钢筋的力学性能.
钢筋的力学性能试验
4.14 钢筋的力学性能试验1、试验目的：测定钢筋力学性能参数，评定钢材质量。
2、仪器设备：万能试验机、直尺、标距仪3、试样制备：从待测的钢盘盘条上任取三盘，每盘去掉端头500mm后各截取两段长度为350-600mm长的试样，一段用作拉伸试验，另一段用于测定镦头强度。
Q235盘条和冷拨丝只进行拉伸试验，取样方法与钢筋相同。
然后在标距仪上标距打点。
Q235盘条及冷拨丝用5mm进行标距，Φ7.1、Φ9.0 、Φ10.7PC钢筋用8倍进行标距。
4、试验步骤（1）分别测量三条试样的外径并记录。
（2）检查万能机的油路系统是否适当，测算试验吨位，检查码铊及夹具是否一致，开动并调整万能机。
（3）将试样安装于夹头正中，注意试样是否垂直，钢筋在夹头的长度是否一致，试样被夹紧后，向试样连续均匀而无冲击地施加荷载，应力增加速度应小于10Mpa/s。
（4）当试样达到屈服点可借助试验机测力盘的指针来确定，当测力盘的指针停止转动的恒定负荷或第一次回转的最小负荷即为所求屈服点负荷P S。
对无明显屈服现象的材料，必须用其它方法测定屈服强度。
（5）向试样连续施加负荷直至拉断，由测力盘上读出最大负荷P b。
5、试验结果计算（1）屈服点：δs =P s/F0×1000（Mpa）（2）抗拉强度：δb= Pb/F0×1000（Mpa）（3）伸长率：L 1－Lδ=————×100%LL0：试样原标距长度（mm）L1：试样拉断后标距长度（mm）F0：试样公称面积（mm2）RB150-Φ7.1、Φ9.0 、Φ10.7分别为40、64、90mm2，Q235Φ6.5为33mm2，冷拨钢丝按实测面积计算。
钢筋与混凝土的力学性能
图3.12 钢筋拔出试验中粘结应力分布图
3.3.3 保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施
3.3.3.1 纵向受拉钢筋的基本锚固长度
规范根据拔出试验给出受拉钢筋的基本锚固长度
为
la
fy d ft
其中，锚固钢筋的外形系数按表3.1取值。
普通钢筋、预应力钢筋的强度标准值见附表2、 附表3。
2. 在进行钢筋混凝土结构构件承载力设计计算时，
钢筋强度设计值等于钢筋强度标准值除以钢筋 材料分项系数γs，按不同钢筋种类，分别取 γs=1.10~1.20
钢筋的强度设计值见附表4、附表5。
3.1.2 钢筋的种类
我国《混凝土结构设计规范》中推荐的钢筋由 碳素结构钢和普通低合金钢制成。我国常用的钢筋 品种有以下几类（见图3.6）：
3.2.2 混凝土的变形
混凝土变形有两类：一类是荷载作用下的受力 变形，包括一次短期加荷时的变形、多次重复加荷 时的变形和长期荷载作用下的变形；另一类是体积 变形，包括收缩、膨胀和温度变形。
3.2.2.1 混凝土的弹性模量
1. 混凝土在一次短期加荷时的应力－应变关系可
通过对混凝土棱柱体的受压或受拉试验测定。 混凝土受压时典型的应力－应变曲线如图3.7所
3 钢筋与混凝土的力学性能
本章提要
本章主要论述了混凝土的力学性能（混凝土的 立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度； 混凝土的变形和混凝土的选用）和钢筋的力学性能。 重点讨论了钢筋与混凝土之间的相互作用——粘结 力。它们是学习混凝土结构设计原理和构造要求的 基础。
本章内容
3.1 钢筋 3.2 混凝土 3.3 钢筋与混凝土的相互作用
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
钢筋力学性能测试及数据解读
钢筋力学性能测试及数据解读钢筋是建筑工程中常用的一种材料，它具有良好的力学性能，能够有效地增强混凝土的强度和抗拉能力。
为确保结构的安全性和可靠性，钢筋的力学性能测试是不可或缺的环节。
本文将介绍钢筋力学性能测试的基本原理和方法，并对测试数据进行解读。
一、钢筋力学性能测试的原理与方法1.拉力测试拉力测试是衡量钢筋的抗拉能力和断裂强度的重要指标。
该测试依靠拉伸试验机施加的拉力，对钢筋进行强度评估。
测试过程中，选取适当长度的钢筋样品并将其两端夹紧，在试验机上施加逐渐增大的拉力，直至样品断裂。
通过测定样品的变形和断裂强度，可以得出钢筋的抗拉强度、断裂伸长率等指标。
2.弯曲测试弯曲测试用于评估钢筋的抗弯性能。
测试时，将钢筋样品固定在适当的支撑装置上，然后施加逐渐增大的弯曲力矩，直至样品发生塑性变形或断裂。
通过记录样品的弯曲变形、断裂强度等数据，可以判断钢筋的抗弯刚度和强度。
3.冲击测试冲击测试用于评估钢筋的抗冲击性能，尤其是低温环境下的性能表现。
测试时，将钢筋样品置于低温槽中，使其达到所需的测试温度，然后通过冲击试验机施加冲击力，记录冲击引起的位移和变形。
通过分析冲击试验曲线和能量吸收能力，可以评估钢筋在低温环境下的抗冲击性能。
二、钢筋力学性能数据的解读1.抗拉强度抗拉强度是钢筋所能承受的最大拉力，是衡量钢筋强度的重要指标。
通常以标称强度和屈服强度来评估钢筋的抗拉性能。
标称强度是指钢筋的理论极限强度，通过拉力测试可以得到。
