第二节 钢筋的主要力学性能
钢筋和混凝土的力学性能
规范规定轴心抗拉强度标准值ftk与立方体抗压强度标准值fcu,k 的关系为：
ftk 0.880.395 fcu,k0.55(11.645 )0.45 c2
c2
高强混凝土的脆性折减系数，C40以下取1.00，C80取0.87，中
间线性插值。
0.88 考虑实际构件与试件混凝土之间的差异等，引入的修正系数。
中高强钢丝和钢绞线强度较高，均无明显的屈服点和屈服台阶，主要用于预应 力混凝土结构。
热处理钢筋，将强度大致相当于Ⅳ级热轧钢筋的某些特定品种热轧钢筋通过加热 、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，但无明显的屈服点和 屈服台阶。主要用于预应力混凝土结构。
硬钢的应力应变曲线
N/mm2
1600σ σ0.2
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）
储备，fy/σb=0.6~0.7。
不同级别热轧钢 筋的应力应变曲线
热轧钢筋级别越高，强度越 高，屈服平台越 ，塑短性越 。差
塑性性能
伸长率
l
l’
l'l 100%
l
伸长率越高，塑性性能越好。
冷弯性能
把钢筋在常温下围绕直径为D的辊轴弯转α角而要求不发生裂纹。
冷弯直径越小，角度 越大，塑性越好。
（3）钢筋的冷拉和冷拔
钢筋混凝土材料力学性能
冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。 钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。
*对有明显屈服点的钢筋：检验屈服强度、极限抗拉强度、伸长 率、冷弯性能四项指标，
*对没有明显屈服点的钢筋：只须检验极限抗拉强度、伸长率、 冷弯性能三项指标。
3 可焊性
2.5钢筋的蠕变、松弛和疲劳
蠕变：钢筋在高应力作用下，随时间的增长其应变 继续增长的现象为蠕变。
Ïû ³ý ¦Ó Á¦ ¸Ö Ë¿ ¡¢ ÂÝ Ðý Àß Ö¸ Ë¿ ¡¢ ¿Ì ºÛ ¸Ö Ë¿
¸Ö ½Ê Ïß
Es 2.1Á¡ 105
2.0Á¡ 105
2.05Á¡ 105 1.95Á¡ 105
（2）无明显屈服点的钢筋（硬钢）
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
（矾）、Nb（铌）、Ti（钛）、Cr（铬）等合金元 素，既能使钢筋的强度提高，又能保持一定的塑性。
2 钢筋的品种和级别
RRB400 （KL400）级(Ⅳ级) （《钢筋混凝土用余热处 理钢筋》GB1499-1998）钢筋强度太高，不适宜作为钢 筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。
（2）冷拉钢筋：由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭 加工后而成。
延 伸 率：钢筋拉断后的伸长值与原长的比率，是反映钢筋塑性 性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。
s
5
or
10
l1/
l1 l1
屈 强 比：反映钢筋的强度储备，
fy/fu=0.6~0.7。 在抗震结构中： fy/fu不小于0.8
µ¯ ÐÔ ±ä ÐÎ ee
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）
钢筋力学性能分析
钢筋力学性能分析2010-12-09 16:41第二节钢筋的机械性能一、钢筋的拉伸试验钢筋主要机械性能的各项指标是通过静力拉伸试验和冷弯试验来获得的。
由静力拉伸试验得出的应力一应变曲线，是描述钢筋在单向均匀受拉下工作特性的重要方式，静力拉伸试验是由四个阶段组成的（见图1-3）1、弹性阶段（O-A）从图1-3中可以看出，在OA范围内，拉力增加，变形也增加；卸去拉力，试件能恢复原状。
材料在卸去外力后能恢复原状的性质，叫做弹性。
因此，这一阶段叫做弹性阶段。
