混凝土的主要力学性能

混凝土的主要力学性能
如果采用的是100mm、200mm的非标准试件，应乘以0.95、 1.05的系数将其折算成标准试件。
规 范 《GB50010—2..2》4.1.2 规 定 ： 在 钢 筋 混 凝 土 结 构 中 ， 混凝土的强度等级不宜低于C15；当采用HRB335级钢筋时， 混凝土强度等级不应低于C20；当采用HRB400和RRB400级 钢筋以及对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 采用预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，混 凝土强度等级不宜低于C40。
要求 强度要求、塑性要求、可焊性要求、与混凝土的粘结力 选择的原则 在实际工程应用中，基于混凝土对钢筋性能的要求，确定的选用原则为：
①钢筋混凝土结构以HRB400级热轧带肋钢筋为主导钢筋； 实际工程中，普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋，也可采用HPB235 级及RRB400级钢筋。
② 预应力混凝土结构以高强、低松弛钢丝、钢绞线为主导钢筋； 预应力钢筋宜采用预应力钢丝、钢绞线，也可采用热处理钢筋。
冷拔低碳钢丝由低碳热轧钢筋经冷拔制成，分为两个级别：甲 级和乙级。冷拔低碳钢丝的延性较差，新《规范》中也未列入。 若在建筑工程中采用时，应遵守专门规程的规定。
钢丝(直径在5mm以内)可以是单根的，也可以编成钢绞线或 钢丝束。
钢筋的主要力学性能
钢绞线是由多根高强钢丝在绞丝机上绞合，再经低温回火 制成。按其股数可分为3股和7股两种，高强钢丝、钢绞线 的强度可达1700N／mm2以上。
必须指出，上述冷加工钢筋以大幅度牺牲延性来换取强度 的有限提高，终究不是提高结构性能的有效途径，近年来， 强度高、性能好的钢筋（钢丝、钢绞丝）在我国已可充分供 应，故冷拉钢筋和冷拔钢丝不在列入新《混凝土规范》，但 并不是不允许使用这些钢筋。当应用这些钢筋时，应符合专 门规程的规定。
钢筋的主要力学性能
钢筋的主要力学性能
σ d’
σk
k’ k
d e’ e
σa
σ
φb3
600
φb4
400
φb5
φ6
200
o
l εk
冷拉伸长率ε
图1-5冷拉后的应 力——应变曲线
o
21.9 ε(10-2)
图1-6冷拔钢筋的应 力——应变曲线
钢筋的主要力学性能
冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，故不宜用作受压钢筋；而冷 拔可同时提高抗拉和抗压强度。
钢筋的主要力学性能
表1-3预应力钢筋强度标准值及设计值(N/mm2)
种
类
符号
fptk 1860
fpy 1320
f ＇py
1*3 钢绞线
1720
1220
390
ΦS
1570
1110
1860
1320
1*7
390
1720
1220
光面
ΦP
1770
1250
消除应
螺旋肋
1670
1180
410
力钢丝
ΦH
1570
1110
刻痕
ΦI
1570
1110
410
40Si2Mn
热处理钢筋 48Si2Mn
ΦHT
1470
1040
400
45Si2Cr
钢筋的主要力学性能
表1-4钢筋 弹性模量（×105N/mm2）
种
类
Es
HPB235
2.1
热处理钢筋
2.0
消除应力注钢：丝必（要光时面钢钢铰丝线、可螺采旋用肋钢实丝测、的刻弹痕性钢模丝量） 2.05
力学性能中最主要和最基本的指标。
混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的
混凝土强度等级：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下 （20±3℃，≥90%湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度 0.15~0.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方 体抗压强度，用符号C表示，C30表示fcu,k=30N/mm2 ， fcu,k混凝土强 度标准值，注意： fcu与fcu,k的区别在于是否具有95%的保证率 根据《规范》强度范围，从C15~C80共划分为14个强度等级，级差为 5N/mm2。与原《规范GBJ10-89》相比，混凝土强度等级范围由C60 提高到C80，C50以上为高强混凝土。