屈服强度是在拉伸过程中，钢筋开始发生可观的非弹性变形时的拉力值，通过测定拉伸试验曲线上的屈服点或0.2%偏移点来确定。
2.断裂伸长率断裂伸长率是衡量钢筋在拉伸过程中塑性变形能力的指标，它反映了钢筋的延展性。
一般情况下，断裂伸长率越高，表示钢筋具有更好的延性。
通常通过拉伸试验时样品断裂处的延长长度与原始长度之比来计算。
3.抗弯刚度和强度抗弯刚度和强度是钢筋在受弯曲力矩作用下的抵抗能力。
弯曲试验可以得出钢筋的抗弯能力，并通过测定试验曲线上的抗弯刚度和弯曲断裂点来评估。
钢筋的力学性能
．钢筋的应力—应变曲线和力学性能指标钢筋混凝土及预应力混凝土结构中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋(一般称为软钢)和无明显屈服点的钢筋(一般称为硬钢)。
有明显屈服点的钢筋的应力-应变曲线如图11-30所示。
图中，a点以前应力与应变按比例增加，其关系符合虎克定律，这时如卸去荷载，应变将恢复到0，即无残余变形，a点对应的应力称为比例极限；过ad 点后，应变较应力增长为快；到达b点后，应变急剧增加，而应力基本上不变，应力—应变曲线呈现水平段cd，钢筋产生相当大的塑性变形，此阶段称为屈服阶段。
b、c两点分别称为上屈服点和下屈服点。
由于上屈服点b为开始进入屈服阶段的应力，呈不稳定状态，而下屈服点c比较稳定，因此，将下屈服点c的应力称为“屈服强度”。
当钢筋屈服塑流到一定程度，即到达图中的d点，cd段称为屈服台阶，过d点后，应力应变关系又形成上升曲线，但曲线趋平，其最高点为e，de段称为钢筋的“强化阶段”，相应于e点的应力称为钢筋的极限强度，过e点后，钢筋薄弱断面显著缩小，产生“颈缩”现象(图11-31)，此时变形迅速增加，应力随之下降，直至到达f点时，钢筋被拉断。
钢筋的力学性能指标有4个，即屈服强度、极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能(1)屈服强度如上所述，对于软钢，取下屈服点c的应力作为屈服强度。
对无明显屈服点的硬钢，设计上通常取残余应变为0．2％时所对应的应力作为假想的屈服点，称为条件屈服强度，用σ0．2来表示。
对钢丝和热处理钢筋的0．2，规范统一取0．8倍极限抗拉强度。
(2)极限抗拉强度对于软钢，取应力-应变曲线中的最高点e为极限抗拉强度；对于硬钢，规范规定，将应力—应变曲线的最高点作为强度标准值的依据。
(3)伸长率伸长率是衡量钢筋塑性性能的一个指称，用δ表示。
δ为钢筋试件拉断后的残余应变，其值为：式中 l1——钢筋试件受力前的量测标距长度；12——试件经拉断并重新拼合后的量测得到的标距长度。
应变量测标距按规定有l1=5d(d为试件直径)、10d，和按固定长度100mm三种，相应的伸长率分别为δ5、δ10、δ100，标距越短，平均残余应变越大，因此，一般δ5>δ10>δ100。
第二章钢筋和混凝土的力学性能
第二章钢筋和混凝土的力学性能主要内容：2.1 钢筋的力学性能2.2 混凝土的力学性能2.3 钢筋与混凝土之间的粘结作用重难点：钢筋的种类及力学指标；混凝土的力学指标及力学性能；钢筋与混凝土共同工作的原理2.1 钢筋的力学性能一、钢筋的品种 (Reinforcement types)表面形状：光圆钢筋、带肋钢筋化学成份：碳素钢（低碳钢）普通低合金钢供货方式：直条式（d≥10mm）——6、9、12m盘圆式生产工艺和强度：热轧钢筋、中高强钢丝、钢绞线、冷加工钢筋。
普通混凝土结构中采用较多的是热轧钢筋。
力学性能不同：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）1、热轧钢筋（Hot Rolled Steel Reinforcing Bar）HPB300级、HRB335级、HRB400级、HRB500级屈服强度 fyk（标准值）HPB300： fyk = 300 N/mm2HRB400： fyk = 400 N/mm2HPB300钢筋(Ⅰ级)多为光面钢筋，多作为现浇楼板的受力钢筋和各种构件中的箍筋。
HRB335 (Ⅱ级) 、HRB400(RRB400)(Ⅲ级) 强度较高，为表面带肋的钢筋，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋。
2、钢丝 (Wire)：中强钢丝的强度为800~1200MPa，高强钢丝、钢绞线的强度为 1470 ~1860MPa；钢丝的直径3~9mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径9.5~15.2 mm。
中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。
3、冷加工钢筋 Cold working rebar：是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。
冷加工的目的是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。
