第1章 钢筋混凝土的力学性能1

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2 冷拔
材 料 性 能
将钢筋用强力拔过比其直径小的硬质合金拔丝模。钢筋受到纵向拉力和 横向压力的作用，内部结构发生变化，截面变小而长度拔长。经过几次 反复冷拔，钢筋强度比原来的有很大的提高，而塑性则显著降低，且没 有明显屈服点。冷拔可同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度。
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材 1.1.6 钢筋疲劳 料 性 1 疲劳定义：钢筋承受重复周期性动载作用，经过一定次数后，突然 能
改善梁、柱中受力情况，同时固定受力钢筋。
1
材 料 性 能
受力、架立和分布钢筋并不一定能绝对区别开来，即同一钢筋往 往可同时起上述两种以上的作用，此外，钢筋往往还有其它作用， 如，一般砼收缩及温度变化的应力能常就利用受力与分布钢筋来承 受，但有时也设专门的温度钢筋。
2
砼结构对钢筋质量要求
材 料 性 能
1.1.7 钢筋应力应变的数学模型
1 完全弹塑性双线型模型
材 料 性 能

fy
Es
y
sh

E s s (0 s y ) s f y ( y s sh )
双直线模型适用于流幅较长的低强度钢材
模型将钢筋的应 力－应变曲线简化为 图1－9（a）所示的 两段直线，不计屈服 强度的上限和由于应 变硬化而增加的应力
与砼粘结良好:保证共同工作。
3
1.1.2 钢筋品种、级别和分类
《砼结构设计规范》规定，用于钢筋混凝土结构的国产普通 钢筋可使用热轧钢筋。用于预应力砼结构的国产预应力钢筋可 使用预应力钢丝（消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝）、
材 料 性 能
钢绞线，也可使用热处理钢筋。
热轧钢筋 由低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成。按
三折线模型适用于流幅较短的软钢
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u

可以描述屈服后立即 发生应变硬化（应力强化） 的钢材，正确地估计高出 屈服应变后的应力。
3 弹塑性双斜线型模型

f 0 .2 Es
Es' f u f 0.2 u 0.2
材 料 性 能
0.2
u
(0 s 0.2 ) Es s s ' Es ( s 0.2 ) ( 0.2 s u )
钢筋的屈强比（屈服强度与极限强度之比）表示结构可靠性潜力。在抗震 结构中，考虑受拉钢筋可能进入强化阶段，要求其屈强比≤0.8，因而钢筋
极限强度是检验钢筋质量的另一强度指标。
（2）硬钢：极限强度 由于其条件屈服点不易测定，钢筋质量检验以极限强度作为主要强度指
标，并规定取条件屈服强度为极限强度0.8倍，即f0.2＝0.8fsu。
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知识点：按外形特点分类
材 料 性 能
螺纹钢筋
光面钢筋
人字纹钢筋
月牙纹钢筋
目前广泛使用的变形钢筋是纵肋与横肋不相交的月牙纹钢筋，与螺 纹钢筋相比，月牙纹钢筋避免了纵横肋相交处的应力集中现象，使钢
筋的疲劳强度和冷弯性能得到一定改善，而且还具有在轧制过程中不
易卡辊的优点；不足的是与螺纹钢筋相比，月牙纹钢筋与砼的粘结强 度略有降低。
P
9
2 钢筋应力－应变曲线
(N/mm2)
ft
流幅 极限强度
(N/mm2)
d
e
材 料 性 能
0.2
fy
比例极限
屈服强度
b c a
o
o
软钢

0.2% 硬钢

oa－弹性阶段,ac－流塑阶段,cd－强化阶段,de－颈缩阶段 a－比例极限,b－屈服强度,d－极限强度,0.2－条件屈服强度
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l1 5d l1 10d
冷弯性能——将直径为d的钢筋绕过直径 为D的弯芯弯曲到规定角度后无裂纹断裂 及起层现象为合格 D越小，弯转角越大，塑性越好。

l
D
D
HPB 235, D 1d , 1800 HRB 335, D 2d , 1800 HRB 400, D 3d , 900
等也不同程度地影响混凝土的强度。试件的大小和形状、试验方法和 加载速度也影响混凝土强度试验结果，各国对各种单向受力下的混凝
土强度都规定了统一的标准试验方法。
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1 混凝土立方体抗压强度的定义和强度等级
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1.1.7 钢筋应力应变的数学模型
2 完全弹塑性强化三线型模型
材 料 性 能

fy
Es
E 0.01Es
' s
y
sh
Es s (0 s y ) s fy ( y s sh ) f E ' ( ) ( ) s s sh sh s u y
fy b c a
d
冷拉未经时效
e

