钢筋的物理力学性能
钢筋的品种和级别
钢筋的品种和级别钢筋的物理力学性能主要取决于它的化学成分，铁元素为其主要成分，此外还包含有少量的碳、锰、硅、磷、硫等元素，混泥土结构中使用的钢材按化学成分可以分为碳素钢和普通低合金钢。
碳素钢含碳量小于1.35%为碳素钢，除铁、碳和锰、硅、磷、硫限量以内的杂质外，不含其他合金元素的钢。
碳素钢的性能主要取决于含碳量。
含碳量增加，钢的强度（物质抵抗破坏的能力）、硬度（固体材料对外界物体压陷、刻划等作用的局部抵抗能力，是衡量材料软硬程度的一个指标）升高，塑性、韧性（表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。
韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。
韧性可在材料科学及冶金学上，韧性是指当承受应力时对折断的抵抗，其定义为材料在破裂前所能吸收的能量与体积的比值）和可焊性降低。
与其他钢类相比，碳素钢使用最早，成本低，性能范围宽，用量最大。
按照含碳量（重量百分比）划分：低碳钢（含碳量<0.25%）、中碳钢（含碳量0.25%~0.6%）、高碳钢（0.6%~1.4%）。
钢筋中碳的含量增加，强度就随之提高，但塑性和可焊性降低。
普通低合金钢在钢材中加入少量合金元素（如锰、硅、钒、钛，多数情况下其总量W不超过3%）即制成普通合金钢。
这种钢的强度比较高，综合性能比较好，并具有耐腐蚀、耐磨、耐低温以及较好的切削性能、焊接性能等。
根据所加入元素不同进行分类：锰系（20MnSi、25MnSi）、硅钛系（45Si2MnTi）、硅钒系（40Si2MnV、45SiMnV）。
钢系名称中前面的数字代表平均含碳量（以1/10000计），元素下标数字表示表示该元素含量百分比。
合金元素多数是金属元素，如铜、锡、铅、铝、锰、铬、钼、镍及稀有金属等。
少数是非金属元素，如碳、硅、磷等。
合金元素指的是在炼金属的时候为达到某几种性能有目的地加入一定量一种或多种的金属或非金属元素。
稀有金属稀有金属，通常指在自然界中含量较少或分布稀散的金属，它们难于从原料中提取，在工业上制备和应用较晚。
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
第1章 钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能
第一篇钢筋混凝土结构第1章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能1.1 钢筋混凝土结构的基本概念钢筋混凝土结构是由配置受力的普通钢筋或钢筋骨架的混凝土制成的结构。
混凝土（砼）是一种人造石料，其抗压能力很高，而抗拉能力很弱。
采用素混凝土制成的构件（指无筋或不配置受力钢筋的混凝土构件），例如素混凝土梁，当它承受竖向荷载作用时[图1-1a）]，在梁的垂直截面（正截面）上受到弯矩作用，截面中和轴以上受压，以下受拉。
当荷载达到某一数值F c时，梁截面的受拉边缘混凝土的拉应变达到极限拉应变，即出现竖向弯曲裂缝，这时，裂缝处截面的受拉区混凝土退出工作，该截面处受压高度减小，即使荷载不增加，竖向弯曲裂缝也会急速向上发展，导致梁骤然断裂[图1-1b）]。
这种破坏是很突然的。
也就是说，当荷载达到F c的瞬间，梁立即发生破坏。
F c为素混凝土梁受拉区出现裂缝的荷载，一般称为素混凝土梁的抗裂荷载，也是素混凝土梁的破坏荷载。
由此可见，素混凝土梁的承载能力是由混凝土的抗拉强度控制的，而受压混凝土的抗压强度远未被充分利用。
在制造混凝土梁时，倘若在梁的受拉区配置适量的纵向受力钢筋，就构成钢筋混凝土梁。