4、热处理钢筋 Heat treatment ：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。
钢筋力学性能
钢筋力学性能钢筋是建筑工程中使用最为普遍的一种材料，它的力学性能决定了其应用范围的丰富性。
因此，了解钢筋力学性能的相关知识，对于设计者来说非常重要。
钢筋的力学性能是其力学性能的主要组成部分，包括屈服强度、抗弯强度、断裂强度和延伸率等。
屈服强度是钢筋在抗弯应力下受力到不能继续抗拉或抗压时的应力大小。
一般来说，混凝土结构构件在抗弯应力下的钢筋屈服强度通常为260MPa或以上。
抗弯强度是指钢筋受抗弯应力或裂缝开启载荷时的最大抗弯应力强度，一般情况下设计中抗弯强度不应低于屈服强度的1.1倍，也就是约286MPa，如果设计抗弯强度比屈服强度小，则可能影响构件的抗弯性能。
断裂强度是指钢筋受力时的最大抗拉应力强度，一般情况下实际应用中断裂强度不低于640MPa，高于屈服强度2.5倍以上。
延伸率是指钢筋断裂强度和屈服强度之间的比率，一般情况下实际应用中延伸率不低于15%，表明钢筋的抗拉强度很高。
除此之外，还有其他一些钢筋的力学性能，如抗冷弯强度、硬度、抗腐蚀性能等，它们也是钢筋力学性能评价的重要数据之一。
钢筋在经过高温轧制、拉伸机加工、漆包线缠绕等其他过程之后，其力学性能也会有所变化，为了保持钢筋的良好性能，可以对其进行规范化处理，如表面防护、表面涂漆、表面处理、去污清洁等，以确保钢筋的正常使用。
钢筋的力学性能有许多影响因素，如原料的材质、生产工艺、表面处理以及成型过程中的温度等，都会影响钢筋的力学性能。
因此，在生产和使用钢筋时，一定要了解其力学性能，并进行科学合理的把握，确保钢筋正常使用，避免构件由于材料不合格而出现破坏。
总之，钢筋的力学性能是影响钢筋的使用性能的重要因素，任何使用者都必须了解学习钢筋的力学性能，以确保钢筋的正常使用，提供有效力学保障，保障钢筋的力学安全和稳定性。
钢筋力学性能试验
下屈服强度的测定： 下屈服强度Rel可以从力-延伸曲线上测得，定义为不计初始瞬时效应时 屈服阶段中最小力值对应的应力。
上下屈服强度的判定原则如下: a)屈服前的第一个峰值应力（第一个极大值应力）判为上屈服强度，不管其
Lo———试样原标 距长度（mm）
1
2
断后伸长率的计算公 式：伸长率（A）是 试样在拉断后，其标 距部分所增加的长度 与原标距长度的百分 比：
3
4
式中 A——— 伸 长率（％）
5
6
Lu———试样拉断 后标距长度（mm）
钢筋延断
屈服﹙1﹚
σ s=Fs/S0
R e H=FSU/S0 R e L=F s L/S0
间隔
04
强度值大于1000Mpa 10Mpa
间隔
05
伸长率
间隔0.5％
热轧光圆钢筋试验结果评定
01
屈服强度 、抗拉强度、 伸长 率均符和相应标准规定的指标。
02
复验与判定应符合GB/T2101 规定。作拉力试验的2根试件 中，如有一根试件的屈服点 、 抗拉强度、 伸长率三个指标中 有一个指标不符合规定标准时， 即为拉伸性能不合格。取双倍 数量复检；在第二次拉力试验 中，如仍有一个指标不符合规 定，不论这个指标在第一次试 验中是否合格，拉伸性能试验 项目判定不合格，即该批钢筋 为不合格。
钢筋力学性能
djust the spacing to adapt to Chinese typesetting
试验方法
检测依据 及评定标准
检测依据：
金属材料拉伸试验 方法 GB/T228.1-2010
钢材的主要性能
一、钢材的主要性能钢材的力学性能：有明显流幅的钢筋，塑形好、延伸率大。
技术指标：屈服强度、延伸率、强屈比、冷弯性能。
力学性能是最重要的使用性能，包括抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳性等。
工艺性能包括冷弯性能和可焊性。
（1）抗拉性能：抗拉性能钢材最重要的力学性能。
屈服强度是结构设计中钢材强度的取值依据。
抗拉强度与屈服强度之比（强屈比）σb／σs，是评价钢材使用可靠性的一个参数。
对于有抗震要求的结构用钢筋，实测抗拉强度与实测屈服强度之比不小于1.25；实测屈服响度与理论屈服强度之比不大于1.3；强屈比愈大，钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大，安全性越高；但强屈比太大，钢材强度利用率偏低，浪费材料。
钢材受力破坏前可以经受永久变形的性能，称为塑性，它是钢材的一个重要指标。
钢材的塑性指标通常用伸长率表示。
伸长率随钢筋强度的增加而降低。
冷弯也是考核钢筋塑性的基本指标。
（2）冲击韧性，是指钢材抵抗冲击荷载的能力，在负温下使用的结构，应当选用脆性临界温度较使用温度为低的钢材。
（3）耐疲劳性：钢材在应力远低于其屈服强度的情况下突然发生脆断破裂的现象，称为疲劳破坏。
危害极大，钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。
二、钢筋的工艺性能1、钢材的性能主要有哪些内容钢材的主要性能包括力学性能和工艺性能。
力学性能是钢材最重要的使用性能，包括抗拉性能、塑性、韧性及硬度等。
