钢筋混凝土的力学性能
钢筋与混凝土的力学性能
图3.12 钢筋拔出试验中粘结应力分布图
3.3.3 保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施
3.3.3.1 纵向受拉钢筋的基本锚固长度
规范根据拔出试验给出受拉钢筋的基本锚固长度
为
la
fy d ft
其中，锚固钢筋的外形系数按表3.1取值。
普通钢筋、预应力钢筋的强度标准值见附表2、 附表3。
2. 在进行钢筋混凝土结构构件承载力设计计算时，
钢筋强度设计值等于钢筋强度标准值除以钢筋 材料分项系数γs，按不同钢筋种类，分别取 γs=1.10~1.20
钢筋的强度设计值见附表4、附表5。
3.1.2 钢筋的种类
我国《混凝土结构设计规范》中推荐的钢筋由 碳素结构钢和普通低合金钢制成。我国常用的钢筋 品种有以下几类（见图3.6）：
3.2.2 混凝土的变形
混凝土变形有两类：一类是荷载作用下的受力 变形，包括一次短期加荷时的变形、多次重复加荷 时的变形和长期荷载作用下的变形；另一类是体积 变形，包括收缩、膨胀和温度变形。
3.2.2.1 混凝土的弹性模量
1. 混凝土在一次短期加荷时的应力－应变关系可
通过对混凝土棱柱体的受压或受拉试验测定。 混凝土受压时典型的应力－应变曲线如图3.7所
3 钢筋与混凝土的力学性能
本章提要
本章主要论述了混凝土的力学性能（混凝土的 立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度； 混凝土的变形和混凝土的选用）和钢筋的力学性能。 重点讨论了钢筋与混凝土之间的相互作用——粘结 力。它们是学习混凝土结构设计原理和构造要求的 基础。
本章内容
3.1 钢筋 3.2 混凝土 3.3 钢筋与混凝土的相互作用
钢筋和混凝土的力学性能
Remained heat
treatment
屈服强度 fyk（标准值=钢材废品限值，保证率95%）
HPB235级： fyk = 235 N/mm2
HRB335级： fyk = 335 N/mm2
HRB400级、RRB400级： .fyk = 400 N/mm2
2.1 钢 筋
第二章 钢筋和混凝土的力学性能
HPB235级(Ⅰ级) 为热轧光面钢筋（Plain Bar），符号 ，多 作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。
HRB335级(Ⅱ级)和 HRB400级(Ⅲ级)为热轧带肋钢筋 (Ribbed Bar)，符号 。钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构 件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用Ⅱ级钢筋作箍筋的。 为增强与混凝土的粘结（Bond），外形制作成月牙肋或等高肋 的变形钢筋（Deformed Bar）。
消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝
钢绞线
.
Es 2.1×105
2.0×105
2.05×105 1.95×105
2.1 钢筋
第二章 钢筋和混凝土的力学性能
◆无明显屈服点的钢筋（Steel bar without yield point）
fu
s0.2
a
0.2%
a点：比例极限，约为0.65fu a点前：应力-应变关系为线弹性 a点后：应力-应变关系为非线性， 有一定塑性变形，且没有明显的屈 服点 强度设计指标——条件屈服点 残余应变为0.2%所对应的应力
有物理屈服点的钢筋，如热轧钢筋、冷拉钢筋；
无物理屈服点的钢筋，如钢丝、钢绞线及热处理钢筋。
. 2.1 钢筋
第二章 钢筋和混凝土的力学性能
二、钢筋的形式
▪ 普通钢筋（柔性钢筋）
钢筋混凝土材料的力学性能
第2章钢筋混凝土材料的力学性能2.1 钢筋2.1.2 钢筋的力学性能钢筋的主要力学性能包括强度和变形性能，可通过拉伸试验得到的应力-应变曲线来说明。
由此分为有屈服点的钢筋和无屈服点钢筋，即钢筋的应力-应变曲线有的有明显的流幅，如图2-5。
