钢筋的力学性能
钢筋的力学性能试验
4.14 钢筋的力学性能试验1、试验目的：测定钢筋力学性能参数，评定钢材质量。
2、仪器设备：万能试验机、直尺、标距仪3、试样制备：从待测的钢盘盘条上任取三盘，每盘去掉端头500mm后各截取两段长度为350-600mm长的试样，一段用作拉伸试验，另一段用于测定镦头强度。
Q235盘条和冷拨丝只进行拉伸试验，取样方法与钢筋相同。
然后在标距仪上标距打点。
Q235盘条及冷拨丝用5mm进行标距，Φ7.1、Φ9.0 、Φ10.7PC钢筋用8倍进行标距。
4、试验步骤（1）分别测量三条试样的外径并记录。
（2）检查万能机的油路系统是否适当，测算试验吨位，检查码铊及夹具是否一致，开动并调整万能机。
（3）将试样安装于夹头正中，注意试样是否垂直，钢筋在夹头的长度是否一致，试样被夹紧后，向试样连续均匀而无冲击地施加荷载，应力增加速度应小于10Mpa/s。
（4）当试样达到屈服点可借助试验机测力盘的指针来确定，当测力盘的指针停止转动的恒定负荷或第一次回转的最小负荷即为所求屈服点负荷P S。
对无明显屈服现象的材料，必须用其它方法测定屈服强度。
（5）向试样连续施加负荷直至拉断，由测力盘上读出最大负荷P b。
5、试验结果计算（1）屈服点：δs =P s/F0×1000（Mpa）（2）抗拉强度：δb= Pb/F0×1000（Mpa）（3）伸长率：L 1－Lδ=————×100%LL0：试样原标距长度（mm）L1：试样拉断后标距长度（mm）F0：试样公称面积（mm2）RB150-Φ7.1、Φ9.0 、Φ10.7分别为40、64、90mm2，Q235Φ6.5为33mm2，冷拨钢丝按实测面积计算。
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
钢筋力学性能测试及数据解读
钢筋力学性能测试及数据解读钢筋是建筑工程中常用的一种材料，它具有良好的力学性能，能够有效地增强混凝土的强度和抗拉能力。
为确保结构的安全性和可靠性，钢筋的力学性能测试是不可或缺的环节。
本文将介绍钢筋力学性能测试的基本原理和方法，并对测试数据进行解读。
一、钢筋力学性能测试的原理与方法1.拉力测试拉力测试是衡量钢筋的抗拉能力和断裂强度的重要指标。
该测试依靠拉伸试验机施加的拉力，对钢筋进行强度评估。
测试过程中，选取适当长度的钢筋样品并将其两端夹紧，在试验机上施加逐渐增大的拉力，直至样品断裂。
通过测定样品的变形和断裂强度，可以得出钢筋的抗拉强度、断裂伸长率等指标。
2.弯曲测试弯曲测试用于评估钢筋的抗弯性能。
测试时，将钢筋样品固定在适当的支撑装置上，然后施加逐渐增大的弯曲力矩，直至样品发生塑性变形或断裂。
通过记录样品的弯曲变形、断裂强度等数据，可以判断钢筋的抗弯刚度和强度。
3.冲击测试冲击测试用于评估钢筋的抗冲击性能，尤其是低温环境下的性能表现。
测试时，将钢筋样品置于低温槽中，使其达到所需的测试温度，然后通过冲击试验机施加冲击力，记录冲击引起的位移和变形。
通过分析冲击试验曲线和能量吸收能力，可以评估钢筋在低温环境下的抗冲击性能。
二、钢筋力学性能数据的解读1.抗拉强度抗拉强度是钢筋所能承受的最大拉力，是衡量钢筋强度的重要指标。
通常以标称强度和屈服强度来评估钢筋的抗拉性能。
标称强度是指钢筋的理论极限强度，通过拉力测试可以得到。
屈服强度是在拉伸过程中，钢筋开始发生可观的非弹性变形时的拉力值，通过测定拉伸试验曲线上的屈服点或0.2%偏移点来确定。
2.断裂伸长率断裂伸长率是衡量钢筋在拉伸过程中塑性变形能力的指标，它反映了钢筋的延展性。
一般情况下，断裂伸长率越高，表示钢筋具有更好的延性。
通常通过拉伸试验时样品断裂处的延长长度与原始长度之比来计算。
3.抗弯刚度和强度抗弯刚度和强度是钢筋在受弯曲力矩作用下的抵抗能力。
弯曲试验可以得出钢筋的抗弯能力，并通过测定试验曲线上的抗弯刚度和弯曲断裂点来评估。
第二章钢筋和混凝土材料的力学性能1解读
2024/10/12
一、钢筋的物理力学性能
钢筋的力学性能指标 Index of mechanical properties of materials
强度指标
Index of strength
塑性指标
Index of deformation
fy --屈服强度 yielding strength
fu ---极限抗拉强度 ultimate tensile strength
stage
下屈服点
0.2%
有明显流幅的钢筋 Mild steel
无明显流幅的钢筋 Hard steel
钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同
河南理工大学土木工程学院
2024/10/12
一、钢筋的物理力学性能
强度指标Strength index
Steel reinforcement with stage of flow
2. 钢筋的分类(Types of reinforcing bar)
按化学成分(Chemical composition)