工艺性能是钢材在各加工过程中表现出的性能，包括冷弯性能和可焊性。
(1)抗拉性能。
表示钢材抗拉性能的指标有屈服强度、抗拉强度、屈强比、伸长率、断面收缩率。
屈服是指钢材试样在拉伸过程中，负荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象。
发生屈服现象时的最小应力，称为屈服点或屈服极限，在结构设计时，一般以屈服强度作为设计依据。
抗拉强度是指试样拉伸时，在拉断前所承受的最大荷载与试样原横截面面积之比。
钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。
钢筋力学性能---2
刻痕钢丝
D—公称直径 A — 3 股钢绞线量测尺寸 钢绞线
螺旋肋钢丝
常用钢筋形式
变形钢筋
1. 热轧钢筋 将碳素钢和普通低合金钢在高温下轧制而成。 分为： 1、HPB235(R235)：（光圆）235指该种钢筋的屈服强度标准值。
fyk=235M/mm2；（建筑结构已不适用、桥梁结构为箍筋）
5、 HRB500(普通热轧带肋钢筋) ：fyk=500N/mm2；建筑结构推广使
用的受力筋，桥梁结构使用很少
符号表示 R235（HPB235）－ ，d = 8~20mm， HRB335－ ,d = 6~50mm HRB400－ , d = 6~50mm RRB400－ R , d = 8~40mm HRB500－ , d = 6~50mm
按直径分 ：钢丝（d<6mm)、钢筋（ d≥ 6mm） 按表面形状分 ：光圆钢筋（I级钢和光圆钢丝）、 变形钢筋（≥II级） 按加工方法分 ：热轧钢筋 、热处理钢筋、冷加工 钢筋（冷轧、冷拉、冷拔） 按力学特性分 ：软钢、硬钢 按组成形式分：单根钢筋（丝）、钢绞线
二. 钢筋的品种
4、硬钢－ 曲线的数学模型
四.钢筋的冷加工和热处理
冷加工方法：冷拉、冷拔、冷轧和冷轧扭 钢筋冷加工后的力学性能变化：强度提高、塑性 降低 钢筋的冷加工均以热轧钢筋为母材。
冷拉
B
K ’ K Z 无时效 Z’
冷拔
经时效
残余变形 冷拉伸长率
经过冷拔后钢筋没有明 显的屈服点和流幅
特性：只提高抗拉强度，不提高抗 压强度，强度提高，塑性下降
3、伸长率、冷弯性能要求 伸长率：
钢筋的主要力学性能
ll la
式中，ζ为受拉钢筋搭接长度修正系数， 它与同一连接区内搭接钢筋的截面面积有关， 详见第5章内容。
按生产工艺分类
三种钢筋的生产工艺不同，见P22
（二）钢筋的级别 1、热轧钢筋：由普通（低碳）碳素钢、低合 金钢轧制而成——软钢
常用热轧钢筋的级别、符号、钢种和形状
级别 Ⅰ Ⅱ 代号 HPB235 HRB335 符号 钢种 Q235 20MnSi 20MnSiV, 20MnSi Nb, 20MnTi K20MnSi 形状 光面 变形
三、影响粘结强度的因素 平均粘结应力
N dl
式中：N为钢筋的拉力，d为钢筋的直径，l为粘结 长度。
影响粘结强度的主要因素：
（1）混凝土强度等级：粘结强度与混凝土的抗拉强 度 ft 大致成比例。 （2）保护层厚度及钢筋净间距： 越大，粘结强度 越高。 （3）横向钢筋（箍筋）及侧向压应力：可以限制裂 缝的发展、提高粘结强度。 （4）浇筑混凝土处钢筋所处的位置。
二、粘结力的组成 （1）钢筋和混凝土接触面上的化学吸附作用力—— 化学胶结力（水泥对钢筋表面氧化层渗透较小） （2）混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力——摩阻 力 （3）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬 合作用力——机械咬合力
光圆钢筋粘结力主要来自胶结力和摩阻力。 变形钢筋粘结力主要来自机械咬合力。
Ý ý ß Ö ¿ Â Ð À ¸ Ë
¼ 2-1 ³ Ó ¸ ½ Ð Ê Í £ Ã Ö î Î ½
二、钢筋的强度和变形（通过拉伸试验获得的应力应 变曲线来说明） 应力——应变曲线分两类： 有明显的流幅：热轧钢筋（软钢） 无明显的流幅：高碳钢（硬钢）（预应力钢丝、钢 绞线、热处理钢筋） 设计强度取值依据： 有明显流幅钢筋，取其屈服点强度作为设计取值依 据。 无明显流幅钢筋，取 0.85 b （极限抗拉强度）作为 条件屈服点。
钢筋的基本力学性能
4
一点应力σs 的应变为
ε s = σ s / Es 0≤σs≤σe
εs
=
σs Es
+
e
P
σ σ
s P
−σ e −σe
•单向单调荷载下，钢筋受拉应力－应变关系等同于其受压应力－应变关 系；
• 对于(c)类全曲线型，曲线的形状与钢筋的强度、化学成分以及试验条 件有关，最全面的反映了钢筋的所有力学性能；
3
• 在结构设计中，一般钢筋混凝土结构破坏时钢筋的应变不大于 1%（在 《混凝土结构设计规范》中规定：当受弯构件混凝土达到其极限压应变
5
一、有明显屈服点的钢筋 钢筋在拉力重复加卸载作用下的应力－应变曲线如图所示，在钢筋的屈服
点之前加卸载无残余应变，且加载与卸载路径相重合。 钢筋进入屈服段后，卸载曲线基本上与弹性段的直线相平行，卸载至零应