试验表明，和素混凝土梁有相同截面尺寸的钢筋混凝土梁承受竖向荷载作用时，荷载略大于F c时的受拉区混凝土仍会出现裂缝。
在出现裂缝的截面处，受拉区混凝土虽退出工作，但配置在受拉区的钢筋将可承担几乎全部的拉力。
这时，钢筋混凝土梁不会像素混凝土梁那样立即裂断，而能继续承受荷载作用[图1-1c）]，直至受拉钢筋的应力达到屈服强度，继而截面受压区的混凝土也被压碎，梁才破坏。
因此，混凝土的抗压强度和钢筋的抗拉强度都能得到充分的利用，钢筋混凝土梁的承载能力可较素混凝土梁提高很多。
图1－1 素混凝土梁和钢筋混凝土梁a)受竖向力作用的混凝土梁b)素混凝土梁的断裂c)钢筋混凝土梁的开裂混凝土的抗压强度高，常用于受压构件。
若在构件中配置钢筋来构成钢筋混凝土受压构件，试验表明，和素混凝土受压构件截面尺寸及长细比相同的钢筋混凝土受压构件，不仅承载能力大为提高，而且受力性能得到改善（图1-2）。
钢筋验收标准与施工注意事项
钢筋验收标准与施工注意事项钢筋是建筑施工中重要的构件，它承担着承重和抗压的重要任务。
在施工过程中，钢筋的质量和合格与否，直接关系到建筑物的稳定性和安全性。
因此，对钢筋的验收标准和施工注意事项必须严格把控。
本文将探讨钢筋验收标准以及施工中需注意的内容。
一、钢筋验收标准在进行钢筋验收前，首先要了解国家相关的标准。
我国有钢筋产品的验收及其检验标准，包括GB1499、GB/T6003和YB/T4001等，这些标准规定了钢筋的物理性能、化学成分、尺寸等要求。
1.物理性能钢筋的物理性能是指它的力学性能，主要包括抗拉强度、屈服强度、断裂伸长率等。
验收时，可以参照标准要求对钢筋的力学性能进行测试，并与标准规定的数值进行对比。
合格的钢筋应具有足够的强度和韧性，以保证建筑物在承载荷载时不发生严重的变形或破坏。
2.化学成分钢筋的化学成分会直接影响其力学性能和耐久性。
验收时，需要进行成分分析，特别是对C、S、P、Mn等元素进行检测。
同时，还需检查钢筋表面的覆盖层，以确保不会产生锈蚀等问题。
3.几何尺寸验收时，几何尺寸是另一个重要的验收指标。
包括钢筋的直径、长度、弯曲度等方面。
这些尺寸应满足国家标准的要求，并确保符合设计图纸的要求。
二、施工注意事项1.储存与运输在施工前，钢筋必须储存和运输得当，以免造成钢筋表面损坏、锈蚀或变形。
钢筋应当放在平整的地面上，并防止其与水、水泥、灰尘等有害物质接触。
2.钢筋绑扎钢筋在施工中的绑扎非常重要，它能够保证钢筋之间的连接牢固，避免出现空隙。
绑扎时，需要注意钢筋的位置和间距，避免钢筋过于密集或松散。
正确的绑扎方法可以参考相关标准和技术要求。
3.钢筋纵向连接在施工过程中，长钢筋需要通过纵向连接来形成所需的长度。
连接方式有多种，如焊接和机械连接等。
无论采用何种方式，都需要保证连接牢固可靠，以免发生断裂或滑移。
4.钢筋加工与弯曲在需要进行钢筋加工和弯曲时，应选择适当的机械设备，并遵循相应的工艺规程。
钢筋和混凝土的物理力学性能
相同。
a
3
轴心抗压强度fc
fc<fcu
棱柱体抗压强度平均值与立方体抗压强度平均值之间存在线性 关系，比值大概在0.7~0.92之间。
规范规定：轴心抗压强度标准值fck与立方体抗压强度标准值fcu,k 之间的关系如下式：
fck0.88c1 f c2 c,uk
c1
棱柱体强度与立方体强度之比，C50以下取0.76，C80取0.82,中 间按线性插值。
➢加载速度较快时，fc有所提高，曲线比较陡。
➢加载速度缓慢时，fc略有降低，曲线（尤其是下降段）平缓， ε0和εcu
增大。
a
14
（4）砼的弹性模量和变形模量
σ
匀质弹性材料
α 0
σ
混凝土
0
E tg
ε
E ?
