低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时的力学性能及低碳城市案例搜集.docx

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低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时的力学性能及低碳城市案例搜集

低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时的力学性能

根据材料在常温，静荷载下拉伸试验所得的伸长率大小，将材料区分为塑性材料和脆性材料。

它是由试验来测定的。

工程上常用的材料品种很多，下面我们以低碳钢和铸铁为主要代表，分析材料拉伸和压缩时的力学性能。

1.低碳钢拉伸实验

在拉伸实验中，随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能：

（1）弹性阶段

在拉伸的初始阶段，σ-ε曲线为一直线，说明应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段。

线性段的最高点则称为材料的比例极限（σp），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。

线性阶段后，σ-ε曲线不为直线，应力应变不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失。

卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（σe），一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。

（2）屈服阶段

超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象成为屈服。

使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极限（σs）。

当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成45°斜纹。

这是由于试件的45°斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线。

（3）强化阶段

经过屈服阶段后，应力应变曲线呈现曲线上升趋势，这说明材料的抗变形能力又增强了，这种现象称为应变硬化。

若在此阶段卸载，则卸载过程的应力应变曲线为一条斜线，其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。

当载荷卸载到零时，变形并未完全消失，应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变，相应地应力减小至零时消失的应变称为弹性应变。

卸载完之后，立即再加载，则加载时的应力应变关系基本上沿卸载时的直线变化。

因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化。

在硬化阶段应力应变曲线存在一个最高点，该最高点对应的应力称为材料的强度极限（σb），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷Fb。

（4）局部变形阶段

试样拉伸达到强度极限σb之前，在标距范围内的变形是均匀的。

当应力增大至强度极限σb之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为颈缩。

颈缩出现后，使试件继续变形所需载荷减小，故应力应变曲线呈现下降趋势，直至最后在f点断裂。

试样的断裂位置处于颈缩处，断口形状呈杯状，这说明引起试样破坏的原因不仅有拉应力还有切应力。

（5）伸长率和断面收缩率

试样拉断后，由于保留了塑性变形，标距由原来的L变为L1。

用百分比表示的比值

δ=（L1-L）/L*100%

称为伸长率。

试样的塑性变形越大，δ也越大。

因此，伸长率是衡量材料塑性的指标。

原始横截面面积为A的试样，拉断后缩颈处的最小横截面面积变为A1，用百分比表示的比值

Ψ=（A-A1）/A*100%

称为断面收缩率。

Ψ也是衡量材料塑性的指标。

所以，低碳钢拉伸破坏变形很大，断口缩颈后，端口有45度茬口，由于该方向上存在最大剪应力τ造成的，属于剪切破坏力。

2.铸铁拉伸实验

铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅,锰,硫,磷等元素的多元铁基合金。

铸铁具有许多优良的性能及生产简便，成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。

铸铁在拉伸时的力学性能明显不同于低碳钢，铸铁从开始受力直至断裂，变形始终很小，既不存在屈服阶段，也无颈缩现象。

断口垂直于试样轴线，这说明引起试样破坏的原因。

铸铁拉伸破坏断口与正应力方向垂直说明由拉应力拉断的，属于拉伸破坏，正应力大于了许用值。

三、低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时力学性质的异同点综述

在工程建设中，低碳钢是典型的塑性材料，铸铁是典型的脆性材料。

塑性材料和脆性材料在力学性能上的主要特征是：

塑性材料在断裂前的变形较大，塑性指标（断后伸长率和断面收缩率）较高，抗拉能力较好，其常用的强度指标是屈服强度，一般地说，在拉伸和压缩时的屈服强度相同：

脆性材料在断裂前的保存较小，塑性指标较低，其强度指标是强度极限，而且其拉伸强度远低于压缩强度。

但是，材料不管是塑性的还是脆性的，将随材料所处的温度、应变速率和应力状态等条件的变化而不同。

1、充分利用地下空间开发实践土地集约化—珠江新城中央核心区地下空间

利用城市地下空间是土地集约化利用的重要方面之一，广州的地下空间开发自2007年以来在亚运会的带动下进入高速增长阶段，其中最为典型的为珠江新城的地下空间开发项目，目前已基本建成投入使用。