力时，存在残余应变，残余应变的大小与卸载时的应变有关，随之增长而增 长。再加载时，再加载曲线也基本上与弹性阶段的直线平行（试验中，在卸 载和再加载中，存在微小的滞回部分，表示在这一过程中存在着不可恢复的 能量耗散）。
拉压反复循环加载的钢筋应力－应变曲线
骨架部分应力－应力曲线的连接
二、反复循环荷载作用下钢筋应力－应变关系的数学描述 反复循环加载下钢筋力学性能的数学描述应包括骨架曲线和滞回曲线，其
中滞回曲线包括卸载曲线和体现 Bauschinger 效应的软化段构成。 尽管与实际的试验曲线有差异，仍假定：但无论是正向或反向都近似认为
钢筋的力学性能
根据钢筋的力学性能建筑钢筋分两类。
一类为有明显流幅的钢筋；另一类为没有流幅的钢筋。
有明显流幅的钢筋含碳量少，塑性好，延伸率大。
无明显流幅的钢筋含碳量多，强度高，延伸率小，没有屈服台阶脆性破坏。
钢筋的主要成分为铁、还有少量的碳、锰、硅、钒、钛及一些有害元素如磷、硫等。
刚材的强度随含碳量的增加而增加，但其塑性性能及可焊性随之降低。
锰、硅、钒、钛等少量合金元素可是钢材的强度、塑性等综合性能提高高碳钢，它没有明显的屈服台阶，塑性变形小，延伸率亦小，但极限强度高。
钢筋的伸长率：除强度指标外，钢筋还应具有一定的塑性变形能力。
反映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。
所谓伸长率即钢筋拉断后的伸长值与原长的比率。
伸长率越大的钢筋塑性越好，即拉伸前有足够的伸长，使构件的破坏有预兆；反之构件的破坏具有突发性而呈现脆性。
钢筋的冷弯性能：为了使钢筋在加工成型时不发生断裂，要求钢筋具有一定的冷弯性能。
冷弯是将直径为d的钢筋绕某一规定直径为D的钢辊进行弯曲，在达到规定的冷弯角度（180）时钢筋不发生裂纹、鳞落或断裂，就表示合格。
钢筋分类：我国建筑工程中采用的钢筋，按化学成分可分为碳素钢和普通低合金钢两大类，含碳量小于0.25%的碳素钢称为低碳钢或软钢，含碳量为0.6%～1.4%的碳素钢称为高碳钢或硬钢。
级别及品种：我国建筑工程中采用的钢筋，国产普通钢筋有以下4级：①热轧光面235级②热轧带肋335级③HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi):热轧带肋400级④RRB400(K20MnSi):余热处理钢筋400级（用HRB335(20MnSi) 穿水热处理而成）。
钢筋的力学性能主要包括
钢筋的力学性能主要包括引言钢筋是一种广泛应用于建筑和基础设施工程中的重要材料。
它具有优异的力学性能，能够承受巨大的拉力和抗压能力。
本文将重点介绍钢筋的力学性能，包括钢筋的强度、韧性、延性和疲劳寿命等方面。
钢筋的强度钢筋的强度是指钢筋能够承受的最大力量。
钢筋的强度与其钢材的性质有关，一般可以分为屈服强度和抗拉强度两种。
屈服强度是指钢筋开始产生塑性变形时所能承受的最大应力，而抗拉强度是指钢筋在拉伸过程中能够承受的最大应力。
钢筋的强度决定了它在结构中所能发挥的作用，对工程安全和可靠性有着重要的影响。
钢筋的韧性韧性是指材料在受到外力作用时能够产生的塑性变形能力。
钢筋具有良好的韧性，这意味着在受力作用下能够发生较大的形变而不会立即断裂。
钢筋的韧性使其能够吸收能量，增加结构的抗震性能，从而提高工程的安全性。
钢筋的延性延性是指材料在受到外力作用下能够发生较大的塑性变形而不断裂的性能。
钢筋具有良好的延性，这意味着当结构遭受较大荷载时，钢筋能够发生较大的变形，从而吸收能量，减少结构的应力集中，提高结构的抗震能力。
钢筋的疲劳寿命疲劳寿命是指材料在长期交替载荷作用下能够承受的循环次数。
钢筋在建筑结构中常常受到重复的荷载作用，例如地震、风力等。
钢筋的疲劳寿命是衡量其在长期使用过程中的耐久性能指标之一。
通过合理的设计和材料选择，可以提高钢筋的疲劳寿命，从而延长结构的使用寿命。
结论钢筋作为一种重要的建筑材料，具有优异的力学性能。
本文介绍了钢筋的强度、韧性、延性和疲劳寿命等方面的性能。
钢筋的强度决定了其在结构中的作用，韧性和延性使得钢筋能够吸收能量，提高结构的抗震性能。
通过合理的设计和材料选择，可以延长钢筋的使用寿命，提高工程的安全性和可靠性。
第一章钢筋的物理力学性能
s=Ess
y
s fs,u fy
s=Ess
y
s,h s θ′
s,h s,u s
（3）双斜线模型
s fs,u
fy
θ′′
s=Ess
y
s,u
s
s Ess s y s fy (s y )tg tg fsu fy
应力的循环特征可用下列参数表示： （1）应力幅 或应力范围 。
（2）平均应力 或应力比 。
（3）加载频率 ，单位为Hz。 上式中的 和 分别为循环最大应力和循环 最小应力。 钢筋在弹性范围循环加载，应力与应变呈线性 关系。当循环加载超出弹性范围，材料的应力—应 变行为不再保持简单的线性关系，可以用循环滞后
钢筋外形与尺寸 变形钢筋的作用—增加与混凝土的摩
擦力。 要求： 表面变形距离不得超过名义直径0.7倍
；高度不得小于名义直径0.04-0.05倍；变 形部分至少要环绕名义周长的75%、与钢 筋轴线不小于45º。
名义尺寸： 每延米相同重量的光面钢筋尺寸。