ε
σ
变形量Ec’
混凝土应力应变曲线上任一点对应 的应力和应变之比，也称“割线模量”
0'
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。
混凝土强度变异系数。
a
6
二、复合应力状态下的混凝土强度
在钢筋混凝土结构中，混凝土一 般处于复合应力状态。
双向应力状态：
σ1
σ2
σ2
σ1
当双向受压时，一向的抗压强度随另一向应力的增加而增加。
当一向受拉、一向受压时，混凝土的抗压强度随另一向拉应力的增 加而降低。
Ec'
c c
tg0'
随着应力增加而减小
ε
a
15
弹性模量Ec
混凝土应力与相应的弹性应 变之比，也称“原点切线模量”
Ec
c ce
若无边长为150mm的立方体试件，也可用边长为100mm或200mm的 试件代替，但测得的强度应乘以相应的换算系数：
002第一章钢筋混凝土材料的物理力学性能
200×200 ×400 换算系数 1.05
试
块
•考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大
于棱柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu (试验结果)
•考虑到构件和试件的区别，取fc=0.67fcu
•对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150,
h=300），有fc’=0.79fcu
采用与立方体试件相同制作条件、尺寸为150×150×300mm
或者150×150×450mm棱柱体试件测得的抗压强度作为混凝
土的轴心抗压强度标准值，用符号 f c k
表示，混凝土的轴心抗压强度标准值按下式计算：
fck0.881 f 2 cu,k
（2.2.1）
式中 1 —棱柱强度与立方强度之比，对C50及以下取 1
15；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；当采用钢丝、钢 绞线、热处理钢筋作为预应力钢筋时，混凝土强度等级 不宜低于Ｃ40。
2 混凝土轴心抗压强度
对结构构件的不利影响：当构件受到约束时，混凝 土的收缩就会使构件中产生收缩应力，收缩应力过大， 就会使构件产生裂缝，以致影响结构的正常使用；在预 应力混凝土构件中混凝土收缩将引起钢筋预应力值损失， 等等。
小 结：
1. 混凝土的强度指标； 2. 混凝土的变形；
结束！ 谢谢大家！
n26 1(0fcu5)0当 ,n2时， n2取
c fc
c
fc
110c
n
o
0
0 0 .0 0 0 .5 2 fc u 5 1 0 50
高等钢筋混凝土结构讲义-1.钢筋的物理力学性能
f0.2 =（0.8~0.9）fb
热轧钢筋有明显流幅称为软钢以屈服强度作为设计依据消除应力钢丝钢绞线精轧螺纹钢无明显流幅称为硬钢热处理钢筋冷轧带肋钢筋冷轧扭钢筋钢筋的分类hrb40020mnsiv20mnsinb20mnti级带肋kl400k20mnsi新iii级变形注钢筋名称前面的数字表示平均含碳量万分之数按钢材含碳量多少分为低碳钢含碳量25中碳钢2660高碳钢60土建结构用钢低中碳钢r235q235i级光圆hrb33520mnsi级iiiii热轧钢筋直径大于6mm000000000000热轧钢筋的符号说明生产工艺hotrolled表面形状plain钢筋barhpb235屈服强度hotrolledribbedbarhrb335桥梁工程中热轧钢筋的屈服强度材料分项系数12种类r235q235hrb33520mnsihrb40020mnsiv20mnsinb20mntirrb400k20mnsi符号fsd195280330330fsd195280330330热轧钢筋r建筑工程中热轧钢筋的屈服强度材料分项系数11种类hpb235q235hrb33520mnsihrb40020mnsiv20mnsinb20mntirrb400k20mnsi符号fyfy210300360360热轧钢筋210300360360r?钢筋的se曲线l0ppa00pas0lle钢筋的力学性能p点所对应的应力为比例极限而e点所对应的应力为弹性极限
固溶体
按溶质原子在溶剂晶格中的位置, 固溶体 可分为置换固溶体与间隙固溶体两种。
间隙固溶体
置换固溶体
固溶体的性能 无论置换固溶体，还是间隙固溶体，由于溶质原 子的存在都会使晶格发生畸变，使其性能不同于 原纯金属。
