有關材料性質，下列敘述何者正確？

本題考點

材料力學的基本名詞，包括線性與彈性階段的關係、應變硬化的意義、韌性設計能否使用混凝土，以及韌性比的定義。

正解理由

材料受力時的應力與應變（或載重與變形）曲線，起始一段呈直線，直線段的終點稱為比例限度；彈性則是指卸載後變形能完全回復，其上限稱為彈性限度。比例限度不會高於彈性限度，所以「載重與變形保持線性」只會發生在彈性階段之內。以鋼筋為例，《建築物混凝土結構設計規範》第 3.3.3 節說明鋼筋應力不大於規定降伏強度 fy 時，應力與應變成正比，應力按 Es 乘應變計算；應變一旦大於降伏應變，應力停在 fy 而與應變無關，曲線就不再是直線。線性是彈性階段才有的特徵，進入降伏後線性即被打破，選項 (A) 的敘述與此相符，故選 A。

逐項排除

1. (A)

   正確。線性段落在比例限度以內，而比例限度位於彈性限度之內，因此加載與變形保持線性時，材料必定仍在彈性階段。要注意反過來並不成立：彈性只要求卸載後變形完全回復，並不要求直線，像橡膠在彈性範圍內的曲線就是彎的。本選項講的是「線性推得彈性」這個方向，所以成立。

2. (B)

   錯誤。應變硬化與環境溫度無關，它是指材料降伏並經過一段塑性流動之後，必須施加更大的應力才能繼續變形，曲線重新上升、強度隨之提高的現象；《建築物混凝土結構設計規範》第 3.3.3 節所稱計算構材強度時「因應變硬化效應增加之強度省略不計」，指的就是降伏之後強度再上升的這一段。本選項有兩處不符：其一，成因寫成溫度改變，應為材料本身的塑性變形；另一個，效果寫成「相同受力下應變降低」，應為「要繼續變形必須提高應力，強度上升」。溫度改變引起的是熱脹冷縮或材料性質隨溫度變化，屬於另一個概念。

3. (C)

   錯誤。混凝土單獨受拉或未受圍束受壓時確實偏向脆性，但結構韌性設計並不排除混凝土：《建築技術規則建築構造編》第 408 條第 1 項明定抵抗地震力之就地澆置結構混凝土可採韌性設計，使構材在大地震時能產生所需塑性變形。韌性來自鋼筋與構造細節：縱向鋼筋降伏後提供塑性變形，橫向箍筋圍束核心混凝土、延緩混凝土壓碎與縱筋挫屈。《建築技術規則建築構造編》第 332 條之 1 也要求混凝土構材與其他材料構材組合的構體，要考慮構材之剛性及韌性與材料的特性。正確說法是：脆性材料可以透過與韌性材料組合及適當細部設計，使構材整體具備韌性。

4. (D)

   錯誤。韌性比衡量的是「變形能力」，定義為極限變形與降伏變形之比，常寫成 μ = Δu / Δy，也可改用曲率或轉角來表示。本選項把它說成「極限強度遠高於降伏強度」，等於把變形之比偷換成強度之比。極限強度與降伏強度的比值是另一個量，與韌性比沒有必然關係：一種材料可以極限強度只比降伏強度略高，卻能在降伏後持續變形很長一段，韌性比依然很高。正確說法是「韌性比高，即其極限變形遠大於降伏變形」。

記憶點