钢筋之应力-应变曲线弹性模数及伸长率
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
12
六、硬度（Hardness）
將硬質鋼球或鑽石錐之類的堅硬物質壓 入材料，以其變形量表示硬度。 其他試驗方法：
Brinell 硬度、 Rockwell 硬度、 Vickers 硬度、 Shore硬度及Energy硬度
除鑄鐵類脆性材料外，富於韌性材料的 抗拉強度與硬度間呈比例關係。
13
7.2鐵金屬（Iron）
15
7.2.1鐵之分類與製造
表 7-2 鐵金屬之成分與性質 材 料 生 鐵 純 鐵 熟 鐵 軟 鋼 高 碳 鋼 鑄 鐵 5.0 1.25 1-2.5 1.4 <0.8 <1.5 <0.25 0.05-0.25 0.68 隨碳含 量而變 隨碳含 量而變 1140 0-0.1 0.1-0.2 <0.1 含碳量 （％） 3.5-4.5 0.01-0.02 矽 （％） 1-2 <0.01 錳 （％） 0.25-1 0.01-0.02 熔點 （℃） 1670 1535 49000 （335） 45000-55000 （310-380） 64000 （450） 130000 （900） 16000 （110） 29× 106 （200） 30× 106 （207） 30× 106 （207） 15-22× 106 （103-152） 抗拉強度 [psi（Mpa）] 彈性模數 [psi（Gpa）] － －
式中：ρa，ρb：a，b兩成分之比重
5
二、熱膨脹係數
熔點高的金屬有較小的熱膨脹係數 熱膨脹係數會隨溫度而改變，常取某 一溫度範圍內的平均值表示之
6
三、熱傳導係數及電傳導係數
鋼的熱傳導係數約為370 w/m°k ，而 混凝土約為1.0 w/m°k，木材只有0.144 w/m°k 熱傳導係數κ為定值；電傳導係數 C 與絕對溫度T成反比。 κ/C‧T 值對任何金屬在所有溫度下都 保持一定，稱之為Rorents定數。
應力的增加量 E＝ 應變的增加量
10
五、彈性模數
彈性限度（elastic limit）指應變呈彈 性時的最高應力。 金屬及許多陶土材料的 E 值都大於 7×105 kgf/cm2，大多數塑膠的E值在 7×103 kgf/cm2範圍內。（表7-1）
11
五、彈性模數
表 7-1 金 屬 鋁 Al 鐵 Fe 銅 Cu 鎳 Ni 鋅 Zn 狀 態 線 材 〞 〞 〞 鑄 造 E（kg/mm2） 7,200 21,500 12,500 20,500 13,000
3
7.1金屬材料之基本性質
一、比重 二、熱膨脹係數 三、熱傳導係數及電傳導係數 四、應力－應變關係 五、彈性模數 六、硬度（Hardness）
4
一、比重
營建材料的金屬，比重範圍從鋁之2.69到 鉛之11.34。 合金之比重ρX ：
100 ρx = X 100 X + ρa ρb
西元前 200 ～ 300 年，人類已廣泛使用 鋼鐵材料。 可用鋼鐵製造鋼鈑、鋼棒、角鋼、寬 翼鈑樑、大型結構體、螺桿、螺栓、 軸承、建築結構和其他營建製品。 鋼鐵是用途最廣泛的營建材料之一。
14
7.2.1鐵之分類與製造
碳含量對鐵金屬性質有重要的影響， 含量愈高其硬度愈大。 一般鐵的碳含量為 0.025％以下，鋼為 0.025～1.5％，鑄鐵為2.0％以上。
碳鋼
22
7.2.3鋼
一、低碳鋼（low-carbon steel）
低碳鋼又稱為軟鋼（ mild steel ），其含 碳量一般為0.15～0.20％。 軟鋼較軟而具有顯著的延性，因此容易 成型。軟鋼十分適合應用於營建工程上， 產量甚大。
23
7.2.3鋼
二、中碳鋼（medium-carbon steel）
中碳鋼常使用於各種機器的零件，如 齒輪、機軸、銷等，這些機器零件需 作硬化處理，即熱處理，使能抵抗磨 損，因此需含有0.35％以上的碳含量。 中碳鋼在營建上的主要用途是混凝土 用的鋼筋。
16
7.2.2 熟鐵與鑄鐵
