指材料在超过弹性极限后，在承载力没有显著下降的情况下所能承受变形的能力。材料的延性可用（εu－εe）或（εu/εe）等延性指标表示。其中，εu为材料破坏时的应变（极限应变），εe为材料在弹性极限时的应变。

一般认为，所有结构材料在应力较小时，都具有弹性的特征；而许多结构材料在应力较大

时，都具有塑性的特征，完全塑性的材料是不存在的。脆性材料没有延性。塑性材料必然具有

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