弹性阶段的最高点（图中的A点）所对应的应力称为弹性极限，因弹性阶段的应力与应变成正比，所以也称比例极限，用f0表示2、屈服阶段（A-B）当应力超过比例极限后，应力与应变不再成比例增加，开始时图形还接近直线，而后形成接近于水平的锯齿形线，这时，应力在很小的范围内波动，而应变急剧地增长，这种现象好象钢筋对于外力屈服了一样，所以，这一阶段叫做屈服阶段（A-B）。
在屈服阶段，钢筋的性质由弹性转化为塑性，如将外力卸去，试件的变形不能完全恢复。
不能恢复的变形称为残余变形或称塑性变形。
与锯齿线最高点B上相对应的应力称为屈服上限。
对应于最低点B下的应力称为屈服下限。
工程上取屈服下限作为计算强度指标，叫屈服强度（或称屈服点、流限），用fy表示。
3、强化阶段（B-C）钢筋拉试验过了第二阶段即屈服阶段以后，钢筋内部组织发生了剧烈的变化，重新建立了平衡，钢筋抵抗外力的能力又有了很大的增加。
应力与应变的关系表现为上升的曲线，这个阶段称为强化阶段。
与强化阶段最高点C相对应的应力就是钢筋的极限强度，称为抗拉强度，用fu表示。
4、颈缩阶段（C-D）当应力达到拉伸曲线的最高点C后，试件的薄弱截面开始显著缩小，产生颈缩现象（见图1-4），即进入颈缩阶段。
由于试件颈缩处截面急剧缩小，能承受的拉力随着下降，塑性变形迅速增加，最后该处发生断裂。
图1-3是软钢（I-Ⅳ级钢筋属于软钢）的拉伸曲线图。
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。
钢筋的力学性能
．钢筋的应力—应变曲线和力学性能指标钢筋混凝土及预应力混凝土结构中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋(一般称为软钢)和无明显屈服点的钢筋(一般称为硬钢)。
有明显屈服点的钢筋的应力-应变曲线如图11-30所示。
图中，a点以前应力与应变按比例增加，其关系符合虎克定律，这时如卸去荷载，应变将恢复到0，即无残余变形，a点对应的应力称为比例极限；过ad 点后，应变较应力增长为快；到达b点后，应变急剧增加，而应力基本上不变，应力—应变曲线呈现水平段cd，钢筋产生相当大的塑性变形，此阶段称为屈服阶段。
b、c两点分别称为上屈服点和下屈服点。
由于上屈服点b为开始进入屈服阶段的应力，呈不稳定状态，而下屈服点c比较稳定，因此，将下屈服点c的应力称为“屈服强度”。
当钢筋屈服塑流到一定程度，即到达图中的d点，cd段称为屈服台阶，过d点后，应力应变关系又形成上升曲线，但曲线趋平，其最高点为e，de段称为钢筋的“强化阶段”，相应于e点的应力称为钢筋的极限强度，过e点后，钢筋薄弱断面显著缩小，产生“颈缩”现象(图11-31)，此时变形迅速增加，应力随之下降，直至到达f点时，钢筋被拉断。
钢筋的力学性能指标有4个，即屈服强度、极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能(1)屈服强度如上所述，对于软钢，取下屈服点c的应力作为屈服强度。
对无明显屈服点的硬钢，设计上通常取残余应变为0．2％时所对应的应力作为假想的屈服点，称为条件屈服强度，用σ0．2来表示。
对钢丝和热处理钢筋的0．2，规范统一取0．8倍极限抗拉强度。
(2)极限抗拉强度对于软钢，取应力-应变曲线中的最高点e为极限抗拉强度；对于硬钢，规范规定，将应力—应变曲线的最高点作为强度标准值的依据。
(3)伸长率伸长率是衡量钢筋塑性性能的一个指称，用δ表示。
δ为钢筋试件拉断后的残余应变，其值为：式中 l1——钢筋试件受力前的量测标距长度；12——试件经拉断并重新拼合后的量测得到的标距长度。
应变量测标距按规定有l1=5d(d为试件直径)、10d，和按固定长度100mm三种，相应的伸长率分别为δ5、δ10、δ100，标距越短，平均残余应变越大，因此，一般δ5>δ10>δ100。
钢筋混凝土结构的材
精选ppt
一、钢筋的化学成分
钢筋组的合力结学构性柱能简主介要取决于它的化学成分。其主
要成分是铁元素,此外还含有少量的碳、锰、硅、硫等 元素。
增加含碳量可提高钢材的强度,但塑性和可焊性 降低。锰、硅元素可提高钢材强度,并保持一定塑性; 磷、硫是有害元素,其含量超过一定限度时,钢材塑性 明显降低,磷使钢材冷脆,硫使钢材热脆,且焊接质量 也不易保证。除上述元素外,再加入少量合金元素,如 锰、硅、钒、钛等即制成低合金钢。
