钢材的弹性极限、屈服强度、抗拉强度和伸长率
拉伸是钢材的主要受力形式，所以抗拉性能是钢材最重要的力学性能。钢材受拉时，在产生应力的同时，相应地产生应变。应力和应变的关系反映出钢材的主要力学特征。低碳钢从受拉到拉断，经历了四个阶段：弹性阶段（OA段）、屈服阶段（AB段）、强化阶段（BC段）和颈缩阶段（CD段）。表征抗拉性能的技术指标主要是弹性极限（σp）、屈服强度（σs）、抗拉强度（σb）和伸长率。1．弹性阶段（OA段）
OA阶段，应力较小，应力与应变成正比。若卸去荷载，试件恢复原状，无残余变形，这一阶段称为弹性阶段。弹性阶段的最高点（A点）所对应的应力称为弹性极限，用σp表示。此阶段，应力σ与应变ε之比为常数，称为弹性模量，用E表示，即E=σ/ε。弹性模量反应钢材抵抗变形的能力，它是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。土木工程中常用钢材的弹性模量为（2.0～2.1）×10 5 MPa, σp为180～200MPa。
2．屈服阶段（AB段）
AB阶段，当应力超过弹性极限σp后，应力继续增大，应变也随之增大，但应变的增长速度会超过应力的增长速度，应力—应变不再是简单的线性关系。此时，除产生弹性变形外，还产生了塑性变形。当应力达到B上后塑性变形迅速增加，应力—应变曲线出现一个波动的小平台，这种现象称为屈服，因而这一阶段称为屈服阶段。在这一阶段，外力不增加，但变形继续增加。B上是这一段应力的最高点，称为上屈服点，而B下是这一段应力的最低点，也即不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小应力，称为下屈服点。因为下屈服点较为稳定容易测得，所以取下屈服点B下作为钢材的屈服强度，用σs表示。钢材受力达屈服点后，变形会迅速增长，尽管这时候钢材还没有断裂，但已不能满足使用要求，故结构设计中以屈服强度σs作为钢材强度取值的标准和依据。某些含碳量高的钢材（如中碳钢和高碳钢）具有硬钢的特点，其抗拉强度高，无明显屈服阶段。由于在外力作用下屈服现象不明显，不能测出屈服点。这种情况下，一般取塑性变形占0.2%原标距长度时所对应的应力作为屈服强度，用δ0.2表示，称为条件屈服点。
3．强化阶段（BC段）
BC阶段，钢材屈服到一定程度后，由于钢材内部组织即晶格扭曲、晶粒破碎等原因，其抵抗变形能力又重新提高。随着变形的增大，应力也在不断增大，应力从B下开始上升直至最高点C，这一过程称为强化阶段。对应于最高点C的应力称为极限抗拉强度，用σb表示，它是钢材所能承受的最大的拉应力。常用低碳钢的抗拉强度为375～500MPa。抗拉强度在结构设计中不能被利用，但抗拉强度与屈服强度之比（强屈比）σb/σs，却是反映钢材的利用率和结构安全可靠程度的重要指标。强屈比大意味着抗拉强度和屈服强度之差大，设计采用的是屈服强度，而造成构件破坏的是抗拉强度。强屈比大，说明钢材受力时超过屈服点仍然是安全的，安全储备大，可靠度高。但是强屈比太大，说明屈服强度小，钢材的利用率低；反之，强屈比小，钢材利用率高，但是安全性不好，一旦达到屈服强度，钢材就接近极限抗拉强度，容易破坏。因而在实际应用中，要合理地选用强屈比，在保证安全可靠的前提下，尽量提高钢材的利用率。钢材的强屈比一般不低于1.2，用于抗震结构的普通钢筋实测的强屈比应不低于1.25。
4．颈缩阶段（CD段）
CD阶段，钢材受力达到最高点C后，其抵抗变形的能力明显降低，试件薄弱处的断面将显著减小，塑性变形急剧增加，产生“颈缩现象”，到D点构件断裂，这一阶段称为颈缩阶段。试件断裂前后的长度和截面如图8.6所示。把拉断后的试件在断裂处对接在一起，对接时尽量使接缝吻合，轴心线位于同一条直线上，测得断后标距l1, l1与试件受力前的原标距长度l0之差为塑性变形值，它与原标距长度l0的比值为伸长率，用δ表示。
塑性是钢材的一个重要性能指标，而伸长率是衡量钢材塑性的重要技术指标。伸长率越大，说明钢材的拉伸性能越好，塑性越大，可避免结构过早破坏，加工性强，结构安全性增强。由于钢材在拉伸过程中的塑性变形沿长度方向是不均匀的，颈缩处的塑性变形最大，试件原始标距长度l0与直径d0的比值越小，颈缩处的变形在整个变形中所占的比重就越大，所求得的伸长率δ就越大；反之，伸长率越小。在实际应用中，通常取l0=5d0和l0=10d0，这两种试件，其伸长率分别用δ5和δ10表示，对于同一种钢材，δ5要大于δ10。还有一些钢材，其伸长率是用定标距的试件来测定的，如标距l0=100mm的试件，其伸长率用δ100来表示；标距l0=200mm试件的伸长率用δ200表示。
钢材的塑性变形能力还可以用断面收缩率来表示。断面收缩率值是指试件被拉断时颈缩处的截面面积减小量与试件原截面面积之比。伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力，伸长率越大，断面收缩率越大，表明钢材的塑性变形能力越好。钢材塑性大，不仅便于进行各种施工，而且能保证钢材在建筑上的安全使用。因为钢材的塑性变形能调整局部高峰应力，使之趋于平缓，以免引起建筑结构的局部破坏及其所导致的整个结构的破坏；钢材在塑性破坏前，有很明显的变形和较长的变形持续时间，便于人们及早发现和采取补救措施。
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