熟鐵（wrought iron），含碳量最少 鐵製品 鋼（steel） 鑄鐵（cast iron），含碳量最高 含碳量增加會使鐵的熔點降低。 鋼含碳量的上限為 1.7 ％；結構鋼的 含碳量一般低於0.25%。
17
一、熟鐵
熟鐵可視為一種低含碳量的鋼（含碳 量小於 0.1 ％），含有少量的爐石熔渣， 通常小於3％。 熟鐵的機械性質幾乎與純鐵相同，同 樣是軟而具有延性的金屬，但其延展 性仍稍低於鋼。
18Байду номын сангаас
熟鐵也可以像鋼一樣冷作、鍛造和焊 接。 熟鐵容易模鑄且有較佳的抗鏽蝕性， 常使用在製作鐵管、浪形鐵板、鐵架、 鐵棒、鏈條及其他製品。
19
二、鑄鐵
鑄鐵由生鐵於熔鐵爐內再加熱並與其 他成分融合製造而成。 鑄鐵分成灰鑄鐵及白鑄鐵兩種。 碳的含量與型式會影響鑄鐵的強度、 硬度、脆性與勁度 灰鑄鐵含有使金屬變弱和軟化的游離碳， 是使用最廣泛的鑄鐵。
20
7.2.3鋼
鋼是以鐵為主要成分的一種合金，碳 則是鐵以外最重要的成分，其含量範 圍介於0.01～1.5％。 在鋼中以碳為主要合金元素者稱為碳 鋼，其性質只依碳的含量而改變。
21
7.2.3鋼
低碳鋼（碳含量0.03～0.30％） 中碳鋼（碳含量0.35～0.55％） 高碳鋼（碳含量0.60～1.5％）
7
四、應力－應變關係（圖7-1）
降伏強度：應變由線性轉為非線性 （塑性）之應力點 不明顯的鋼材採0.002應變點 應變硬化 極限強度
8
7.1 應力－應變關係
應變（mm/mm） 圖7-1 軟鋼之應力－應變圖
9
五、彈性模數
彈性模數（modulus of elasticity）或 楊氏模數（Young’s modulus ）之定 義為應力與應變之比：
第七章 金屬材料
7-1 金屬材料之基本性質 7-2 鐵金屬（Iron 7-3 非鐵金屬
1
第七章 金屬材料
高密度、高抗拉強度、高抗壓強度 大塑性變形能力 在空氣中會氧化腐蝕 良好的熱傳與導電性
2
第七章 金屬材料
營建工程上應用廣泛 以鋼鐵材料為主： 鋼筋、鋼結構、預力鋼腱等。 其他非鐵金屬： 銅、鋁、鋅等則常以合金方式使用
六、硬度（Hardness）
將硬質鋼球或鑽石錐之類的堅硬物質壓 入材料，以其變形量表示硬度。 其他試驗方法：
Brinell 硬度、 Rockwell 硬度、 Vickers 硬度、 Shore硬度及Energy硬度
除鑄鐵類脆性材料外，富於韌性材料的 抗拉強度與硬度間呈比例關係。
13
7.2鐵金屬（Iron）
15
7.2.1鐵之分類與製造
表 7-2 鐵金屬之成分與性質 材 料 生 鐵 純 鐵 熟 鐵 軟 鋼 高 碳 鋼 鑄 鐵 5.0 1.25 1-2.5 1.4 <0.8 <1.5 <0.25 0.05-0.25 0.68 隨碳含 量而變 隨碳含 量而變 1140 0-0.1 0.1-0.2 <0.1 含碳量 （％） 3.5-4.5 0.01-0.02 矽 （％） 1-2 <0.01 錳 （％） 0.25-1 0.01-0.02 熔點 （℃） 1670 1535 49000 （335） 45000-55000 （310-380） 64000 （450） 130000 （900） 16000 （110） 29× 106 （200） 30× 106 （207） 30× 106 （207） 15-22× 106 （103-152） 抗拉強度 [psi（Mpa）] 彈性模數 [psi（Gpa）] － －
式中：ρa，ρb：a，b兩成分之比重
5
二、熱膨脹係數
熔點高的金屬有較小的熱膨脹係數 熱膨脹係數會隨溫度而改變，常取某 一溫度範圍內的平均值表示之
6
三、熱傳導係數及電傳導係數
鋼的熱傳導係數約為370 w/m°k ，而 混凝土約為1.0 w/m°k，木材只有0.144 w/m°k 熱傳導係數κ為定值；電傳導係數 C 與絕對溫度T成反比。 κ/C‧T 值對任何金屬在所有溫度下都 保持一定，稱之為Rorents定數。
應力的增加量 E＝ 應變的增加量
10
五、彈性模數