如热轧低碳钢和普通的热轧合金钢制成的钢筋。
有的则没有明显的流幅（图2-6），如光面钢丝等。
从图2-5的典型应力-应变曲线来看，应力值在A点以前，应力和应变按线性比例关系增长，A点对应的应力称为比例极限。
过了A点以后，应变比应力增长地快，到达Bˊ点以后，钢筋开始出现塑流，Bˊ称为屈服上限，它与加载速度、断面形式、试件表面光洁度等不确定因素有关，故Bˊ是不稳定的。
待从Bˊ降至B点（屈服下限）后，应力水平基本不变而应变急剧增加，图形接近水平线，直到C点。
B点到C点的水平部分称为为依据的。
过C点以后，应力又继续增长，钢筋的抗拉能力又开始发挥，随屈服台阶，BC大小称为流幅。
有明显流幅的热轧钢筋屈服强度是以屈服下限着曲线上升，到达最高点D，D对应的应力称为钢筋的极限强度，CD段称为钢筋的强化阶段。
过了D点以后，应变迅速增加，应力随之下降，在测试试件上体现为试件薄弱处的截面突然显著减小，发生局部径缩现象，变形迅速增加达到E点试件被拉断。
而图2-6中没有明显流幅的钢筋应力-应变关系曲线则没有前者的屈服台阶，而是直接到达强度极限，乃至破坏，具有脆性破坏的特点。
钢筋的一个强度代表值是标准值，标准值应具有不小于95%的保证率。
对构件计算配筋时，对于热轧钢筋的强度标准值是根据屈服强度确定，用fyk表示。
因为构件中的钢筋应力达到屈服点后，将产生很大的塑性变形，使钢筋混凝土构件出现很大变形和不可闭合的裂缝，以至不能使用。
对预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋等没有明显屈服点的钢筋强度标准值是根据国家标准极限抗拉强度ζb 确定的，采用钢筋应力为0.85ζb的点作为条件屈服点。
普通钢筋的强度标准值见后面的附表6。
钢筋与混凝土的力学性能.
1．钢筋与混凝土的力学性能复习重难点1. 我国规范采用立方体抗压强度标准值强度作为混凝土各种力学指标的代表值。
2.相同等级的混凝土，其三个强度的相对大小关系。
3.强度等级越高的混凝土，其立方体抗压强度标准值越大。
4.混凝土的强度等级为C30，则下列说法正确的是其立方体抗压强度标准值达到了30 N/mm2 。
5.对于有明显流幅的钢筋，其设计强度取值的依据一般是屈服强度。
6. 影响钢材力学性能的因素说法不正确的有：磷、氧都是有害元素，会分别使钢材有热脆和冷脆现象。
7.影响钢材力学性能的因素说法正确的有：含碳量提高，则钢材的强度提高，塑性韧性下降，锰是有益元素，能显著提高钢材的强度而不过多降低塑性和韧性，硫的存在降低了钢的冲击韧性。
第二章复习重难点基本概念1.永久荷载效应控制的内力组合，其永久荷载和活荷载的分项系数取为1.35和1.4。
2.在正常使用极限状态实用设计表达式中，不需考虑结构重要性系数。
3.对荷载的标准值和设计值关系描述正确的是：荷载的设计值＝标准值×荷载的分项系数。
2．受弯构件复习重难点1.在一类环境类别下，梁的保护层的最小厚度规定为不小于钢筋直径和25mm。
2.钢筋混凝土梁的截面尺寸和材料品种确定后，梁裂缝出现前瞬间受拉钢筋应力与配筋率无关，当满足一定条件时，配筋率越大，正截面抗弯强度也越大。
3.梁中钢筋保护层厚度指的是纵筋外表面至梁表面的距离。
4.在受弯构件的设计中，不允许出现少筋梁和超筋梁：少筋梁的破坏特征为一旦出现裂缝，裂缝迅速开展，构件即宣告破坏；超筋梁的破坏特征为受压区混凝土被压碎，此时受拉钢筋尚未达到屈服强度；少筋和超筋破坏均为脆性破坏，破坏前没有预兆，因此不受弯构件的设计中不允许出现少筋梁和超筋梁。
5.适筋梁的破坏特征是受压钢筋先屈服，后压区混凝土被压碎。
6.受弯混凝土构件，若其纵筋配筋率小于最小配筋率，我们一般称之为少筋梁。
7.适筋破坏的破坏是塑性破坏，在工程设计和施工通过计算来防止其发生。
钢筋混凝土材料力学性能
砼结构对钢筋质量要求 适当强度：屈服和极限强度，屈服强度是计算主要依据； 可焊性好：要求钢筋焊接后不产生裂纹及过大变形；