o
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1 冷拉
合理选择控制点，可使钢筋既保持一定的塑性又能提高强度，控制点
的应力称为冷拉控制应力，对应的应变称为冷拉控制应变或冷拉率。相应 的冷拉工艺有应力控制和应变控制两种。当采用应力控制时，冷拉控制应
材 料 性 能
力直接取强度标准值；当采用控制应变时，冷拉控制应力取强度标准值加
其强度由低到高分为HPB235（原Ⅰ级）、HRB335 （Ⅱ级） 、
HRB400 （Ⅲ级）和RRB400 （余热处理Ⅲ级，可作为三级钢筋使 用，但焊接受热回火可能降低强度且高强部分集中在钢筋表层，疲
劳性能、冷弯性能受到影响。）其余钢筋的制作工艺可参考相关资
料。 《规范》规定钢筋混凝土结构中的纵向受力钢筋宜优先采用
30N/mm2，并按应力确定相应的冷拉率。通常为了保证钢筋在强度提高的 同时又具有一定的塑性，冷拉时应同时控制应力和控制应变。 值得注意的是，时效硬化和温度有很大关系，温度过高（450摄氏度 以上）强度反而有所降低而塑性性能却有所增加，温度超过700摄氏度， 钢材会恢复到冷拉前的力学性能，不会发生时效硬化。焊接时产生的高温 会使钢筋软化，因此需焊接的钢筋应先焊好再进行冷拉；同时，冷拉只能 提高钢筋的抗拉强度而不能提高抗压强度。
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材 1.1.5 钢筋的冷拉和冷拔 料 性 钢筋的冷加工包括冷拉与冷拔。钢筋冷加工是将热轧钢筋或线材通过 能
冷加工工艺以改变材质、提高强度，达到节约材料目的。
1 冷拉
将钢筋拉伸至超过其屈服强度某一应力，后卸荷至零以提高钢 筋强度的方法。冷拉强化和时效硬化。屈服强度提高，塑性下降。
ft

冷拉经时效
脆性断裂现象。吊车梁、桥面板、轨枕等钢砼构件在正常使用时会 由于疲劳发生破坏。钢筋的疲劳强度与一次循环应力中最大和最小 应力的差值（应力幅度）有关，钢筋的疲劳强度是指在某一规定应 力幅度内经受一定次数循环荷载后发生疲劳破坏的最大应力值。 2 产生原因：一般认为是由于钢筋内部和外部的缺陷，容易引起应力 集中。应力过高，钢材晶体滑移，产生疲劳裂纹，应力重复作用次 数增加，裂纹扩展。 3 影响因素：疲劳强度主要与应力变化的幅值有关，其它有：最小应 力值的大小、钢筋外表面几何尺寸和形状、钢筋的直径、钢筋的强 度、钢筋的加工和使用环境以及加载的频率等。 由于承受重复性荷载的作用，钢筋的疲劳强度低于其在静荷载作用 下的极限强度。原状钢筋疲劳强度最低。埋置在砼中钢筋的疲劳断 17 裂通常发生在纯弯段内裂缝截面附近，疲劳强度稍高。
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1.1.3 钢ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的强度和变形
材 料 性 能
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)
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1.1.3 钢筋的强度和变形
1、 钢筋的变形指标
伸长率——钢筋拉断后的伸长值与原长的比值 伸长率越大，塑性越好。
材 料 性 能
P
5 l2 l1 100%, l1 10
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2 钢筋变形性能指标
（1）伸长率
为钢筋试件拉断后的伸长值与原长的比率。伸长率是衡量钢筋塑 性性能的一个指标，伸长率越大，塑性越好。塑性好的钢筋，拉断前
材 料 性 能
有明显的预兆，反之，则呈脆性特征。
（2）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材脆化的 倾向，为使钢筋在弯折加工时不易断裂和使用过程中不致脆断，应进 行冷弯试验，并保证满足规定的指标。冷弯试验的合格标准为在规定 弯心直径和冷弯角度下冷弯后的钢筋应无裂纹、鳞落或断裂现象。 注：屈服强度、极限强度、伸长率和冷弯性能是对软钢进行质量检 验的四项主要指标，而对无明显屈服点的钢筋，则只测后三项。
双斜线型模型适用于没有流幅的高强度钢筋或钢丝
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1.2.1 混凝土立方体抗压强度
材 料 性 能
虽然实际工程中的混凝土构件和结构一般处于复合应力状态，但
是单向受力状态下混凝土的强度是复合应力状态下强度的基础和重要
参数。 混凝土的强度与水泥强度等级、水灰比有很大关系，骨料的性质、
混凝土的级配、混凝土成型方法、硬化时的环境条件及混凝土的龄期
高温软化，要先焊好后再进行冷拉。钢筋经过冷拉和时效硬化，能提高屈服强
度、节约钢材，但冷拉后钢筋塑性有所降低。为了保证钢筋在强度提高的同 时又具有一定的塑性，冷拉时应该同时控制应力和控制应变。 冷拔钢筋是将钢筋用强力拔过比小直径硬质合金拔丝模，同时受到纵向拉力 和横向压力作用，截面变小而长度拔长。经过几次冷拔，钢丝的强度比原来 有很大提高，但塑性降低很多。冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，冷拔则可同 时提高抗拉及抗压强度。应用冷加工钢筋应参照相应的行业标准。
1.1
1.1.1 钢筋的性能
受力钢筋
钢
筋
材 料 性 能
主要承担拉力，也可加强砼的抗压能力. 保证受力钢筋的设计位置不因捣制砼而有所移动 将构件所受到的外力分布在较广的范围，以改 善在板中受力情况，同时固定受力钢筋。 梁截面高度较大时梁中构造钢筋