钢筋基础知识

二、钢筋的主要力学性能
1）钢筋的应力—应变曲线

D B’ E C
0.2
标距 (10d, 5d)
A
B

0.2%

有明显流幅的钢筋
无明显流幅的钢筋
问：（1）有明显流幅的钢筋受拉至破坏，分为几个阶段，特征值有 哪些？ （2）钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同吗？

D B’ E C
* 明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强度作为设
钢筋混凝土结构中 的钢筋
HRB400——公称直径d=6~50mm
KL400——公称直径d=8~40mm
屈服强度
2）钢筋的强度指标
极限强度 伸长率
3）钢筋的塑性指标
截面收缩率 冷弯性能
4）钢筋的弹性模量
钢筋的弹性模量比较稳定。 强度越高，弹性模量越小。
5）钢筋的冷作硬化 冷拉
K点的选择：应力控制和应变控制
*骨料：骨料越硬，收缩越小
*养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等
（2）收缩对混凝土结构的影响
As
As
s
As s
收缩： 钢筋受压， 混凝土受拉
0.4 钢筋与混凝土的粘结
一、粘结的作用
裂缝出现前的粘结作用
M1 M2=M1+M T2=T1+T M2=M1+M x P P

T1 M1
主要作用
三、影响粘结力的因素
钢筋表面形状 混凝土强度等级 浇筑混凝土时钢筋的位臵 保护层厚度和钢筋间距 横向钢筋及侧向压力 采用带肋钢筋 适宜的混凝土强度等级 光圆手拉钢筋的端部应做成弯钩 有足够的搭接长度 有足够的锚固长度
st
实际分布
理想 分布

裂缝出现后的粘结作用
P P
两种粘结作用
T
保证钢筋和混 凝土共同工作
锚固粘结
缝间粘结
改善钢筋混凝 土的耗能性能
二、 粘结力的组成
粘附力 光圆钢筋
有滑移时粘附力即消失
摩擦力
机械咬合力
（钢筋表面不 平、微锈时可 显著提高咬合 力）
钢筋受力较大时粘 结力主要由此二部 分组成
粘附力 变形钢筋 摩擦力 机械咬合力

25 20 15 10 作用是：峰 值应力后， 吸收试验机 (刚度大）的 变形能，测 出下降段 5
o
(MPa) c fc b a
0
2 4
6 8 10
d
(10-3)
问：哪条曲线表示混凝土强度等级高，
延性好？
2）重复荷载下混凝土的变形性能

包络线与一次性加载时 的应力-应变曲线相似
p e
计强度的依据，因为，钢筋屈服后会产生大的塑 性变形，钢筋混凝土构件会产生不可恢复的变形 和不可闭合的裂缝，以至不能使用
A
B
0.2
* 无明显流幅的钢筋：残余应变为0.2%时所对应
的应力作为条件屈服强度
0.2%

R235(Q235)——公称直径d=8~20mm HRB335——公称直径d=6~50mm

源自文库
对于由混凝土组成的桥涵结构，通常要求能承受 200万次（或以上）的循环荷载作用。破坏时的应 力称为混凝土的疲劳强度fp=0.5fcd。
3）长期荷载作用下混凝土的变形----徐变
(×10-3)
原因之一，胶凝体的 粘性流动
2.5 2.0
c<0.8fc，非线性徐变 c<0.5fc，线性徐变
原因之二，混凝土内 部微裂缝的不断发展
二、钢筋与混凝土共同工作机理：
钢筋和混凝土两种材料的物理力学性能不同，但可以结合在 一起共同工作，是因为： ⑴钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷载作用下，可 以保证两种材料协调变形，共同受力；
⑵钢筋与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数（钢材为 1.2×10-5/℃，混凝土为(1.0-1.5)×10-5// ℃ ），因此当温 度变化时，不致产生过大的变形差而破坏两者间的粘结力。 ⑶混凝土包裹在钢筋外围，可以防止钢筋锈蚀。