足够塑性：以伸长率和冷弯性能为主要指标，即要求钢筋断裂前有足够变形，在钢筋混凝土结构 中，能给出构件将要破坏的预告信号，同时保证钢筋冷弯要求。一般而言强度高的钢筋塑性和可 焊性就差些；
1 混凝土立方体抗压强度的定义和强度等级 砼立方体强度的定义：立方体试件的强度比较稳定，我国把立方体强度值作为混 凝土强度的基本指标，并把立方体抗压强度作为评定混凝土强度等级的标准。我国《规 范》规定：，用ƒ表示，单位2。
换句话：混凝土强度等级应按立方体强度标准值确定。
立方体抗压强度标准值（ƒ） 两重含义： 1、采用边长为150㎜的立方体试块，在标准条件（温度为17～23℃，湿度在90％以上） 下养护28d，按照标准的试验方法加压到破坏测得的立方体抗压强度。
1 钢筋强度指标 （1）软钢：屈服强度、极限强度
当某截面钢筋应力达到屈服强度后，试件将在荷载基本不增加情况下产生持续塑性变形，构件 可能在钢筋尚未进入强化阶段之前就已破坏或产生过大的变形与裂缝。因此，钢筋的屈服强度是钢 筋关键性强度指标；此外，钢筋的屈强比（屈服强度与极限强度之比）表示结构可靠性潜力。在抗 震结构中，考虑受拉钢筋可能进入强化阶段，要求其屈强比≤0.8，因而钢筋极限强度是检验钢筋质 量的另一强度指标。
近年来，我国强度高，性能好的预应力钢筋已可充分供应，冷加工钢筋不再列入规范。
1.1.2 钢筋品种、级别和分类
推广具有较好延性、可焊性、机械连接性能及施工适应性的系列普通热轧带肋钢筋。列入采 用控温轧制工艺生产的系列细晶粒带肋钢筋。
系列余热处理钢筋由轧制钢筋经高温淬水，余热处理后提高强度。而其它性能则相应降低， 一般可用于对变形性能及加工性能要求不高的构件中，如基础、大体积混凝土、楼板、墙体及 次要的中小结构构件中。
钢筋和混凝土的材料力学性能
(2) 强度指标
1) 屈服强度 fy : 有物理屈服点的钢筋到达屈服点后，
会产生很大的塑性变形，使构件出现很大的变形和过宽的
裂缝，以致不能使用。在计算承载力时以屈服强度fy作为
钢筋强度标准值；
2) 极限抗拉强度fu : 在抗震结构设计中，要求结构在
罕遇地震下“裂而不倒”, 钢筋应力可考虑进入强化段, 要
预应力混凝土不应低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理 钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。
4）试验方法对立方体抗压强度的影响
图3.1 砼立方体试块的破坏情况
a)不涂润滑剂
b)涂润滑剂
我国规定的标准试验方法：不涂润滑剂。
5）几点说明
① 按图纸规定的强度等级制作混凝土； ② 现场制作试块（标养试块、同条件养护试块）； ③ 检验立方体抗压强度是否满足设计要求采用标养试块； ④ 结构实体的环境条件与实验室养护条件不同，必须增加 同条件养护试块予以判定结构实体的强度； ⑤ 不同尺寸试件的“尺寸效应” :
2. 钢筋的种类及选用
热轧钢筋
HPB235 HRB335 HRB400
RRB400
光圆钢筋 变形钢筋 变形钢筋 变形钢筋
强度 塑性
非低 高
预
应
力
钢 筋
高
Байду номын сангаас
低
钢
钢丝
强度高，塑性低
筋
预
钢绞线
强度高，塑性低，粘结
应 力
好
钢
热处理钢筋
强度高，塑性低
筋
3. 我国常见钢筋外形
3.2.2 钢筋的材料力学性能
钢筋按力学性能的不同，分为有物理屈服点的钢 筋和无物理屈服点的钢筋。
钢筋和混凝土的力学性能
强度高、塑性好
二、钢筋的表面形状
光面钢筋 表面光滑
螺旋纹
变形钢筋 人字纹
表面肋纹
月牙纹
提高与混凝土
的粘结锚固能力
光面圆钢筋 螺旋纹钢筋 人字纹钢筋
月牙纹钢筋
三、常用钢筋的品种 热轧钢筋、钢丝、钢绞线、热处理钢筋等。
刻痕钢丝 刻痕钢丝
—3 股钢绞线量测尺寸 钢3绞股线钢绞线量测尺寸
绞线 热轧钢筋
螺旋肋钢丝 螺旋肋钢丝
150×150×150
C
200×200×200
A、B、C三个试块，材料、养护条件等均相同，三者强度的大小关系？
A>B> C，为什么？
试验方法方面 试件形状、尺寸、加载速度等 （3）润滑剂
涂润滑剂
涂润滑剂
A
B
