结构材料的力学性能

三、钢材的种类 及选用
钢筋按在结构
普通钢筋
中是否施加预
应力分类 钢丝（热处理 钢筋）
光面钢筋 钢筋按外形分类
带肋钢筋
三、钢材的种类及选用 1）普通钢筋 普通钢筋指用于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。 用于钢筋混凝土结构的热轧钢筋分为 HPB235、 HRB335、HRB400和RRB400四 个 级别。 《混凝土规范》规定，普通钢筋宜采用 HRB400级和HRB335级钢筋。
本章主要内容
建筑钢材√ 混凝土 钢筋与混凝土的粘结作用
大纲及要求
1．教学目的和要求：
（1）掌握钢筋和混凝土的强度指标及规范取值； （2）掌握混凝土的变形指标、钢筋和混凝土粘 结原理。
2． 教学内容：
（1）钢筋混凝土材料的一般概念； （2）钢筋的力学性能； （3）混凝土材料的组成及力学性能； （4）钢筋与混凝土的粘结性能。
绞线已可充分供应，故冷拉钢筋和冷拔低碳 钢丝已不再列入规范。
三、钢材的种类 及选用
1、混凝土结构对钢筋的要求
①应具有较高的强度和良好的塑性；
②便于加工和焊接；
③并应与混凝土之间具有足够的粘接力。
钢筋
热轧钢筋 冷拉钢筋 钢筋按加工 方法不同分类
热处理钢筋
冷轧钢筋（冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋） 冷拔低碳 消除应力钢丝 钢绞线
硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(钢丝、热 处理钢筋)
• 钢筋力学性能指标：
屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能。
1、钢材的强度：包括屈服强度与抗拉强度两项指标。
对于有明显屈服台阶的软钢取屈服强度 fy 作为
强度设计依据。同时，要求屈服强度与抗拉强度
的比值不大于0.8。 对于无明显屈服台阶的硬钢取条件屈服强度 0.2
3.1 建筑钢材
含碳量低于2％的铁碳合金称为钢； 含碳量高于2％的铁碳合金称为生铁。 钢经轧制或加工的钢筋、钢丝、钢绞线、 钢板及各种型钢，统称为钢材。
一、钢材的力学性能
钢筋的力学性能：强度、变形（弹性和塑
性变形）
单向拉伸试验是确定钢筋性能的主要手段 应力应变（－） 曲线可将钢材分为有明
HPB235级钢筋：光圆钢筋，公称直径范围为8～ 20mm，推荐直径为8、10、12、16、20mm。实际工 程中只用作板、基础和荷载不大的梁、柱的受力主筋、箍 筋以及其他构造钢筋。 HRB335级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围为6～ 50mm，推荐直径为6、8、10、12、16、20、25、32、 40和50mm。是混凝土结构的辅助钢筋，实际工程中也 主要用作结构构件中的受力主筋。
冷弯角度
冷弯性能
钢筋冷弯试验
冷弯性能合格是鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能 力和钢材质量的综合指标。
冷弯试验不仅能直接检验钢材的弯曲变形能力或塑性
性能，还能暴露钢材内部的冶金缺陷，如硫、磷偏析和硫 化物与氧化物的掺杂情况，这些都将降低钢材的冷弯性能。
国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》
GB1499-98对混凝土结构用钢筋的机械性
能作出规定： 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、冷弯性能 对于没有明显流幅的钢筋，其主要指标为： 抗拉强度、伸长率、冷弯性能
二、钢材的冷加工和热处理
冷加工的方法：冷拉、冷拔 冷加工的目的：改变钢材内部结构，提高
钢材强度，节约钢筋。但冷加工后会使钢筋 的塑性降低。
大纲及要求
3．教学重点与难点：
（1）重点： 钢筋的形式、品种和级别，钢筋的强度、变形和弹 性模量，钢筋的冷加工、弯钩和接头及钢筋混凝土 的粘结。 混凝土的强度—立方强度、等级，轴心抗压、抗拉、 弯曲抗压和疲劳强度； 混凝土的变形—混凝土在短期和长期荷载下的变形， 混凝土的弹性模量、徐变、收缩和膨胀； （2）难点：混凝土的强度、混凝土的疲劳强度、钢 筋的强度。
冷加工对钢材性能的影响：冷拉只能提高
钢筋的抗拉强度，而不能提高钢筋的抗压强 度；冷拔可同时提高钢筋的抗拉强度和抗压 强度。
二、钢材的冷加工和热处理
热处理是对某些特定型号的热轧钢 进行淬火和回火处理。钢筋热处理后 强度有很大提高而塑性降低不多。
钢筋冷拉
(N/mm2)
d' b
冷拉时效
钢筋冷拔
d
c' c
冷拉控制应力 冷拉无时效
a
o
残余 变形
o'
冷拉率

(b)
(a)
d1 d1
P
d2
d2
冷拉时，可采用冷拉控制应力和冷拉率控制。 冷拉后可提高钢材的抗拉强度，但其屈服
台阶变短。即冷拉可提高钢材的抗拉强度，
但不能提高钢筋的抗压强度。 冷拔时，可同时提高钢材的抗拉和抗压强度。
塑性降低很多。 目前我国强度高、性能好的钢筋及钢丝、钢
作为强度设计依据。
条件屈服极限 取相应于残余应变 = 0.2%时的应力 0.2作为 名义屈服点。常取 0.2=0.85 fsu。
2、钢筋的塑性：指钢材破坏前产生变形的能力。 伸长率：
l2 l1 100% l1 5 l1 5d 10 l1 10d
弯心直径
冷弯性能：
对于没有明显屈服点的 钢材，以残余变形为 0.2%时的应力作为名义 屈服点，其值约等于极限 强度85%。
注意：钢材在一次压缩或剪切所表现出来的应 力-应变变化规律基本上与一次拉伸试验时相似， 压缩时的各强度指标也取用拉伸时的数据，只是 剪切时的强度指标数值比拉伸时的小。
由力学性能不同分成：
软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、 冷拉钢筋)
显屈服点钢材与无明显屈服点钢材两类
一、钢材的力学性能
P
A
• 钢材拉伸试验 的标准试件
l
P A l l
P
低碳钢和低合金钢（含碳量和低碳钢相同）
一次拉伸时的应力-应变曲线见图。
把ƒy取为计算构件的强度标准，以ƒu作为材料的强度储备。
fu fy

b a a’ c dΒιβλιοθήκη Baidu
e f
a´为比例极限
HRB400级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围和推荐 直径同HRB335钢筋。是混凝土结构的主导钢筋，实际工

o
oa为弹性阶段 b为屈服上限 c为屈服下限，即屈服强度 fy cd为屈服台阶 de为强化阶段 e为极限抗拉强度 fu
ef为颈缩阶段
有明显屈服点的钢筋
(N/mm2) 0.2
e 2）无明显屈服点的钢 材 没有明显的屈服点和 屈服台阶钢材的应力-应 变曲线见图 o
0.2%

0.2－条件屈服强度