B
K’ K
Z’ 经时效 Z 无时效
温度的影响：温度达700º C时恢复 到冷拉前的状态，先焊后拉。

残余变形 冷拉伸长率
特性：只提高抗拉强度，不提高抗 压强度，强度提高，塑性下降。
问：（1）时效，单控与双控 （2）冷拉可以提高钢筋的强度？ （3）需要焊接的冷拉钢筋，是先焊接还是先冷拉？
冷拔
经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点 和流幅
（3）徐变对混凝土结构的影响
P P P拆去，钢筋受压混 凝土受拉，可能会 引起混凝土开裂 P
As
c1
As s1 As s2
s2
徐变： s， c
5）混凝土的收缩----空气中结硬体积缩小的现象；
问：水中结硬体积如何变化？
（1）影响收缩的因素：
*水泥品种：等级越高，收缩越大 *水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大
钢丝
刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力 钢绞线：六根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起 冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成
d＜6mm
热轧钢筋
冷拉钢筋
热处理钢筋
冷轧带肋钢筋
冷拔低碳钢筋
预应力混凝土用钢绞线
3）按表面形状
光圆钢筋 变形钢筋
4）钢筋的应用范围
非预应力钢筋：R235，HRB235，HRB335，HRB400，RRB400 预应力钢筋：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋，冷拉钢筋
钢筋混凝土结构的几个基本问题
为什么要用钢筋和混凝土搭配呢？
0.1 钢筋混凝土结构的基本概念
一、引入一般概念
P P
P
P
素混凝土梁承载 力小，破坏突然
钢筋混凝土梁承 载力大，变形性 能好，破坏有预 兆
钢筋
+
混凝土
钢筋混凝土结构（构件）
拉压拉性能均 好
抗压性能好
利用混凝土抗压，钢筋 受拉（亦可受压）---各尽其能，相得益彰
冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗 压强度
另外：热处理
不降低强度的前提下，消除 由淬火产生的内力，改善塑 性和韧性
对特定钢号的钢筋进行淬火和回火处理
强度提高， 塑性降低
钢筋混凝土构件的几个力学特点？ 抗压、抗拉、徐变、收缩-----------
0.3 混凝土的力学性能
一、混凝土强度
1）立方体抗压强度
摩擦力 承压板
•压力试件裂缝发
展扩张整个体系 解体，丧失承载力
造价一班 王玉林
试块
•另影响强度的因素
不涂润滑剂
强度大于
涂润滑剂
还有：龄期、加载速 率、试块尺寸等
我国规范的方法：不涂润滑剂
（1）定义：[(fcu，k), （2）尺寸效应
C,
Mpa]
标准试块：150mm×150mm ×150mm 非标准试块：100×100 ×100 换算系数 0.95 200×200 ×200 换算系数 1.05 （3）立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我 国规范混凝土的强度等级有：C15，C20，C25，C30，C35， C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80
100
150 500 150 100
（1）ft, Mpa （2）试验结果：ft=0.26fcu
2/3
（3）考虑到构件和试件的区别以及尺寸效应，加 荷速度等的影响，取ft=0.23fcu 2/3
另：劈裂试验
F F
d
d
2F f ts dl
F
F
fts
二、混凝土变形
1）混凝土在一次短期荷载作用下的变形
三、钢筋混凝土结构的优缺点：
优点 耐久性好 整体性好 可模性好 就地取材 现浇或装配 耐火性好
缺点： 自重大 易开裂 施工受季节性影响 耗木材 修补或拆除困难
随着科学技术的不断发展，正逐 渐被克服
钢筋有哪些类型？
0.2 钢筋的力学性能
一、钢材的分类
1）按化学成分
低碳钢（含碳量<0.25%） 碳素钢（铁、碳、硅、 锰、硫、磷等元素） 中碳钢（含碳量0.25~0.6%） 高碳钢（含碳量0.6~1.4%） 硅系 普通低合金钢（另加 硅、锰、钛、钒、铬 等） 硅钒系 硅钛系 硅锰系 硅铬系
2）按生产工艺和加工条件
钢筋 d＞6mm
热轧钢筋：热轧光面钢筋R235（HPB235），热轧带肋钢筋HRB335、 HRB400，余热处理钢筋KL400（RRB400） 冷拉钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成 热处理钢筋：将HRB400、RRB400钢筋通过加热、淬火、回火而成 碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成
P
1.5
e’ e’’ cr’
cr
1.0
0.5
e
0 5 10 15 20 25 30 35 (月)
（1）定义：荷载不变，应变随时间继续增长的现象。
问：以受压为主的混凝土构件是越来越短，还是越来越长？
（2）影响徐变的因素：
*应力 *加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大 *水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大 *骨料越硬，徐变越小
立方体抗 压强度
表示混凝土 Concrete
2）轴心抗压强度 （1）棱柱体或圆柱体
承压板
（2）fc, Mpa
试 块
（3）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以及尺 寸效应，取fc =0.7fcu
3）轴心抗拉强度