珠江新城是广州市集金融、商贸、文娱、行政和居住等功能于一体的中央商务区（CBD），总面积585公顷，总建筑面积约1800万平方米，其中位于新城中轴线的中央核心区用地103公顷，总建筑面积456万平米。

其中，中轴线的花城广场地面占地达到25公顷，花城广场的地下是总建筑面积约50万平方米地下空间综合开发项目花城汇，是目前全国规模最大、最复杂的地下空间项目之一，最具特色的是土地使用空间布局与交通的紧密的结合以及充分利用地下空间的立体交通系统。

为支撑CBD地区的高密度开发，并建立地上地下融为一体的立体交通系统，提出了构建以轨道交通为主体，地面常规公交为辅助的多层次公共交通系统。

连通地铁3号线及5号线交汇站珠江新城站，位于地下三层APM（地铁旅客自动输送系统）四个站南北贯通整个花城汇。

地下二层的大型公共停车场提供了约3000个车位，利用公共联络通道实现停车共享，同时积极采用先进的停车诱导系统，提高了停车场使用效率。

构筑地下、地面和高架组成的中央广场立体步行系统，整个地下步行系统实现了连续、舒适的目标，核心区花城汇可与周边39幢标志性的公共建筑连通。

为广州21世纪CBD地区提供了一个高效便捷、生态环保的交通运输系统，为珠江新城的可持续发展奠定了基础。

对于国内同类城市CBD地区的规划建设具有示范性作用。

2、金融城立体交通系统

国际金融城地区于2012年启动规划，规划面积8平方公里，其中起步区1.32平方公里，定位为“新型城市化最佳实践区、国内领先的金融集聚区、岭南特色的中央活力区、国际一流的生态理想城”，规划1.3万居住人口和17.8万就业人口。

金融城起步区遵循了“方城曲苑、古今交融”的整体规划概念，在满足高标准、高强度建设要求的同时，构建了全生命周期的低碳生态控制体系，提出了减碳30%的远景目标，近期还将申报国家绿色生态城区。

其中规划提出的“地面慢生活、地下快节奏”的立体交通体系是实现地区低碳化的重要途径之一。

具体措施包括：

（1）合理配套大容量、多模式、一体化的交通设施，引导公交为主出行方式。

以1条城际轨道、2条城市轨道、3条有轨电车线路形成的轨道交通网络为主体，辅助利用金融城巴士系统，实现地区机动化出行中公交占比80%的比例；依托地区公交线网，重点打造金融城、方城、车陂南三大交通换乘枢纽，配套公共交通、停车场、电瓶车、自行车、水上交通和步行等衔接设施，形成枢纽为中心的低碳绿色交通系统；同时将起步区停车位总规模控制在2.9万个左右，避免吸引过多的小汽车交通。

（2）构建“快速”的地下车行系统，并实现交通、市政、地下空间一体化规划设计。

起步区规划了花城大道、临江大道两条地下过境通道和方城、翠岛两条地下单循环车库通道；实现复合型通道的一体化规划，通道内融合了地下车行系统、轨道交通走廊、公交专用隧道、地面慢行环境、市政综合管沟、地下商业空间开发等六大关键要素，实现了土地利用的集约化、节约化。

（3）打造“舒适”的地面绿色交通系统。

设置3条电瓶车运营线路，强化方城内部公交服务水平。

规划设置10公里自行车道、6.5公里滨水休闲步行道，以及33处公共自行车停靠点；规划设置2座码头，形成多条水上巴士线路，加强与珠江新城、琶洲地区等两岸重要节点的水上交通联系；同时设置1条花廊水街观光线路，提供起步区内部舒适休闲的游憩空间。

