钢筋的主要力学性能

第二节 钢筋的主要力学性能
一、钢筋的品种和级别 钢筋的品种（分类） （一）钢筋的品种（分类） 按化学成分分类： 按化学成分分类： 低碳钢 随含碳量增加，钢筋强度提高， 碳素钢 中碳钢 随含碳量增加，钢筋强度提高， 塑性性能降低。 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， 普通低合金钢：除碳素钢已有的成分外，再加入少量的 钒等合金元素。 硅、锰、钛、钒等合金元素。 强度显著提高，塑性性能也好。 强度显著提高，塑性性能也好。
第四节建筑工程中，钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于 建筑工程中， C15; 当采用HRB335 钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C20 HRB335级 不宜低于C20; 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 RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件 HRB400和 级钢筋以及承受重复荷载的构件， 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 不得低于C20; 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， C30; 级不应低于C30; 当采用钢绞线，钢丝，热处理钢筋作预应力 C40。 钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40 钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。 公路桥涵中， 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 HRB400级钢筋时 C25。 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 C40; 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C40;
四、混凝土结构对钢筋性能的要求 1. 强度 2. 3. 4. 5. 塑性 可焊性 耐火性 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， 钢筋和混凝土之间的粘结，是保证两者共同工作 的前提。 的前提。 钢筋混凝土结构受力后，若钢筋和混凝土有相对 钢筋混凝土结构受力后， 变形（滑移）就会在其交界面上产生剪应力 , 变形（滑移） τ 称为钢筋和混凝土之间的粘结力 钢筋和混凝土之间的粘结力。 这种剪应力 称为钢筋和混凝土之间的粘结力。
四、保证钢筋和混凝土粘结力的措施 （用构造措施 保证） 保证）
对不同等级的混凝土和钢筋， （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。 本的锚固长度和最小搭接长度。 （2）满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小 厚度。 厚度。 加密箍筋（接头范围内）。 （3）加密箍筋（接头范围内）。 钢筋端部设弯钩（光面钢筋）。 （4）钢筋端部设弯钩（光面钢筋）。
ll = ζ la
式中， 为受拉钢筋搭接长度修正系数 为受拉钢筋搭接长度修正系数， 式中，ζ为受拉钢筋搭接长度修正系数， 它与同一连接区内搭接钢筋的截面面积有关， 它与同一连接区内搭接钢筋的截面面积有关， 详见第5章内容 章内容。 详见第 章内容。
◆钢筋的基本锚固长度 （第5章） 钢筋的基本锚固长度取决于钢筋的强度及混凝 土抗拉强度，并与钢筋的外形有关。 规范》 土抗拉强度，并与钢筋的外形有关。《规范》规 定纵向受拉钢筋的锚固长度作为钢筋的基本锚固 长度，其计算公式为： 长度，其计算公式为：
lα = α
fy ft
d
◆钢筋的搭接长度 （第5章）
3、冷加工钢筋
冷拉、 冷拉、冷拔
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
图 2-1 常用钢筋形式
二、钢筋的强度和变形（通过拉伸试验获得的应力应 钢筋的强度和变形（ 变曲线来说明） 变曲线来说明） 应力——应变曲线分两类： 应变曲线分两类： 应力 应变曲线分两类 有明显的流幅：热轧钢筋（软钢） 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、 ）（预应力钢丝 无明显的流幅：高碳钢（硬钢）（预应力钢丝、钢 绞线、热处理钢筋） 绞线、热处理钢筋） 设计强度取值依据： 设计强度取值依据： 有明显流幅钢筋， 有明显流幅钢筋，取其屈服点强度作为设计取值依 据。 无明显流幅钢筋， 极限抗拉强度） 无明显流幅钢筋，取 0.85σ b （极限抗拉强度）作为 条件屈服点。 条件屈服点。
Ⅲ
HRB400