150×150×150
150×150×150
A、B两个试块，材料、养护条件等均相同，二者强度的大小关系？（A>B）
加载板与试件间产生摩 擦阻力，对试块的横向变形 产生约束，且约束的大小随 着离接触面的垂直距离的增 大而减小。
加强对混凝土横向变形的约 束，可以提高其抗压强度。
对试件中部的约束C>A>B， 所以，抗压强度C>A>B。
试验方法方面 试件形状、尺寸、加载速度等 （2）试块尺寸
A
100×100×100
B
双向应力状态：
τ剪应力的存在而降低。 ➢混凝土的抗剪强度随着压应力的增大先增大后减小。 ➢混凝土的抗剪强度随着拉应力的增大而减小。
注：剪应力会影响梁、柱中受压区混凝土的抗压强 度。
三向受压状态：
三向受压时，混凝土一向抗压强度随另二向压应力的增加而增加，且 混凝土的极限压应变也大大增加。
钢筋与混凝土的力学性能
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2.混凝土轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）fc
/
7 /
•
轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号fck表示，它比
2 较接近实际构件中混凝土的受压情况。
6
• 我国通常取150mm×150mm×450mm
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钢筋的选用：
1
/
7
/•
尽量选用强度较高、塑性较好、价格较低的钢材
2
6 • 纵向受力普通钢筋宜采用：HRB400、HRB500、HRBF400、
HRBF500钢筋，也可采用HPB300、 HRB335、 HRBF335、 RRB400
2
6 • 素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；
• 钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20；
• 采用强度等级400MPa及以上的钢筋时，混凝土强度等级不 应低于C25。
• 预应力混凝土结构中
• 混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30。
• 承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低 于C30.
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1.1.2 钢筋的力学性能
/
7 /
1、钢筋的应力－应变关系
2
6
上屈服点
出现颈缩 a’为比例极限 s =Ese
s 不稳定
σb
b
fy
a a’ c
d
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第一章钢筋混凝土的力学性能
1、钢和硬钢的应力—应变曲线有什么不同，其抗拉设计值fy各取曲线上何处的应力值作为依据？
2.钢筋冷加工的目的是什么？冷加工的方法有哪几种？各种方法对强度有何影响？
4、试述钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求？
5、我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有几种？我国热轧钢筋的强度分为几个等级？用什么符号表示？
6、除凝土立方体抗压强度外，为什么还有轴心抗压强度？
7、混凝土的抗拉强度是如何测试的？
8、什么是混凝土的弹性模量、割线模量和切线模量？弹性模量与割线模量有什么关系？
9、什么叫混凝土徐变？线形徐变和非线形徐变？混凝土的收缩和徐变有什么本质区别？
10.如何避免混凝土构件产生收缩裂缝？
第二章混凝土结构基本计算原则
1．什么是结构可靠性？什么是结构可靠度?
2．结构构件的极限状态是指什么？
3．承载能力极限状态与正常使用极限状态要求有何不同?