2、硬钢的基本力学性能 硬钢通常没有明显的屈服台阶，为了便于应用 通常取残余变形的0.1%处应力作为弹性极限强度， 取残余变形的0.2%处的应力作为钢筋的条件屈服强 度（图1-4）。硬钢的抗拉 强度比软钢大得多，但延 伸率（伸长率）却小得多， 一般呈脆性破坏。
精品资料简化曲线精品资料钢筋应力应变曲线的数学模型1双直线模型完全弹塑性模型2三折线模型完全弹塑性加硬化模型?s?s?ses?s?y?shfy?s?s?ses?s?y?shfyfsu?sussssysyysshef?????????????ssssysyysshsysshshssus001efftgtge?????????????????????????????精品资料钢筋应力应变曲线的数学模型1双直线模型完全弹塑性模型2三折线模型完全弹塑性加硬化模型?s?s?ses?s?y?shfy?s?s?ses?s?y?shfyfsu?sussssysyysshef?????????????ssssysyysshsysshshssus001efftgtge?????????????????????????????精品资料?s?s?ses?s?y?sufyfsu3双斜线模型ssssysysyyssusuysuyeftgfftg????????????????????????????精品资料重复加载交变受力3
第3章钢筋力学性能
r s (%)
0.200 0.100 0.000
其他方面
●裂缝宽度计算（修改钢筋混凝土裂缝宽度计算公式，钢 筋 应力按荷载准永久组合弯矩计算）；
●锚固长度
基本锚固长度 lab 锚固长度
fy ft d
la alab
原规范规定：当混凝土的强度等级高 于C40时，按C40取值 ； 修订后改为：当混凝土的强度等级高 于C60时，按C60取值
●钢筋断后伸长率
l l0 100% l0
只能反映钢筋断口颈缩区域残余变形的大小；不同标距长 度l0得到的结果不一致；忽略了钢筋的弹性变形，不能反 映钢筋受力时的总体变形能力；容易产生人为误差。 ●最大力下的总伸长率（均匀伸长率）gt （Agt）
s sb
0 残余变形e r 最大力下总伸长率(%)
e
弹性变形e e
L L0 s b gt ( ) 100% L0 Es
钢筋和混凝土材料的力学性能
（3）冷弯性能
钢筋弯曲试验是检验钢筋在弯折加工时或在使用时 不致脆断的一种试验方法。伸长率不能反应钢筋这一脆
性性能。 在常温下将钢筋绕规定的直 径D弯曲α角度而不出现裂纹、 鳞落或断裂现象,即认为钢筋的 弯曲性能符合要求。 通常D值愈小,而α值愈大,则其 弯曲性能愈好。
F
6～22
6～50
300
335
420
455
F R
6～50
400
540
F
6～50
500
630
钢筋的强度设计值和伸长率
表2 普通钢筋强度设计值（N/mm2） 牌号 抗拉强度设计值 f 2.热轧钢筋强度设计值 HPB300 HRB335、HRBF335 HRB400、HRBF400、 RRB400 HRB500、HRBF500 270 300 360 415（抗剪计算360）
钢筋的力学性能及其意义
2.钢筋在最大力下的总伸长率δgt 不小于2.5%。 3. a)钢筋实测抗拉强度与实测 屈服点之比不小于1.25； b)钢筋实测屈服点与上表规 定的最小屈服点之比不大于 1.30。
力学性能(抗拉性，延性，耐疲劳性， 冲击韧性)
意义：钢筋和混凝土在建筑工程中已经成 了不可分割的孪生兄弟。从材料的物理力 学性能来分析，钢筋具有较强的抗拉、抗 压强度。钢筋混凝土构件是作为一个整体 承受着外力,同时，由于混凝土的抗拉强度 很低，故只考虑混凝土所承受的受压应力， 而拉应力则全部由钢筋来承担。对于受力 构件截面设计来讲，受拉的钢筋离受压区 越远，其单位面积的钢筋所能承受的外部 弯矩也越大，这样钢筋发挥效率也就越高 。
钢筋的力学性能及其意义
钢筋的定义：配置在钢筋混凝土及 预应力钢筋混凝土构件中的钢条或 钢丝的总称 。 分类：热轧钢筋（直径6~40mm） 冷加工钢筋 中.高强钢丝和钢绞线
力学性能
分类：Ⅰ级钢筋；(HPB235)符号： Ⅰ级钢筋； Ⅱ级钢筋；(HRB335) 级钢筋； Ⅲ级钢筋 ; (HRB400) Ⅳ级钢筋 (HRB500) Ⅴ级钢筋 (RRB400)
屈服点：又称为屈服强度，在钢筋混 凝土结构设计中所用的钢筋标准强度 就是以钢筋屈服点为取值依据的。 抗拉强度：指钢筋抵抗拉力破坏作用 的最大能力。
伸长率：亦称延伸率，是指钢筋受拉 力作用至断裂时被拉长的那部分长度 与原长度的百分比，一般用“6”表示。 它是一个衡量钢筋塑性的指标，它的 数值越大，表示钢筋的塑性越好。 冷弯：是将钢筋试样在规定直径的弯 心上弯到90度或180度，然后检查试样 有无裂缝、鳞落、断裂等现象。它是 检验钢筋原材料质量和钢筋焊接接头 质量的重要项目之一。
一 钢筋的物理力学性能讲解
一钢筋的物理力学性能钢筋混凝土及预应力混凝土结构中，所用钢筋的物理力学性能主要是在静力、反复和重复荷载下的强度和弹塑性变形性能，弹塑性性能一般用延伸率和冷弯性能来表示。
目前的发展趋向是尽量采用高强度的钢筋，以减轻结构的重量。
