第二章 钢筋的物理力学性能

2.2.2 钢筋的强度与变形
σ
D B’ A B C E
σ
σ0.2
ε
0.2%
ε
有明显流幅的钢筋的应力-应 有明显流幅的钢筋的应力 应 变曲线
无明显流幅的钢筋的应力-应 无明显流幅的钢筋的应力 应 变曲线
钢筋除需有足够的强度外，还应具有一定 的塑性变形 塑性变形（plastic deformation)能力，钢筋的 塑性变形 塑性通常用伸长率 冷弯性能 伸长率和冷弯性能 伸长率 冷弯性能两个指标来衡量。
§2.3 混凝土与钢筋的粘结
2.3.1 粘结的意义： 粘结的意义：
钢筋和混凝土这两种材料结合在一起， 钢筋和混凝土这两种材料结合在一起，在 荷载、温度、收缩等外界因素作用下， 荷载、温度、收缩等外界因素作用下，能够共 同工作，除了两者具有相近的线膨胀系数外 相近的线膨胀系数外， 同工作，除了两者具有相近的线膨胀系数外， 主要是由于混凝土硬化后，钢筋与混凝土之间 主要是由于混凝土硬化后， 产生了良好的粘结能力。 产生了良好的粘结能力。 粘结能力
la =α
钢筋外 形系数 钢筋类型
fy ft
d
混凝土轴心抗 拉强度设计值
光面钢筋 0.16
带肋钢筋 0.14
α
• 冷加工的方法：冷拉、冷拔 冷加工的方法：冷拉、
钢筋在常温下的加工称为冷加工。其目的就是使钢筋 钢筋在常温下的加工称为冷加工。其目的就是使钢筋 冷加工 的内部组织结构发生变化，从而提高钢筋的强度，达到 的内部组织结构发生变化，从而提高钢筋的强度， 节约钢筋的目的。 节约钢筋的目的。
冷拉： 冷拉：
常温下，把热轧钢筋拉伸至强化阶段所得到的钢筋。 常温下，把热轧钢筋拉伸至强化阶段所得到的钢筋。 冷拉后可提高钢材的抗拉强度，但其屈服台阶变短， 冷拉后可提高钢材的抗拉强度，但其屈服台阶变短，塑 性较差。
钢绞线： 钢绞线：若干根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起 消除应力钢丝：将钢筋拉拔后，校直， 消除应力钢丝：将钢筋拉拔后，校直，经中温回火 消除应力并经稳定化处理的钢丝
刻痕钢丝
D—公称直径 A —3 股钢绞线量测尺寸 钢绞线
螺旋肋钢丝
常用钢筋形式
热处理钢筋 热处理钢筋
对某些特定钢号（ 对某些特定钢号（40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr）的热 、 、 ） 轧钢筋再通过加热、淬火和回火处理，钢筋强度大幅度提高， 轧钢筋再通过加热、淬火和回火处理，钢筋强度大幅度提高， 并保留较好的塑性和韧性，成为较理想的预应力钢筋。 并保留较好的塑性和韧性，成为较理想的预应力钢筋。
粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作 粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、 的基础
钢筋与混凝土之间粘结应力示意图
（a）锚固粘结应力 （b）裂缝间的局部粘结应力
2.3.2 粘结力的形成
◆光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理，其粘 光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理， 结作用主要由三部分组成： 结作用主要由三部分组成： （１）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力 胶结力）。一般很小， ）。一般很小 （胶结力）。一般很小，仅在受力阶段的局部无滑 移区域起作用，当接触面发生相对滑移时，该力即 移区域起作用，当接触面发生相对滑移时， 消失。 消失。 混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力 摩阻力。 （２）混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。 钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械 （３）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械 ）。对于光圆钢筋 咬合作用力（咬合力）。对于光圆钢筋， 咬合作用力（咬合力）。对于光圆钢筋，这种咬合 力来自于表面的粗糙不平。 力来自于表面的粗糙不平。