为保障规划的可实施性，规划阶段采用一张图管理方式，将道路红线、轨道走廊控制线及站体、港湾式公交停靠站、地块配建停车泊位规模、地块机动车出入口、公共自行车停放点等交通基础设施在控规交通规划图则中进行明确并一一落实。

通过这种“精细化表达、精准化管理”的组织模式，支持了地块出让和开发建设；其次，为更好地解决规划实施阶段的技术矛盾，制定了《广州国际金融城项目规划实施阶段专家审查制度》，并纳入土地出让规划设计条件，大大提高了规划实施的效能。

金融城于2013年6月正式进入施工建设阶段；到目前为止，10个地块已经出让，对地块的修建性详细规划也起到了很好的指导作用，促进了地块的开发建设。

3、慢行交通的理性回归

慢行交通通常是指步行和自行车等以人力为空间移动的交通。

慢行交通系统是绿色交通系统中的最高级形式。

自2010年广州市开始绿道建设至今已达到2763公里，在绿道建设的带动下，广州市慢行出行条件得到了明显改善。

另外，随着国内外城市慢行交通的回归，广州市慢行路权缺失问题受到了广州市委市政府高度重视，要求“逐步完善城市慢行交通系统”。

2014年9月广州市首次开展了全市的慢行交通规划，规划努力探索广州的慢行交通发展定位、策略及模式，编制了特色鲜明、适应性、指导性、操作性较强慢行交通规划，参考国内外城市的经验，慢行规划实施将减少大约是3.5万吨/年的碳排放量。

规划提出的主要措施如下：

（1）核心区打造人文慢行，积极倡导步行和公交优先。

将核心区分为分历史城区、老城商业区、新城商业商务区、交通枢纽区、居住区等5类地区，规划布局16个慢行优先区。

以线串珠，布局23.5km的旅游慢行道，串连所有历史景点，注重骑楼保护。

（2）外围区打造接驳慢行系统。

将外围区分重点平台、公共服务区、科教区、大型居住区等4类地区，规划布局24个慢行片区；以轨道站点为核心，服务慢行片区，布局10个慢行接驳枢纽。

在居住型慢行片区重点强化与轨道枢纽的接驳，优化轨道站点慢行衔接网络；完善慢行设施，增加公共自行车租赁点、停车点的布局，实现慢行交通设施的配套统筹。

（3）生态区打造生态慢行系统。

在既有绿道网基础上，结合珠江、流溪河、白云山等水系山体，规划布局“两带七圈”的生态慢行系统。

重点完善白云山、火炉山等生态区与既有绿道网的衔接，提升生态区慢行交通品质，促进“看绿”到“享绿”的转变。

到目前为止，规划有效指导广州市公共自行车布点规划、广州市自行车道改造策略研究等专项规划的编制，并纳入部分历史城区的地区控规，指导了三个慢行片区的试点实施以及公共自行车的投放试点计划。

4、广州BRT快速公交

广州BRT快速公交系统于2010年2月正式投入运营，专用道全长22.5公里，沿中山大道东西向布局，设26个中央侧式站台，并创新性的使用了“专用走廊+灵活线路”的运营模式，有效将BRT干线与80多条公交线路整合，进入BRT系统的公交车辆达989辆，公交车平均时速由之前的15公里提高到18公里。

由于中山大道公共汽车和社会车辆的分道形式，行车秩序改善，社会车辆的车速也较之前提高了15%。

另外，广州BRT系统综合考虑了与地铁、自行车及步行系统的衔接，以最大限度的发挥BRT系统的效用。

自开通以来，广州BRT快速公交系统日平均载客量达85万人次，单向断面客流达到2.74万人次，高于世界上大部分地铁及轻轨的单向客流。

广州BRT系统是中国首条被ITDP（InstituteforTransportation＆DevelopmentPolicy）评定为“金牌标准”的BRT系统，并荣获了2011年度世界可持续交通奖，2012年度联合国应对气候变化“灯塔”奖。

每年BRT系统至少为广州减少8.6万吨CO2的排放量。