低碳钢（含碳量<0.25%） 含碳量越高，
碳素钢Carbon Steel （铁、碳、硅、锰、 硫、磷等元素）
强度越高，但
中碳钢（含碳量0.25~0.6%） 塑性和可焊性 高碳钢（含碳量0.6~1.4%） 减低
用钢筋试样拉断后断口两侧的残留应变(用百分率
表示)作伸长率，即
l' l 100 %
l
* 冷弯性能Cold-formed capacity: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
裂及起层现象
第二章钢筋和混凝土的力学性能
第二章钢筋和混凝土的力学性能主要内容：2.1 钢筋的力学性能2.2 混凝土的力学性能2.3 钢筋与混凝土之间的粘结作用重难点：钢筋的种类及力学指标；混凝土的力学指标及力学性能；钢筋与混凝土共同工作的原理2.1 钢筋的力学性能一、钢筋的品种 (Reinforcement types)表面形状：光圆钢筋、带肋钢筋化学成份：碳素钢（低碳钢）普通低合金钢供货方式：直条式（d≥10mm）——6、9、12m盘圆式生产工艺和强度：热轧钢筋、中高强钢丝、钢绞线、冷加工钢筋。
普通混凝土结构中采用较多的是热轧钢筋。
力学性能不同：软钢——有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋)硬钢——无明显屈服台阶的钢筋(钢丝、热处理钢筋）1、热轧钢筋（Hot Rolled Steel Reinforcing Bar）HPB300级、HRB335级、HRB400级、HRB500级屈服强度 fyk（标准值）HPB300： fyk = 300 N/mm2HRB400： fyk = 400 N/mm2HPB300钢筋(Ⅰ级)多为光面钢筋，多作为现浇楼板的受力钢筋和各种构件中的箍筋。
HRB335 (Ⅱ级) 、HRB400(RRB400)(Ⅲ级) 强度较高，为表面带肋的钢筋，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋。
2、钢丝 (Wire)：中强钢丝的强度为800~1200MPa，高强钢丝、钢绞线的强度为 1470 ~1860MPa；钢丝的直径3~9mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径9.5~15.2 mm。
中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。
3、冷加工钢筋 Cold working rebar：是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。
冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。
但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。
近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。
4、热处理钢筋 Heat treatment ：是将Ⅳ级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。
钢筋力学性能
钢筋力学性能钢筋是建筑工程中使用最为普遍的一种材料，它的力学性能决定了其应用范围的丰富性。
因此，了解钢筋力学性能的相关知识，对于设计者来说非常重要。
钢筋的力学性能是其力学性能的主要组成部分，包括屈服强度、抗弯强度、断裂强度和延伸率等。
屈服强度是钢筋在抗弯应力下受力到不能继续抗拉或抗压时的应力大小。
一般来说，混凝土结构构件在抗弯应力下的钢筋屈服强度通常为260MPa或以上。
抗弯强度是指钢筋受抗弯应力或裂缝开启载荷时的最大抗弯应力强度，一般情况下设计中抗弯强度不应低于屈服强度的1.1倍，也就是约286MPa，如果设计抗弯强度比屈服强度小，则可能影响构件的抗弯性能。
断裂强度是指钢筋受力时的最大抗拉应力强度，一般情况下实际应用中断裂强度不低于640MPa，高于屈服强度2.5倍以上。
延伸率是指钢筋断裂强度和屈服强度之间的比率，一般情况下实际应用中延伸率不低于15%，表明钢筋的抗拉强度很高。
除此之外，还有其他一些钢筋的力学性能，如抗冷弯强度、硬度、抗腐蚀性能等，它们也是钢筋力学性能评价的重要数据之一。
钢筋在经过高温轧制、拉伸机加工、漆包线缠绕等其他过程之后，其力学性能也会有所变化，为了保持钢筋的良好性能，可以对其进行规范化处理，如表面防护、表面涂漆、表面处理、去污清洁等，以确保钢筋的正常使用。
钢筋的力学性能有许多影响因素，如原料的材质、生产工艺、表面处理以及成型过程中的温度等，都会影响钢筋的力学性能。
因此，在生产和使用钢筋时，一定要了解其力学性能，并进行科学合理的把握，确保钢筋正常使用，避免构件由于材料不合格而出现破坏。
总之，钢筋的力学性能是影响钢筋的使用性能的重要因素，任何使用者都必须了解学习钢筋的力学性能，以确保钢筋的正常使用，提供有效力学保障，保障钢筋的力学安全和稳定性。