如：美国钢筋混凝土规范允许采用屈f)为56kg／mm2作为钢筋混凝土结构中钢筋的设计强度。
预应力混凝土结构中，服强度(y采用热处理钢筋以及碳素钢丝，钢绞线的强度分别达到160kg／mm2和180kg／mrn2。
提高钢筋强度的同时，要注意钢筋的塑性性能，避免钢筋脆断。
预应力混凝土中的应力松弛、应力腐蚀等问题受广泛重视。
国内外学者对钢筋的延性、承受反复作用力和重复荷载下的疲劳性能也进行了研究。
此外，温度，特别是低温对钢筋的物理力学性能的影响，我国也进行了一定的研究。
1.1 钢筋的类型和应力应变曲线1 钢筋的类型混凝土及预应力混凝土结构中采用的钢筋有碳素钢和低合金钢。
碳素钢分为低碳钢(含碳量少于0.25%)和高碳钢(含碳量在0.6％～1.4％)。
含有锰、硅、钒、钛等合金元素的低合金钢(含有少量合金元素)。
加入少量合金元素能显著地提高钢筋的综合性能和强度。
锰系的合金元素如16Mn，25MnSi等，硅钒系的低合金钢如15SiV，35Si2V等，硅钛系的低合金钢如16SiTi，35Si2Ti等，另外还有锰硅钒系的如45MnSiV，65MnSiV等。
国外多采用硅-锰系低合金钢，欧洲、美国、日本常加铬、钒，苏联则加入铌、钛、锆。
混凝土结构设计规范(GB50010-2002)选用的钢筋，是按照现行国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499、《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》GB13013、《钢筋混凝土用余热处理钢筋》GB13014和《预应力混凝土用钢丝》GB/T5223选用。
热轧钢筋根据强度等级分为I至Ⅳ级如表1-1所示。
除I级钢筋(3号钢)为光面外。
其余均为螺纹钢筋。
采用月牙形变形钢筋。
钢丝除碳素钢丝、刻痕钢丝外，还有用低碳钢(0号、2号、3号、4号不等)的钢筋经数道冷拔成的冷拔低碳钢丝。
钢筋力学性能检测标准
钢筋力学性能检测标准钢筋是混凝土结构中的重要材料，其质量直接关系到工程的安全性和稳定性。
为了确保钢筋的质量和性能符合要求，需要进行力学性能检测。
钢筋力学性能检测标准是保证钢筋质量的重要手段，下面将对钢筋力学性能检测标准进行详细介绍。
首先，钢筋的力学性能包括抗拉强度、屈服强度、伸长率、弯曲性能等指标。
抗拉强度是钢筋在拉伸状态下抵抗破坏的能力，屈服强度是钢筋在拉伸过程中出现塑性变形的能力，伸长率是钢筋在拉伸过程中的延伸程度，弯曲性能是钢筋在受弯矩作用下的抵抗能力。
这些性能指标直接影响着钢筋在工程中的使用效果，因此需要进行严格的检测。
其次，钢筋力学性能检测标准主要包括国家标准、行业标准和企业标准。
国家标准是由国家有关部门制定并颁布的，具有强制性和统一性。
行业标准是由相关行业协会或组织制定的，适用于特定行业领域。
企业标准是由企业根据自身生产实际制定的，适用于企业内部使用。
这些标准的制定和执行，可以有效保障钢筋的质量和性能。
再次，钢筋力学性能检测标准的内容包括检测方法、检测设备、检测要求等方面。
检测方法是指对钢筋力学性能进行检测的具体操作步骤和技术要求，包括拉伸试验、弯曲试验、冲击试验等。
检测设备是指进行检测所需的设备和仪器，包括拉力试验机、万能材料试验机、冲击试验机等。
检测要求是指对钢筋力学性能的具体指标和数值要求，包括抗拉强度不低于多少、屈服强度不低于多少、伸长率不低于多少等。
最后，钢筋力学性能检测标准的执行和监督是保证其有效性和可靠性的重要环节。
执行和监督部门应当对钢筋力学性能检测进行严格的监督和管理，确保检测结果的准确性和可靠性。
同时，相关部门和企业也应当加强对钢筋力学性能检测的重视，提高检测人员的技术水平和仪器设备的精度，保证检测工作的质量和效果。
综上所述，钢筋力学性能检测标准是保证钢筋质量和性能的重要手段，对于工程建设和安全具有重要意义。
只有严格执行相关标准，加强检测工作的管理和监督，才能有效保障钢筋的质量和性能，确保工程的安全和稳定。
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一、钢筋的低温性能
由于我国地震区分布广、 南北温差大, 北方温度可在零下 40 摄氏度以下,因此北方地震区应使用具有良好抗低温脆性的钢 筋。目前, 我国不分温度差别对钢筋的影响, 一律使用同样牌 号的钢筋, 忽略了钢筋低温脆断的隐患。钢筋的焊接处是抗震 的薄弱环节, 应保证钢筋焊接接头也具有良好的抗震性能。 PS:钢筋冷加工处理后可以提高屈服强度，但是这是以 牺牲塑形，增加脆性为代价的，会使其焊接性能变差，对结 构不安全，所以要焊接后再冷拉。
一、钢筋的低温性能 1.1 引言：
为了解混凝土结构在低温下的工作性能 ,对其进行耐久性
评估、寿命预测以及相应的计算机仿真分析 , 钢筋在低 温下的力学性能是其中基础而关键的问题之一。 碳素钢或普通低合金钢筋都是以体心立方晶格的铁素体为 基本结构。这种金属中的原子，随着温度降低，热运动减
少，反映在力学性能方面，为强度增高、塑性或韧性降低，
一、钢筋的低温性能