钢筋的主要力学性能
⑤条件屈服强度（硬刚）
σ(Mpa)
高碳钢与低碳钢不同，见图
σb
1.3，它没有明显的屈服台阶，塑 0.85
性变形小，延伸率亦小，但极限强 σb
度高。通常用残余应变为0.2%的应
力，约0.85σb作为假想屈服点(或
称条件屈服点)，用σ0.2表示，
0.85σb 作为条件屈服强度。
σb
极限抗拉强度值。
钢筋的主要力学性能
二、钢筋的主要力学性能
（一）钢筋的强度和变形
①能②软主比刚 要 例和 由 极硬 单 限刚向钢拉筋伸的测强得度的和 应变 力形应性 变曲线有来明表显征流。幅试的验钢表筋明应，力钢筋应的变
σ(Mpa)
流幅
d
④拉曲极伸线限应 ，强力 轴度向应拉伸变时曲，线在可达分到为比两例类极： 当有限钢明a点筋显之屈的前流服，幅塑材的流料钢到处筋一于（定弹也程性称度阶为，段软，即钢软到）
③各种形式的冷加工钢筋应整顿市场、加强管理、保证质量、提高性能，通 过市场竞争优化或淘汰。
购买钢筋应要求厂家提供三项力学性能（抗拉强度、屈服强度、伸长率）、两项 化学性能（磷、硫含量）
混凝土的主要力学性能
三、 混凝土的主要力学性能
（一）混凝土的强度
（1）、混凝土的立方体抗压强（fcu）度及强度等级 混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。因此抗压强度是混凝土
混凝土的主要力学性能
（2）混凝土轴心抗压强度
实际工程中，一般的受压构件不是立方体而是棱柱体，即 构件的高度要比截面的尺寸大。一般用h/b=3～4的棱柱体抗压 强度来代表混凝土单向均匀受压时的抗压强度。轴心抗压强 度采用棱柱体试件测定，用符号fc表示，它比较接近实际构件 中混凝土的受压情况，我国通常取150mm×150mm×450mm 的棱柱体试件，也常用100×100×300试件。 对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。棱 柱体抗压强度和立方体抗压强度的换算关系为：
钢筋的主要力学性能
级别及品种：
我国建筑工程中采 用的钢筋，国产普通钢筋 有以下4级：
①热轧光面235级②热轧 带肋335级
σ(Mpa)
高强钢丝 HRB400 HRB335
0
图
HPB235
ε
③HRB400(20MnSiV 、 20MnSiNb 、 20MnTi): 热 轧 带 肋 400 级 ④ RRB400(K20MnSi):余热处理钢筋400级（用HRB335(20MnSi) 穿水 热处理而成），各级别 性能见图1-4
钢筋的形式
光面钢筋 (a):HPB235
带肋钢筋 (b)_(d):
(b)螺纹钢筋
(a)
(b)
(c)人字纹钢筋
(d) 月牙形钢筋
我国带肋钢筋的外形目前生产
的是月牙形。HRB335—表面有阿
拉伯数字“2”， HRB400—表面有
阿拉伯数字“3”。
(c)
(d)
钢筋的主要力学性能
建筑结构对钢筋的要求及选择原则
bc
e
达见钢点图应以1力.后与2，应，没变应有的力明比显值应流为变幅常曲的数线钢，又筋即（开为也始 a
极
屈
限
上称钢升为筋，硬 的抗钢 弹） 性拉见模能图量力1E有.s3所，。提a为高应，力随应着变曲 ③ 线钢成力上屈筋比称升服的例 为到极极的 比最限极 例限高限极强点状限度d态。，，，c相d它段应所称的对为应应钢力的筋称应的为
fck 0.88C1C2 fcu,k
混凝土的轴心抗压设计强度：fc=fck/γc
混凝土的主要力学性能
式中：fck——混凝土轴心抗压强度标准值 fc——混凝土轴心抗压强度设计值 0.88——实验试件与实际结构的差异修正系数 αc1——棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值， 对C50以下取0.76，对C80取0.82，其间按 线性差值计算。 αc2——C40以上混凝土脆性折减系数， C40取1.0， C80取0.87，其间按线性差值计算。 γc——混凝土材料分项系数，取1.4
分类： 我国建筑工程中采用的钢筋，按化学成分可分为碳素 钢和普通低合金钢两大类。
含碳量小于0.25%的碳素钢称为低碳钢或软钢，含碳量 为0.6%～1.4%的碳素钢称为高碳钢或硬钢。