彈性限度（elastic limit）指應變呈彈 性時的最高應力。 金屬及許多陶土材料的 E 值都大於 7×105 kgf/cm2，大多數塑膠的E值在 7×103 kgf/cm2範圍內。（表7-1）
11
五、彈性模數
表 7-1 金 屬 鋁 Al 鐵 Fe 銅 Cu 鎳 Ni 鋅 Zn 狀 態 線 材 〞 〞 〞 鑄 造 E（kg/mm2） 7,200 21,500 12,500 20,500 13,000
3
7.1金屬材料之基本性質
一、比重 二、熱膨脹係數 三、熱傳導係數及電傳導係數 四、應力－應變關係 五、彈性模數 六、硬度（Hardness）
4
一、比重
營建材料的金屬，比重範圍從鋁之2.69到 鉛之11.34。 合金之比重ρX ：
100 ρx = X 100 X + ρa ρb
西元前 200 ～ 300 年，人類已廣泛使用 鋼鐵材料。 可用鋼鐵製造鋼鈑、鋼棒、角鋼、寬 翼鈑樑、大型結構體、螺桿、螺栓、 軸承、建築結構和其他營建製品。 鋼鐵是用途最廣泛的營建材料之一。
14
7.2.1鐵之分類與製造
碳含量對鐵金屬性質有重要的影響， 含量愈高其硬度愈大。 一般鐵的碳含量為 0.025％以下，鋼為 0.025～1.5％，鑄鐵為2.0％以上。
碳鋼
22
7.2.3鋼
一、低碳鋼（low-carbon steel）
低碳鋼又稱為軟鋼（ mild steel ），其含 碳量一般為0.15～0.20％。 軟鋼較軟而具有顯著的延性，因此容易 成型。軟鋼十分適合應用於營建工程上， 產量甚大。
23
7.2.3鋼
二、中碳鋼（medium-carbon steel）
中碳鋼常使用於各種機器的零件，如 齒輪、機軸、銷等，這些機器零件需 作硬化處理，即熱處理，使能抵抗磨 損，因此需含有0.35％以上的碳含量。 中碳鋼在營建上的主要用途是混凝土 用的鋼筋。
16
7.2.2 熟鐵與鑄鐵
熟鐵（wrought iron），含碳量最少 鐵製品 鋼（steel） 鑄鐵（cast iron），含碳量最高 含碳量增加會使鐵的熔點降低。 鋼含碳量的上限為 1.7 ％；結構鋼的 含碳量一般低於0.25%。
17
一、熟鐵
熟鐵可視為一種低含碳量的鋼（含碳 量小於 0.1 ％），含有少量的爐石熔渣， 通常小於3％。 熟鐵的機械性質幾乎與純鐵相同，同 樣是軟而具有延性的金屬，但其延展 性仍稍低於鋼。
18Байду номын сангаас
熟鐵也可以像鋼一樣冷作、鍛造和焊 接。 熟鐵容易模鑄且有較佳的抗鏽蝕性， 常使用在製作鐵管、浪形鐵板、鐵架、 鐵棒、鏈條及其他製品。
19
二、鑄鐵
鑄鐵由生鐵於熔鐵爐內再加熱並與其 他成分融合製造而成。 鑄鐵分成灰鑄鐵及白鑄鐵兩種。 碳的含量與型式會影響鑄鐵的強度、 硬度、脆性與勁度 灰鑄鐵含有使金屬變弱和軟化的游離碳， 是使用最廣泛的鑄鐵。
20
7.2.3鋼
鋼是以鐵為主要成分的一種合金，碳 則是鐵以外最重要的成分，其含量範 圍介於0.01～1.5％。 在鋼中以碳為主要合金元素者稱為碳 鋼，其性質只依碳的含量而改變。
21
7.2.3鋼
低碳鋼（碳含量0.03～0.30％） 中碳鋼（碳含量0.35～0.55％） 高碳鋼（碳含量0.60～1.5％）
7
四、應力－應變關係（圖7-1）
降伏強度：應變由線性轉為非線性 （塑性）之應力點 不明顯的鋼材採0.002應變點 應變硬化 極限強度
8
7.1 應力－應變關係
應變（mm/mm） 圖7-1 軟鋼之應力－應變圖
9
五、彈性模數
彈性模數（modulus of elasticity）或 楊氏模數（Young’s modulus ）之定 義為應力與應變之比：
第七章 金屬材料
7-1 金屬材料之基本性質 7-2 鐵金屬（Iron 7-3 非鐵金屬
1
第七章 金屬材料
高密度、高抗拉強度、高抗壓強度 大塑性變形能力 在空氣中會氧化腐蝕 良好的熱傳與導電性
2
第七章 金屬材料
營建工程上應用廣泛 以鋼鐵材料為主： 鋼筋、鋼結構、預力鋼腱等。 其他非鐵金屬： 銅、鋁、鋅等則常以合金方式使用