当溶质元素的含量极少时，固溶体的性能与溶剂金属基本相同。 随溶质含量的升高，固溶体的性能将发生明显改变，其一般情 况下，强度、硬度逐渐升高，而塑性、韧性有所下降，电阻率 升高，导电性逐渐下降等。 这种通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固 溶强化。 固溶强化是金属强化的一种重要形式。在溶质含量适当时， 可显著提高材料的强度和硬度，而塑性和韧性没有明显降低。
钢筋混凝土结构原理1材料的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 3 硬钢的应力—应变曲线
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d ——极限抗拉强度 e ——极限应变
条件屈服强度： 取残余应变为0.2%所对应的应力作为无明显流幅钢筋
的强度限值，通常称为条件屈服强度。
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 4 钢筋的应力—应变简化模型
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 1 钢筋的种类及符号说明
预应力钢筋的屈服强度
种类
钢绞线
1×3 1×7
消除应力钢丝 热处理钢筋
光面螺旋肋
刻痕 40Si2Mn 48Si2Mn
45Si2Cr
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符号
φS
φP φH φI
fptk 1860 1720 1570 1860 1720 1770 1670 1570 1570
fpy
f'py
1320
1220 390
1110
1320 390
1220
1250
1180 410
1110
1110 410
φHT
1470 1040 400
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 2 软钢的应力—应变曲线
石家强度 e ——极限应变 ob ——弹性阶段 bc ——屈服阶段 cd ——强化阶段 de ——破坏阶段
影响因素：
尺寸效应：尺寸越大，内部缺陷较多， 强度较低。 加载速度：加载速度越快，强度越低。
端部约束：涂润滑油 ，强度降低。
1.2 混凝土的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 1 立方体抗压强度
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光圆钢筋：胶着力+摩阻力 变形钢筋：胶着力+摩阻力+机械咬合力 机械咬合力在变形钢筋中起主要作用
拔出实验方法
影响粘结强度的因素
1）混凝土强度 与混凝土强度成正比关系 2）钢筋的表面形状 变形钢筋有更好的粘结强度 3）多根钢筋时与净距有关 4）钢筋保护层厚度
5）横向钢筋的作用
6）支座的影响，横向压力的作用 7）与浇注位置有关
钢筋的锚固与搭接
1、保证粘结的措施： 最小搭接长度与锚固长度； 最小间距与保护层厚度； 搭接接头范围内箍筋要加密； 钢筋端部要加弯钩; 分层浇注。 2、基本锚固长度 机械锚固可以减少锚固长度（0.7) fy la d ft 3、钢筋的搭接
钢筋的物理力学性能
1、钢筋的品种与级别 按化学成分分：碳素钢与普通低合金钢 碳素钢：低碳钢、中碳钢、高碳钢 普通低合金钢：锰系、硅钒系、硅钛系、 硅锰系、硅铬系 含碳量与钢材性能的关系、加合金元素的作用 热轧钢筋与消除应力钢丝、刻痕钢丝、热处理钢筋等 热轧钢筋：HPB235-(H)RRB400等，有明 显的屈服点。 消除应力钢丝等无明显的屈服点。 钢筋的冷加工：冷拉、冷拔 冷拉冷拔对钢材性能的改变及其作用 冷拉与冷拔的区别 劲性钢筋
ll la
型钢混凝土骨架
变形钢 筋的各 种形式
冷拔 螺旋 商品钢筋
冷扎扭
月牙钢筋截面
2、钢筋的强度与变形
主要知识点：
流幅的概念、流幅与变形性能； 屈服强度与极限强度、钢筋的强化； 无明显屈服点、名义（条件）屈服点； 衡量钢筋力学性能的指标：强度与变形； 变形性能的指标：伸长率与冷弯性能
3、钢筋的应力-应变关系
二折线 （无明显屈服点）
理想模型 （有明显屈服点） 三折线
（有明显屈服点）
4、钢筋的疲劳 疲劳强度与影响因素 5、混凝土对钢筋性能的要求
钢筋的强度 钢筋的塑性 钢筋的可焊性 钢筋的耐火性 钢筋与混凝土的粘结力
混凝土与钢筋的粘结 1、粘结的意义
粘结是混凝土与钢筋共同工作的基础。 粘结力的实质是剪应力。 粘结应力影响构件的刚度、变形与裂缝。 锚固粘结应力与局部粘结应力。