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
e
²Ð Óà ±ä ÐÎ er
（2）冷拔
*冷拔可同时提高钢筋的抗拉屈服强度和抗压屈服强度。 (3) 冷轧：冷轧带肋钢筋 (4) 冷轧扭：冷轧扭钢筋 2.钢筋的热处理
对某些特定钢号（40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr）的热轧钢 筋进行淬火和回火处理，钢筋强度大幅度提高，并保留较好的塑 性和韧性，成为较理想的预应力钢筋。
2.4 对钢筋质量的要求
1 强度 钢筋的屈服强度是设计依据，极限强度表示钢筋拉断时的实 际强度。
2 塑性 （1）伸长率（伸长率越大，表示钢筋塑性或延性越好） 钢筋的断后伸长率：
（2）冷弯性能
l1 l1
l1
冷弯
α D
d
=90°,180 °,反复弯曲要 求：冷弯过程中无裂缝、鳞 落或断裂。 D 愈小，要求愈高。 反复次数愈高，要求愈高。
冷加工的目的：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。
（3）钢丝、钢绞线：高强钢丝（1570Mpa、1860Mpa），中强 钢丝（800-1370Mpa），钢绞线（1570Mpa、1860Mpa，分 为7股、3股等）。
（4）热处理钢筋：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。 用于预应力混凝土结构。
称为钢筋的屈服强度或流限， ⑤ 屈服台阶或流幅，
µ¯ ÐÔ ±ä ÐÎ ee
e
⑥ 强化阶段，d点的应力称为极限抗
²Ð Óà ±ä ÐÎ er
拉强度，
⑦ 颈缩阶段。
几个指标：
屈服强度：是钢筋强度的设计依据。？
因为钢筋屈服后将发生很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不 可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂 缝。
P
劈拉试验
考虑到结构中混凝土的工作条件与试件的工作条件的差异，规 范乘以修正系数0.88，则结构中混凝土轴心抗拉强度值ft0为：
ft0

0.88

0.395
f
0.55
cu
c
2

0.348
f 0.55 cu c 2
各个强度等级混凝土的轴心抗压、轴心抗拉强度，我国规范已 经给出具体设计计算数值，进行结构计算时，可以直接查用。
(Equivalent yield point) 残余应变为0.2%所对应的应力
《规范》取s0.2 =0.85 fu
2.3 钢筋的冷加工和热处理
1 钢筋的冷加工（冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭） （1）冷拉
冷拉（所有冷加工钢筋）一般情况下不能焊接，如必须焊接， 应先焊后拉。 冷拉只能提高钢材的抗拉强度
2.预应力混凝土构件中的预应力钢筋应选用钢绞线、钢丝；中 小型构件或竖、横向预应力钢筋，也可选用精轧螺纹钢筋。
注意： 上述“钢筋”系指普通钢筋和预应力钢筋的统称， “普通钢筋”指钢筋混凝土构件中钢筋和预应力混凝土构件中 的非预应力钢筋。
2.6 混凝土的强度等级
《规范》根据强度范围，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。
非标准试块强度换算系数： 200mm×200mm×200mm:1.05； 100mm×100mm×100mm:0.95。
2.7 混凝土的强度(Strength of concrete)
1、立方体抗压强度（强度等级）（ Strength Grade ） 混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度(Compressive
有明显屈服点钢筋的应力-应变关系 一般可采用双线性的理想弹塑性关系
fy
s Ese e e y
Es
1
s fy
e ey
ey
¸¸¸¸¸¸¸(N/mm2)
Ö àÀ
HPB235 ¼¶ ¸Ö ½î
HRB335 ¼¶ ¸Ö ½î ¡¢ HRB400 ¼¶ ¸Ö ½î ¡¢ RRB400 ¼¶ ¸Ö ½î ¡¢ È ´¦ íÀ ¸Ö ½î
f
0 c
c1c2
fc0u
棱柱体强度 与立方体强 度之比值
脆性影响 系数
c1 和 c2 值
混凝土 强度
≤
C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80
等级 C40
c1 0.76 0.76 0.76 0.77 0.78 0.79 0.80 0.81 0.82
c2 1.00 0.984 0.968 0.951 0.935 0.919 0.903 0.887 0.87
s
µ¯ ÐÔ ±ä ÐÎ ee
e
²Ð Óà ±ä ÐÎ er
① 比例极限，应力和应变成比例，卸 荷后应变恢复为零，
② 弹性极限，超过比例极限后应变增
长速度比应力增长速度略快，但卸 s
荷后应变仍能恢复为零，
③ 上屈服点（其值不够稳定），
④ 下屈服点（其值稳定），对有明显
屈服点的钢筋，下屈服点的应力值
其中， 8.2mm仅适用有纵肋的热处理钢筋。
钢筋的选用
普通钢筋：宜用HRB400和HRB335钢筋 可用HPB235、RRB400和冷加工钢筋
预应力筋：宜用钢铰线、钢丝 可用热处理钢筋和强度较高的冷加工钢筋
公路桥涵应按下列规定采用：
1.钢筋混凝土及预应力混凝土构件中的普通钢筋宜选用热轧 R235、HRB335、HRB400及KL400钢筋，预应力混凝土构件 中的箍筋应选用其中的带肋钢筋；按构造要求配置的钢筋网可 采用冷轧带肋钢筋。
Strength)。因此抗压强度是混凝土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(Degree of humidity)]养护(curing)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(lubricant)）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度(Cube
fc (0.79 ~ 0.81) fcu
立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的 受力状态，只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平 和品质的标准（制作、测试方便）。
2、轴心抗压强度Axial Compressive Strength
b b
f f ck cu,k
1.0 0.5
0 1 2 345
150
3
2
ft0

0.395
f 0.55 cu c 2
1
fcu
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
轴心受拉强度与立方体强度间的换算关系
由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉 试验测定混凝土的抗拉强度(Splitting Strength )
P
压
a
拉
压
hb
h
轴心抗压强度采用棱柱体试件(Prism sample)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。棱柱体试件
高宽比一般为h/b=3~4，国家标准《普通混凝土力学性能试验 方法》规定采用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：
柔性钢筋和劲性钢筋 (1)劲性钢筋：由各种型钢或型钢与钢筋焊成骨架，施工 时模板及混凝土的重量由钢筋本身承担。 (2)柔性钢筋：由钢筋经绑扎或焊接成钢筋网及空间骨架， 便于固定在模板中浇注混凝土。
2.2 钢筋的力学性能
1 钢筋的应力-应变关系 Stress-Strain Relation (1) 有明显屈服点的钢筋（软钢）
Strength)，用符号C表示。 C30：fcu,k=30N/mm2
Why do vertical cracks occur under vertical compressive force?