型鋼會因製造過程產生殘餘應力（residual stress），下列敘述何者錯誤？

本題考點

型鋼在熱軋或焊接後因各部位冷卻速度不同而留下的殘餘應力，包括拉壓分布的規律、自相平衡的內力性質，以及它對變形與強度的影響。

正解理由

型鋼出軋或焊接後，各部位散熱條件不同：翼板尖端、腹板中段等薄而外露的部位散熱快，先冷卻、先收縮、先變硬；翼板與腹板交會處這類肉厚集中的部位散熱慢，較晚冷卻。慢冷部位在後續收縮時，被已經硬化的快冷部位拉住而無法自由縮短，結果慢冷部位殘留拉應力；快冷部位則被慢冷部位的收縮反向推擠，殘留壓應力。整個斷面在完全沒有外力的情況下，拉應力與壓應力彼此抵銷而自相平衡。選項 (A) 把最慢冷卻的部分說成產生壓應力，拉壓方向剛好顛倒，是本題唯一錯誤的敘述，故選 A。

逐項排除

1. (A)

   錯誤，為本題答案。最慢冷卻的部分（如熱軋 H 型鋼翼板與腹板交會處、焊接組合斷面的焊道及其附近）殘留的是拉應力；殘留壓應力的是最快冷卻的部分（如翼板尖端、腹板中段）。改成「最慢冷卻的部分會產生拉應力」才對。判斷口訣是「誰最後收縮，誰就被拉住」：最後收縮的部位想縮卻縮不動，所以受拉。

2. (B)

   正確。殘餘應力在斷面內是一組互相牽制的拉壓力，只要這個平衡被打破，例如切割、開孔、削去部分翼板或再施焊，原本互相拉住的區域失去對方，構材就會發生彎曲、側彎、扭曲或翹曲。焊接組合構材常見的翼板角變形與構材彎曲，也是焊道收縮受拘束所留下的殘餘應力造成的。

3. (C)

   正確。殘餘應力不是外加載重所造成，而是材料內部因不均勻收縮彼此牽制留下的應力；把它在整個斷面上加總，合軸力與合彎矩都等於零，屬於自相平衡的內力。也因此它不會改變支承反力，無法由外力的靜力平衡推求，只能由製程推估或量測。

4. (D)

   正確。構材受力後，殘餘應力會與外加應力疊加：殘留壓應力的翼板尖端，在外加壓應力作用下會比斷面其他部位更早到達降伏，使斷面在平均應力尚未到達降伏時就出現局部降伏，有效彎曲勁度隨之下降。這對受壓構材影響最明顯，會降低其非彈性挫屈強度，所以殘餘應力確實會影響斷面與構材的強度表現。

記憶點