在碳素钢的元素中加入少量的合金元素，就成为普通低 合金钢。如20MnSi、20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi等。
表1-1 各种钢筋伸长率及冷弯试验要求
钢筋种类 伸长率（%） δ5
冷弯要求 冷弯角度
HPB235 25 1800
HRB335 16 1800
HRB400 14 1800
δ5 _____表示试件长度为5d的钢筋的伸长率
钢筋的主要力学性能
（二）钢筋的成分、分类、级别、品种
成分： 钢筋的主要成分为铁、还有少量的碳、锰、硅、钒、 钛及一些有害元素如磷、硫等。刚材的强度随含碳量的增加而 增加，但其塑性性能及可焊性随之降低。锰、硅、钒、钛等少 量合金元素可是钢材的强度、塑性等综合性能提高。
0.2%
εHale Waihona Puke Baidu
图
钢筋的主要力学性能
⑥钢筋的伸长率 除强度指标外，钢筋还应具有一定的塑性变形能力。反
映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。所谓伸长率 即钢筋拉断后的伸长值与原长的比率： ………1-1
式中：δ 伸长率（%）
L-试件受力前的标距长度（有5d、10d、100d） L1-试件拉断后的标距长度
钢筋的主要力学性能
钢筋的冷拉和冷拔 (1)冷拉
冷拉是将钢筋拉到超过钢筋屈服强度的某一应力值，以提 高钢筋的抗拉强度，达到节约钢材的目的。冷拉能提高钢筋抗拉 强度，但不能提高抗压强度。冷拉能使钢筋伸长，能节省钢材， 调直钢筋，自动除锈，检查焊接质量的作用。
(2)冷拔
冷拔是将Φ6～Φ8的HPB235级钢筋，用强力从直径较小的 硬质合金拔丝模拔出使它产生塑性变形，拔成较细直径的钢丝， 以提高其强度的冷加工方法。冷拔后钢筋的强度得到了较大的提 高，但塑性却有较大的降低。经过冷拔加工的低碳钢丝，须逐盘 检验，分为甲、乙两级，甲级用作预应力钢筋，乙级用作非预应 力钢筋。
钢绞线
1.92
钢筋的主要力学性能
热处理钢筋
上面所述为普通钢筋，而预应力钢筋采用热处理钢筋。由 40Si2Mn(d=6)、48Si2Mn(d=8.2)和45Si2Cr(d=10)等通过加热、 淬火和回火等调质工艺处理制成的。热处理钢筋又称调质钢筋。 钢丝主要用于预应力混凝土结构中，有消除应力的光面钢丝、 螺旋肋钢丝和三面刻痕钢丝三种。
伸长率越大的钢筋塑性越好，即拉伸前有足够的伸 长，使构件的破坏有预兆；反之构件的破坏具有突发性而 呈现脆性。
钢筋的主要力学性能
⑦钢筋的冷弯性能
为了使钢筋在加工成型时不发生断裂，要求钢筋 具有一定的冷弯性能。冷弯是将直径为d的钢筋绕某一规定 直径为D的钢辊进行弯曲，在达到规定的冷弯角度（1800） 时钢筋不发生裂纹、鳞落或断裂，就表示合格。见表1-1
混凝土的主要力学性能
150
150
（3）混凝土轴心抗拉强度
混凝土轴心抗拉强度ft是采用 100mm×100mm×500mm的棱柱体，两端设 有螺纹钢筋(图1-7)，在实验机上受拉来测定 的。当试件拉裂时测得的平均拉应力即为混
凝土的轴心抗拉强度。实验表明，混凝土的
抗拉强度比抗压强度低得多，混凝土轴心抗 拉强度只是混凝土立方体抗压强度的1/17～ 1/8倍,而且随混凝土强度等级的提高而减小。 通过实验，新规范按下式计算：
20表示含碳量为0.2%，其余合金元素的含量在1.5%以下， k为 控制的意思。
钢筋的主要力学性能
表1-2普通钢筋强度标准值及设计值(N/mm2)
钢筋种类
符号 d(mm)
fyk
fy fy＇
HPB235(Q235)
φ
8~20
235 210 210
HRB335(20MnSi)
6~50
335 300 300
HRB400(20MnSiV、 20MnSiNb、 20MnTi)
RRB400(K20MnSi)
6~50
R
8~40
400 360 360 400 360 360
注：1.当d大于40mm时，应有可靠的工程经验。
2. fyk钢筋的标准强度，具有95%以上的保证 率，由屈服极限确定。
3. fy钢筋的抗拉强度设计值，fy＇钢筋的 抗压强度设计值。
比服
强
例强
度
极度
限
强化当阶应段力。达过到了bd点点后以，后材，料钢开筋始在屈薄
ε
服 弱，处b的点断称面屈将服显的着上缩限小点，，发过生点局后部，
图
应 颈力缩与现应象变，曲变线形出迅现速上增下加波，动应，力形随
成 之一下个降明，显直的到屈过服点台时阶试，件屈被服拉台断阶 。
的下限c点所对应的应力称为“屈