冷拔
冷拔可同时提高钢材的抗拉和抗压强度。塑性降低很多。 冷拔可同时提高钢材的抗拉和抗压强度。塑性降低很多。 可同时提高钢材的抗拉和抗压强度

d1 d1
P
d2
d2
柔性钢筋和劲性钢筋
柔性钢筋：由钢筋经绑扎或焊接成钢筋网及空间骨架， 柔性钢筋：由钢筋经绑扎或焊接成钢筋网及空间骨架， 便于固定在模板中浇注混凝土。 便于固定在模板中浇注混凝土。 劲性钢筋：由各种型钢或型钢与钢筋焊成骨架， 劲性钢筋：由各种型钢或型钢与钢筋焊成骨架，施工时 模板及混凝土的重量由钢筋本身承担。 模板及混凝土的重量由钢筋本身承担。
§2.2 钢筋的物理力学性能
2.2.1 钢筋的种类
•混凝土结构用钢筋按化学成分可分为碳素钢和普通合金钢。 混凝土结构用钢筋按化学成分可分为碳素钢和普通合金钢。 混凝土结构用钢筋按化学成分可分为碳素钢 •根据含碳量的不同，碳素钢分为： 根据含碳量的不同， 根据含碳量的不同 碳素钢分为： • 低碳钢(含碳量 含碳量<0.25%)、 低碳钢 含碳量 、 • 中碳钢(0.25%<=含碳量 含碳量<=0.6%)、 中碳钢 含碳量 、 • 高碳钢(含碳量 含碳量>0.6%)。 高碳钢 含碳量 。 •含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性下降。工程中常用低碳 含碳量越高， 含碳量越高 强度越高，但塑性和可焊性下降。工程中常用低碳 钢。 •普通低合金钢是在碳素钢的基础上，再加人微量的合金元素，如 普通低合金钢是在碳素钢的基础上， 普通低合金钢是在碳素钢的基础上 再加人微量的合金元素， 锯等，目的是提高钢材的强度， 硅、锰、钒、钦、锯等，目的是提高钢材的强度，改善钢材的塑 性性能。 性性能。
l 2 − l1 伸长率 δ = × 100% l1
冷弯是将直径为d的钢筋绕直径为D的钢辊， 弯成一定的角度而不发生断裂，就表示合格。
冷弯试验
α
D
d d
2.2.3 钢筋应力-应变曲线的数学模型 钢筋应力 应变曲线的数学模型
• 描述完全弹塑性的双直线模型
σs
fy
σs=Esεs εs
εy
εs,h
2.2.4 钢筋的疲劳
◆变形钢筋与混凝土之间的机械咬合作用主要是由 于变形钢筋肋间嵌入混凝土而产生的。 于变形钢筋肋间嵌入混凝土而产生的。
光圆钢筋： 光圆钢筋：粘结力主要来自胶结力和摩阻力 变形钢筋：粘结力主要来自机械咬合力 变形钢筋：
2.3.4 钢筋的锚固
按下列公式计算： 普通钢筋锚固长度 la按下列公式计算： 钢筋抗拉强 度设计值 钢筋直径
• 定义 定义：钢筋在承受重复、周期性的动荷载 下，经过一定次数后，突然脆性破坏的现 象 • 原因 原因：钢筋内部和外部的缺陷，在薄弱处 容易引起应力集中，应力过高，钢材晶粒 滑移，产生疲劳裂纹，应力重复次数增加， 裂纹扩展，从而造成断裂。
2.2.5 混凝土结构对钢筋性能的要求
• • • • • 1） 有较高的强度 强度 2） 有较好的塑性 塑性 3） 与混凝土之间有良好的粘结力 粘结力 4） 具有较好的可焊性 可焊性 5） 在寒冷地区，钢筋的低温性能也要符合一定要 求，不宜采用冷加工钢筋，以免发生脆性破坏。
• 按加工方式分为热轧钢筋，钢绞线，钢丝和热处 按加工方式分为热轧钢筋，钢绞线， 理钢筋
热轧钢筋：低碳钢、 热轧钢筋：低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而 成的
种 类 符号 d/(m m) 8~20 6~50 6~50 8~40 fyk/(N/mm2) 235 335 400 400
HPB235(Q235) HRB335(20MnSi) HRB400(20MnSiV, 20MnSiNb,20MnTi) RRB400(K20MnSi)