PS: 高循环疲劳（ HCF，高周疲劳）。作用于零件、构件的应力 水平较低 ，破坏循环次数一般高于10^4的疲劳 ，弹簧、传 动轴等的疲劳属此类。 低循环疲劳（LCF，低周疲劳）。作用于零件、构件的应力 水平较高 ，破坏循环次数一般低于10^3～10^4的疲劳，如 压力容器、燃气轮机零件等的疲劳。
钢筋的力学性能
内容简介
钢筋的低温性能 钢筋的疲劳断裂 钢筋的应力腐蚀 钢筋的徐变与松弛
参考文献
一、钢筋的低温性能 1.1 引言：
地球上可以利用的土地和资源是有限的。人类为了争取更
大的生存空间 , 土木工程在将来必将向深海拓宽、向极 地进军、向太空迈进。极地和太空的一个共同特点就是环 境温度低。我国东北地区的最低温度纪录为 - 53.4 ℃, 南 极 地 区 的 最 低 温 度 记 录 为- 68.2 ℃, 而 月球最低温度为 - 183 ℃。在这种情况下 , 研究适用 于低温环境下的钢筋混凝土结构具有重要的意义。
一、钢筋的低温性能
1.4抗震钢筋的低温脆性：
目前钢材的低温性能研究主要针对结构钢材 , 如Q235钢， 16MnV 钢 ,15MnV 钢 ,16Mnq 钢和 14MnNbq钢等 , 且主要 集中在-60 ℃以上。研究表明 , 钢材的强度随温度的降低而升 高 , 塑性和韧性则随着温度的降低而降低 。对于国内工程中 常用的钢筋 , 尚缺乏这一方面的研究 , 且温度范围需进一步扩 大。为此 , 对三种钢筋 ( 热轧带肋钢筋 HRB335 、HRB400 和热轧细晶粒钢筋 HRBF500) 在-180 ～- 80 ℃环境下进行了 低温拉伸试验。旨在通过试验初步研究超低温下建筑钢筋的 力学性能 , 为进一步分析钢筋混凝土结构构件的低温受力性 能做准备。
称为时效。因时效而导致性能改变的程度称为时效敏感性。时效
敏感性愈大的钢筋，经过时效后其冲击韧性和塑形的降低显著。
一、钢筋的低温性能 1.3 钢筋的冷加工：
钢筋冷加工对力学性能有何影响？
冷加工对力学性能有这样的影响：提高屈服强度，抗压强 度也稍有增长，塑形和韧性降低。经冷加工处理的钢材， 不仅力学性能上有所改变，而且可调直和清除锈皮，同时 可取得明显的经济效益，当提高钢筋屈服强度20%-50%时， 可节约钢筋20%-30%。
一、钢筋的低温性能 1.2 钢筋的冲击韧性:
钢筋的冲击韧性与哪些因素有关？何谓冷脆临界温度和时效敏感
性？ 钢筋的冲击韧性与钢筋的化学成分，内部组织状态，以及冶炼、 轧制质量、加工有关。 冲击韧性随温度的降低而下降，其规律是开始时下降平缓，当达 到某一温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种现象称为钢筋 的冷脆性，这时的温度为脆性临界温度。 随时间延长而表现出强度提高、塑形和冲击韧性降低，这种现象
一、钢筋的低温性能
一般情况下, 发生地震时有纵波和横波, 纵波的破坏性不大, 造 成建筑物倒塌的是横波。地震波是交变的, 且振幅较大时的频 率为 1 Hz~ 3Hz, 持续时间多在一分钟以内。地震波使钢筋混 凝土开裂处的钢筋承受极大的交变载荷, 在水平方向产生很高 的循环应变, 其断裂过程与高应变低周疲劳行为极为相似。因 此用于抗震结构的钢筋应具有良好的高应变低周疲劳性能, 避 免在地震过程中发生断裂。 根据建筑结构钢在交变地震载荷下的失效模式及其特定 的服役条件, 一般公认的以高应变低周疲劳为主的结构材料的 相关抗震性能指标有:
度，而对塑形和韧性没有明显的影响。
一、钢筋的低温性能
磷：使钢筋的冷脆性显著增加，低温下的冲击韧性下降，
可焊性降低。 氧：降低韧性，促进时效倾向，降低可焊性。 氮：使钢筋的强度提高，塑形和韧性显著下降，加剧钢筋 的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。
钛：提高强度和改善韧性，减少时效倾向，改善可焊性。
钒：提高强度，减小时效敏感性。
脆性性能增加，这种称为金属的冷脆性或冷脆倾向。具有 冷脆倾向的材料，如材料具有初始缺陷或裂纹时，容易发 生低温脆断。
一、钢筋的低温性能 1.1.1 钢筋的化学成分：
影响钢筋性能的最主要的元素是碳，除碳பைடு நூலகம்，还有少量的
铁、硅、锰、磷、硫、氧、氮、钛、钒等元素，虽其含量 少，但对钢筋的性能影响很大。 碳：钢筋的抗拉强度随含碳量的增大而提高，碳还可以降 低钢筋的塑形，增加钢筋的冷脆性和时效敏感性；当含碳 量高于0.3%时，将显著降低钢筋的可焊性。 硅：当钢筋中硅的含量低于1.0%时，能显著提高钢筋的强
一、钢筋的低温性能
(1) 高应变低周疲劳 (2) 强度与塑性的配合; (3) 应变时效敏感性; (4) 低温脆性; (5) 可焊性。 由于钢筋在地震时主要承受高应变低周载荷的冲击, 因此要求 抗震钢筋首先应具有抗高应变低周疲劳的性能, 而良好的韧性 以及强韧性的配合是抗高应变低周疲劳的基础。应变时效敏 感性是衡量钢筋抗震性能的一个重要指标, 热轧钢筋应变后经 过一段时间的放置, 因时效作用导致钢筋性能发生变化, 强度 升高, 韧性降低, 随着韧性的降低其对地震能的吸收减少, 抗震 能力减弱, 因此希望钢筋具有较低的应变时效敏感性。