变形
Ⅲ余热
RRB400

余热处理
性能：随着钢筋级别的增加，强度提高，塑性降低。 性能：随着钢筋级别的增加，强度提高，塑性降低。
2、预应力钢丝和钢绞线、热处理钢筋 预应力钢丝和钢绞线、 用于预应力混凝土结构中. 用于预应力混凝土结构中. 直径
φ 4 ~ φ9
P439～ P439～440
钢筋搭接的原则是：接头应设置在受力较小处， 钢筋搭接的原则是：接头应设置在受力较小处， 同一根钢筋上应尽量少设接头， 同一根钢筋上应尽量少设接头，机械连接接头能 产生较牢固的连接力，应优先采用机械连接。 产生较牢固的连接力，应优先采用机械连接。受 拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度计算公式： 拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度计算公式：
钢筋的选用原则： 钢筋的选用原则： 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 HRB400级钢 HRB335和 的非预应力钢筋宜优先采用HRB335和HRB400级钢 以节省钢筋用量，改善我国建筑结构的质量。 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 RRB400级热 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。 轧钢筋及强度级别较低的冷拔，冷轧钢筋。 预应力钢筋宜采用预应力钢绞线，中高强钢丝， 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 也可以采用热处理钢筋。除此以外， 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。 钢筋。公路桥涵工程中还可以采用精制螺纹钢筋。
二、粘结力的组成 钢筋和混凝土接触面上的化学吸附作用力—— （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层渗透较小） 化学胶结力（水泥对钢筋表面氧化层渗透较小） 混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力——摩阻 （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 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。 光圆钢筋粘结力主要来自胶结力和摩阻力。 胶结力和摩阻力 变形钢筋粘结力主要来自机械咬合力 机械咬合力。 变形钢筋粘结力主要来自机械咬合力。
按生产工艺分类
三种钢筋的生产工艺不同， 三种钢筋的生产工艺不同，见P22
（二）钢筋的级别 1、热轧钢筋：由普通（低碳）碳素钢、低合 、热轧钢筋：由普通（低碳）碳素钢、 金钢轧制而成——软钢 金钢轧制而成 软钢
常用热轧钢筋的级别、符号、 常用热轧钢筋的级别、符号、钢种和形状
级别 Ⅰ Ⅱ 代号 HPB235 HRB335 符号 钢种 Q235 20MnSi 20MnSiV, 20MnSi Nb, 20MnTi K20MnSi 形状 光面 变形
按外形分类
光面钢筋——表面光滑，与混凝土粘结力差。 光面钢筋 表面光滑，与混凝土粘结力差。 表面光滑 变形钢筋——表面带肋，螺旋纹、人字纹、 表面带肋， 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。 月牙纹， 与混凝土粘结力高。 用于钢筋混凝土结构） 热轧钢筋 （用于钢筋混凝土结构） 预应力钢丝和钢绞线、 预应力钢丝和钢绞线、热处理钢筋 用于预应力混凝土结构） （用于预应力混凝土结构） 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）
对钢筋进行冷加工， 三、钢筋的冷加工（对钢筋进行冷加工，可以提高 强度） 强度） 1.冷拉 1.冷拉 对热轧钢筋进行张拉， 对热轧钢筋进行张拉，张拉应力超过原屈服 然后放松，再张拉，屈服强度提高了， 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） 。（伸长率降低 性降低。（伸长率降低） 2.冷拔 2.冷拔 将 φ 6 ~ φ 8 光面钢筋通过强力拔过直径小的 钨合金拔丝模孔，塑性变形后——3，4mm钢丝。 钢丝。 钨合金拔丝模孔，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。 冷拔：同时提高抗拉、抗压强度。
三、影响粘结强度的因素 平均粘结应力
τ
= N π dl
式中：N为钢筋的拉力，d为钢筋的直径，l为粘结 式中： 为钢筋的拉力， 为钢筋的直径， 长度。 长度。 影响粘结强度的主要因素 影响粘结强度的主要因素： 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 混凝土强度等级： 度 ft 大致成比例。 大致成比例。 保护层厚度及钢筋净间距： 越大，粘结强度 越大， （2）保护层厚度及钢筋净间距： 越高。 越高。 横向钢筋（箍筋）及侧向压应力： （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。 缝的发展、提高粘结强度。 浇筑混凝土处钢筋所处的位置。 （4）浇筑混凝土处钢筋所处的位置。
τ
局部粘结应力 粘结应力分为： 粘结应力分为： 锚固粘结应力
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
局部粘结应力： 局部粘结应力： 发生在裂缝间。 发生在裂缝间。 作用：钢筋应力发生变化， 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。 混凝土参与受拉。 其丧失，会开裂。 锚固粘结应力： 锚固粘结应力： 发生在钢筋端部（支座内）。 发生在钢筋端部（支座内）。 作用：钢筋需有一定锚固长度， 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， 结力，达到需要的拉力。否则，发生锚固 破坏。 破坏。