精选ppt
预应力钢筋的屈服强度
种类
符号
组合结构柱简介
1×3
钢绞线
φS
1×7
消除应力 钢丝
热处理 钢筋
光面螺旋肋
φP φH
刻痕
40Si2Mn 48Si2Mn
45Si2Cr
φI φHT
精选ppt
fptk 1860 1720 1570 1860 1720 1770 1670 1570
1570
fpy
f'py
HRB335级、HRB400级钢筋；预应力混凝土结构 宜优先采用高强的预应力钢绞线、钢丝。这样不 仅可以提高混凝土结构的安全度水平，降低工程 造价，而且还可以降低配筋率，缓解钢筋密集带 来的施工困难。
精选ppt
考组虑合到结我构国近柱年简来介强度高、性能好的预应力钢
筋（钢丝、钢绞线）已可充分供应。SL191－2008不 再列入冷拔低碳钢丝、冷拉钢筋、冷轧带肋钢筋和 冷轧扭钢筋等延性较差的冷加工钢筋。未列入标准 不是不允许使用这些钢筋，而是使用这些冷加工钢 筋时，应符合JGJ－92、JGJ95－2003、JGJ115－97 等专门规程的相关规定。
钢筋力学性能---2
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
变形钢筋
1. 热轧钢筋 将碳素钢和普通低合金钢在高温下轧制而成。 分为： 1、HPB235(R235)：（光圆）235指该种钢筋的屈服强度标准值。
fyk=235M/mm2；（建筑结构已不适用、桥梁结构为箍筋）
5、 HRB500(普通热轧带肋钢筋) ：fyk=500N/mm2；建筑结构推广使
用的受力筋，桥梁结构使用很少
符号表示 R235（HPB235）－ ，d = 8~20mm， HRB335－ ,d = 6~50mm HRB400－ , d = 6~50mm RRB400－ R , d = 8~40mm HRB500－ , d = 6~50mm
按直径分 ：钢丝（d<6mm)、钢筋（ d≥ 6mm） 按表面形状分 ：光圆钢筋（I级钢和光圆钢丝）、 变形钢筋（≥II级） 按加工方法分 ：热轧钢筋 、热处理钢筋、冷加工 钢筋（冷轧、冷拉、冷拔） 按力学特性分 ：软钢、硬钢 按组成形式分：单根钢筋（丝）、钢绞线
二. 钢筋的品种
4、硬钢－ 曲线的数学模型
四.钢筋的冷加工和热处理
冷加工方法：冷拉、冷拔、冷轧和冷轧扭 钢筋冷加工后的力学性能变化：强度提高、塑性 降低 钢筋的冷加工均以热轧钢筋为母材。
冷拉
B
K ’ K Z 无时效 Z’
冷拔
经时效
残余变形 冷拉伸长率
经过冷拔后钢筋没有明 显的屈服点和流幅
特性：只提高抗拉强度，不提高抗 压强度，强度提高，塑性下降
3、伸长率、冷弯性能要求 伸长率：
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第二节钢筋的主要力学性能
一、钢筋的品种和级别
（一）钢筋的品种（分类）（有很多种分类形式）
按化学成分分类：
低碳钢
碳素钢中碳钢随含碳量增加，钢筋强度提高，
高碳钢塑性性能降低。
普通低合金钢：除碳素钢已有的成分外，再加入少量的
硅、锰、钛、钒等合金元素。
强度显著
提高，塑性性能更好。
光面钢筋——表面光滑，与混凝土粘结力差。
按外形分类变形钢筋——表面带肋，螺旋纹、人字纹、
月牙纹，与混凝土粘结力高。
热轧钢筋用于钢筋混凝土结构
按生产工艺分类预应力钢丝和钢绞线及热处理钢筋
——用于预应力混凝土结构
冷加工钢筋——用于预应力混凝土结构三种钢筋、生产工艺不同，见书。
（二）钢筋的级别
1、热轧钢筋：由普通（低碳）碳素钢、低合金钢轧
制而成——软钢
常用热轧钢筋的级别、符号、钢种和形状
性能：随着热轧钢筋级别提高，强度提高，塑性降低。
2、预应力钢丝和钢绞线、热处理钢筋
9~4φφ 用于预应力混凝土结构中P439～440
3、冷加工钢筋 冷拉、冷拔
二、钢筋的强度和变形（通过拉伸试验获得的应力应变曲
线来说明）
应力——应变曲线分两类：
有明显的流幅：热轧钢筋（软钢）
无明显的流幅：高碳钢（硬钢）（预应力钢丝、钢
绞线、热处理钢筋）
设计强度取值依据：（应力）
有明显的流幅钢筋，取其屈服点强度作为设计取值依
据。
无明显的流幅钢筋，取b σ85.0(极限抗拉强度)作为条件