4．什么是结构上的作用？作用的分类有哪些？
5．什么是荷载标准值、荷载准永久值、荷载设计值？是怎样确定的？
6．结构抗力是指什么？包括哪些因素？
7．什么是材料强度标准值、材料强度设计值？如何确定的？
8．什么是失效概率？什么是可靠指标？它们之间的关系如何？
9．什么是结构构件延性破坏？什么是脆性破坏？在可靠指标上是如何体现它们的不同？
第三章钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算
1．在外荷载作用下，受弯构件任一截面上存在哪些内力？受弯构件有哪两种可能的破坏?破坏时主裂缝方
向如何？
2．适筋梁从加载到破坏经历哪几个阶段？各阶段的主要特征是什么？每个阶段是哪个极限状态的计算依据？
3．什么是配筋率？配筋量对梁的正截面承载力有何影响？
4．适筋梁、超筋梁和少筋梁的破坏特征有何区别?
5．什么是最小配筋率，最小配筋率是根据什么原则确定的?
7．单筋矩形截面梁正截面承载力的计算应力图形如何确定?受压区混凝土等效应力图形的等效原则是什么?
10．在什么情况下可采用双筋截面？其计算应力图形如何确定？其基本计算公式与单筋截面有和不同？在双筋截面中受压钢筋起什么作用？其适应条件除了满足之外为什么还要满足？
13．在进行T型截面的截面设计和承载力校核时，如何分别判别T型截面的类型？其判别式
第四章钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算
1．无腹筋简支梁出现斜裂缝后，为什么说梁的受力状态发生了质变?
2．无腹筋和有腹筋简支梁沿斜截面破坏的主要形态有哪几种?它的破坏特征是怎样的?
3．影响有腹筋梁斜截面承载力的主要因素有哪些?
6．在斜截面受剪承载力计算时，梁上哪些位置应分别进行计算?
第五章钢筋混凝土受压构件承载力计算
１．混凝土的抗压性能好，为什么在轴心受压柱中，还要配置一定数量的钢筋? 轴心受压构件中的钢筋，对轴心受压构件起什么作用?
２．轴心受压短柱的破坏与长柱有何区别?其原因是什么?影响的主要因素有哪些?
３．配置螺旋箍筋的柱承载力提高的原因是什么?
４．偏心受压短柱和长柱有何本质区别？偏心距增大系数的物理意义是什么?
6．附加偏心距是什么？其值为多少?
第六章钢筋混凝土受拉钢筋承载力计算
1．如何判别钢筋混凝土受拉构件的大、小偏心?它们的破坏特征各有什么不同?
5．轴心拉力N对有横向集中力作用的偏拉(或拉弯)构件斜截面抗剪承载力有何影响?
主要体现在何处?
第七章钢筋混凝土受扭构件承载力计算
2．钢筋混凝土构件在纯扭作用下可能出现哪些形式的破坏?它们分别有什么样的特征?钢筋对构件的承载力、抗裂及刚度各有什么影响?
3．配筋强度比对构件的配筋和破坏形式有什么影响?
4．无腹筋混凝土构件剪扭承载力有什么形式的相关规律?在钢筋混凝土构件中是如何
考虑这种相关性的?
5．弯扭构件的破坏与哪些因素有关?
6．弯剪扭构件的配筋是如何确定的?
7．T形和I形截面构件在受扭计算时，做了哪些简化?
第九章钢筋混凝土构件裂缝宽度和变形验算及混凝土结构的耐久性
1．钢筋混凝土构件裂缝由哪些因素引起？采用什么措施可减小非荷载裂缝？
2．构件为什么要进行裂缝和挠度验算？
3．影响裂缝宽度的主要因素是什么？采用什么措施可减小荷载作用引起的裂缝宽度？4．为什么说裂缝条数不会无限增加，最终将趋于稳定？
5．裂缝间应变不均匀系数的物理意义是什么？
6．钢筋混凝土受弯构件挠度计算与弹性受弯构件挠度计算有何不同?为什么?
7．何为“最小刚度原则”？钢筋混凝土构件度计算为什么要引入这一原则？
8．材料强度的随机性和长期荷载作用的影响在最大裂缝宽度计算时是如何考虑的？
第十章预应力混凝土结构
1．什么叫预应力？什么叫预应力混凝土？为什么要对构件施加预应力？
2．与普通钢筋混凝土相比，预应力混凝土构件有何优缺点？
3．什么叫先张法？什么叫后张法？两者各有何特点？
4．什么叫张拉控制应力？为什么要对钢筋的张拉应力进行控制？
5．什么叫预应力损失？有哪些因素引起预应力损失？
8．减少预应力损失的有效措施有哪些？。