钢筋和混凝土的力学性能
1 、钢筋的应力应变曲线钢筋的强度与变形钢筋的力学性能有强度、变形(包括弹性和塑性变形)等。
图1—1 有明显流幅的钢筋应力应变曲线图1—2 没明显流幅的钢筋的应力应变曲线-3对于有明显流幅的钢筋(俗称软钢)，一般取屈服强度作为钢筋设计强度的依据。
因为屈服之后，钢筋的塑性变形将急剧增加，钢筋混凝土构件将出现很大的变形和过宽的裂缝，以致不能正常使用。
对于没有明显流幅的钢筋一般取为0.85 (硬钢)钢材的极限强度是材料能承受的最大应力。
通常以屈强比（屈服强度/极限强度）来反映钢筋的强度储备，屈强比越小，强度储备就越大，钢筋的利用程度越低。
反映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。
伸长率是钢筋试件拉断后的伸长值与原长的比值，即（1－1）冷弯性能：要求钢筋绕一规定直径辊进行弯曲，在达到规定的冷弯角度时，钢筋不出现裂缝或断裂。
对于有明显流幅的钢筋，其主要指标为屈服强度、抗拉强度、伸长率和冷弯性能四项；对于没有明显流幅的钢筋，其主要指标为抗拉强度、伸长率和冷弯性能三项。
我国用于混凝土结构的钢筋主要有：HPB235级、HRB335级、HRB400级和RRB400级热轧钢筋。
纵向受力钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋。
混凝土混凝土强度是混凝土受力性能的一个基本指标。
在工程中常用的混凝土强度有立方体抗压强度标准值、轴心抗压强度和轴心抗拉强度等。
1 、立方体抗压强度标准值我国《混凝土结构设计规范》规定，混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。
立方体抗压强度标准值( )系指按照标准方法制作养护的边长为150 的立方体试块，在28天龄期，用标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度。
按照砼立方体抗压强度标准值的大小我国《混凝土结构设计规范》将混凝土的强度划分为十四个强度等级，如C80即表示其立方体抗压强度标准值是80N/mm2。
混凝土的立方体抗压强度也和试块的尺寸有关，立方体尺寸越小，测得的混凝土抗压强度越高，这种现象称为“尺寸效应”，因此采用200 和l00 的立方体试块时，所得强度数值要分别乘以强度换算系数1.05和0.95加以校正。
钢筋力学性能试验
下屈服强度的测定： 下屈服强度Rel可以从力-延伸曲线上测得，定义为不计初始瞬时效应时 屈服阶段中最小力值对应的应力。
上下屈服强度的判定原则如下: a)屈服前的第一个峰值应力（第一个极大值应力）判为上屈服强度，不管其
Lo———试样原标 距长度（mm）
1
2
断后伸长率的计算公 式：伸长率（A）是 试样在拉断后，其标 距部分所增加的长度 与原标距长度的百分 比：
3
4
式中 A——— 伸 长率（％）
5
6
Lu———试样拉断 后标距长度（mm）
钢筋延断
屈服﹙1﹚
σ s=Fs/S0
R e H=FSU/S0 R e L=F s L/S0
间隔
04
强度值大于1000Mpa 10Mpa
间隔
05
伸长率
间隔0.5％
热轧光圆钢筋试验结果评定
01
屈服强度 、抗拉强度、 伸长 率均符和相应标准规定的指标。
02
复验与判定应符合GB/T2101 规定。作拉力试验的2根试件 中，如有一根试件的屈服点 、 抗拉强度、 伸长率三个指标中 有一个指标不符合规定标准时， 即为拉伸性能不合格。取双倍 数量复检；在第二次拉力试验 中，如仍有一个指标不符合规 定，不论这个指标在第一次试 验中是否合格，拉伸性能试验 项目判定不合格，即该批钢筋 为不合格。
钢筋力学性能
djust the spacing to adapt to Chinese typesetting
试验方法
检测依据 及评定标准
检测依据：
金属材料拉伸试验 方法 GB/T228.1-2010
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．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。
伸长率大的钢筋塑性性能好，拉断前有明显的预兆；伸长率小的钢筋塑性性能差，其破坏会突然发生，呈脆性特征，具有明显屈服点的钢筋有较大的伸长率，而无明显屈服点的钢筋伸长率很小。
(4)冷弯试验
冷弯试验是检验钢筋塑性的另一种方法。
伸长率一般不能反映钢筋的脆化倾向，而冷弯性能可间接地反映钢筋的塑性性能和内在质量。
冷弯试验的两个主要参数是弯心直径D和冷弯角度α。
将要试验的钢筋(直径为d)绕某一规定直径的钢辊轴(直径为D)进行弯曲(图11-33)。
冷弯试验合格的标准为在规定的D和α下
冷弯后的钢筋无裂纹、鳞落或断裂现象。
上述钢筋的4项指标中，对有明显屈服点的钢筋均须进行测定，对无明显屈服点的钢筋则只测定后3项。
来源:考试大-注册建筑师。