屈服点。
三、钢筋的冷加工（对钢筋进行冷加工，可以提高强度）
1、冷拉
对热轧钢筋进行张拉，张拉应力超过原屈服点，
然后放松，再张拉，屈服强度提高了，但塑性
降低。
（伸长率降低）
2、冷拔
将8
φ光面钢筋通过强力拔过直径小的钨合
6φ
~
金拔丝模孔，塑性变形后，——3，4mm钢丝冷拉：提高抗拉强度（不宜作受压钢筋）
冷拔：同时提高抗拉、抗压强度。
四、混凝土结构对钢筋性能的要求
1、强度
2、塑性
3、可焊性
4、耐火性
5、与混凝土的粘结性
第三节钢筋和混凝土的粘结与锚固
一、粘结的作用和分类
钢筋和混凝土之间的粘结，是保证两者共同工作的前提。
钢筋混凝土结构受力后，若钢筋和混凝土有相对变形（滑移）就会在其交界面上产生剪应力τ，这种剪应力τ称为
钢筋和混凝土之间的粘结力。
粘结力分为：
局部粘结力：发生在裂缝间.
作用：钢筋应力发生变化，使相邻
两个裂缝之间的混凝土参与受拉。
其丧失，会开裂。
锚固粘结力：发生在钢筋端部（支座内）
作用：钢筋需有一定锚固长度，以
积累足够的粘结力，达到需要的拉
力。
否则，发生锚固破坏。
二、粘结力的组成
（1）、钢筋和混凝土接触面上的化学吸附作用力——化
学胶结力（水泥对钢筋表面氧化渗透较小）
（2）、混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力——摩阻力
（3）、钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合
作用力——机械咬合力
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。
三、影响粘结强度的因素
平均粘结应力 dl N
πτ=
N 为钢筋的拉力，d 为钢筋的直径，l 为粘结长度。
影响粘结强度的主要因素：
（1）、混凝土强度等级：粘结强度与混凝土的抗拉强度
f大致成比例。
t
（2）、保护层厚度及钢筋净间距越大，粘结强度越高。
（3）、横向钢筋（箍筋）及侧向压应力，可以限制裂缝的发展、提高粘结强度。
（4）、浇筑混凝土处钢筋所处的位置。
四、保证钢筋和混凝土粘结力的措施（用构造措施保证）
（1）、对不同等级的混凝土和钢筋，要保证基本的锚固长度
和最小搭接长度 。
a
（2）、满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度。
（3）、加密箍筋（接头范围内）。
（4）、钢筋端部设弯钩（光面钢筋）。
第四节钢筋和混凝土的选用
一．混凝土的选用原则
建筑工程中，钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应
低于C15; 当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C20; 当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于C20; 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于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。
公路桥涵中，钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应
低于C20; 当采用HRB400级钢筋时，混凝土强度等级不得低于C25。
预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C40;
二．钢筋的选用原则
1．钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋宜优先采用HRB335和HRB400级钢筋，以节省钢筋用量，改善我国建筑结构的质量。
除此以外，也可以采用HPB235级和RRB400级热轧钢筋及强度级别较低的冷拔，冷轧钢筋。
2．预应力钢筋宜采用预应力钢绞线，中高强钢丝，也可以采用热处理钢筋。
除此以外，还可以采用冷拉钢筋和强度级别较高的冷拔低碳钢丝和冷轧钢筋。
公路桥涵工程中还可以采用精制螺纹钢筋。