钢筋的物理力学性能
钢筋的品种和级别
钢筋的品种和级别钢筋的物理力学性能主要取决于它的化学成分，铁元素为其主要成分，此外还包含有少量的碳、锰、硅、磷、硫等元素，混泥土结构中使用的钢材按化学成分可以分为碳素钢和普通低合金钢。
碳素钢含碳量小于1.35%为碳素钢，除铁、碳和锰、硅、磷、硫限量以内的杂质外，不含其他合金元素的钢。
碳素钢的性能主要取决于含碳量。
含碳量增加，钢的强度（物质抵抗破坏的能力）、硬度（固体材料对外界物体压陷、刻划等作用的局部抵抗能力，是衡量材料软硬程度的一个指标）升高，塑性、韧性（表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。
韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。
韧性可在材料科学及冶金学上，韧性是指当承受应力时对折断的抵抗，其定义为材料在破裂前所能吸收的能量与体积的比值）和可焊性降低。
与其他钢类相比，碳素钢使用最早，成本低，性能范围宽，用量最大。
按照含碳量（重量百分比）划分：低碳钢（含碳量<0.25%）、中碳钢（含碳量0.25%~0.6%）、高碳钢（0.6%~1.4%）。
钢筋中碳的含量增加，强度就随之提高，但塑性和可焊性降低。
普通低合金钢在钢材中加入少量合金元素（如锰、硅、钒、钛，多数情况下其总量W不超过3%）即制成普通合金钢。
这种钢的强度比较高，综合性能比较好，并具有耐腐蚀、耐磨、耐低温以及较好的切削性能、焊接性能等。
根据所加入元素不同进行分类：锰系（20MnSi、25MnSi）、硅钛系（45Si2MnTi）、硅钒系（40Si2MnV、45SiMnV）。
钢系名称中前面的数字代表平均含碳量（以1/10000计），元素下标数字表示表示该元素含量百分比。
合金元素多数是金属元素，如铜、锡、铅、铝、锰、铬、钼、镍及稀有金属等。
少数是非金属元素，如碳、硅、磷等。
合金元素指的是在炼金属的时候为达到某几种性能有目的地加入一定量一种或多种的金属或非金属元素。
稀有金属稀有金属，通常指在自然界中含量较少或分布稀散的金属，它们难于从原料中提取，在工业上制备和应用较晚。
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
第1章 钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能
第一篇钢筋混凝土结构第1章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能1.1 钢筋混凝土结构的基本概念钢筋混凝土结构是由配置受力的普通钢筋或钢筋骨架的混凝土制成的结构。
混凝土（砼）是一种人造石料，其抗压能力很高，而抗拉能力很弱。
采用素混凝土制成的构件（指无筋或不配置受力钢筋的混凝土构件），例如素混凝土梁，当它承受竖向荷载作用时[图1-1a）]，在梁的垂直截面（正截面）上受到弯矩作用，截面中和轴以上受压，以下受拉。
当荷载达到某一数值F c时，梁截面的受拉边缘混凝土的拉应变达到极限拉应变，即出现竖向弯曲裂缝，这时，裂缝处截面的受拉区混凝土退出工作，该截面处受压高度减小，即使荷载不增加，竖向弯曲裂缝也会急速向上发展，导致梁骤然断裂[图1-1b）]。
这种破坏是很突然的。
也就是说，当荷载达到F c的瞬间，梁立即发生破坏。
F c为素混凝土梁受拉区出现裂缝的荷载，一般称为素混凝土梁的抗裂荷载，也是素混凝土梁的破坏荷载。
由此可见，素混凝土梁的承载能力是由混凝土的抗拉强度控制的，而受压混凝土的抗压强度远未被充分利用。
在制造混凝土梁时，倘若在梁的受拉区配置适量的纵向受力钢筋，就构成钢筋混凝土梁。
试验表明，和素混凝土梁有相同截面尺寸的钢筋混凝土梁承受竖向荷载作用时，荷载略大于F c时的受拉区混凝土仍会出现裂缝。
在出现裂缝的截面处，受拉区混凝土虽退出工作，但配置在受拉区的钢筋将可承担几乎全部的拉力。
这时，钢筋混凝土梁不会像素混凝土梁那样立即裂断，而能继续承受荷载作用[图1-1c）]，直至受拉钢筋的应力达到屈服强度，继而截面受压区的混凝土也被压碎，梁才破坏。
因此，混凝土的抗压强度和钢筋的抗拉强度都能得到充分的利用，钢筋混凝土梁的承载能力可较素混凝土梁提高很多。
图1－1 素混凝土梁和钢筋混凝土梁a)受竖向力作用的混凝土梁b)素混凝土梁的断裂c)钢筋混凝土梁的开裂混凝土的抗压强度高，常用于受压构件。
若在构件中配置钢筋来构成钢筋混凝土受压构件，试验表明，和素混凝土受压构件截面尺寸及长细比相同的钢筋混凝土受压构件，不仅承载能力大为提高，而且受力性能得到改善（图1-2）。
钢筋验收标准与施工注意事项
钢筋验收标准与施工注意事项钢筋是建筑施工中重要的构件，它承担着承重和抗压的重要任务。
在施工过程中，钢筋的质量和合格与否，直接关系到建筑物的稳定性和安全性。
因此，对钢筋的验收标准和施工注意事项必须严格把控。
本文将探讨钢筋验收标准以及施工中需注意的内容。
一、钢筋验收标准在进行钢筋验收前，首先要了解国家相关的标准。
我国有钢筋产品的验收及其检验标准，包括GB1499、GB/T6003和YB/T4001等，这些标准规定了钢筋的物理性能、化学成分、尺寸等要求。
1.物理性能钢筋的物理性能是指它的力学性能，主要包括抗拉强度、屈服强度、断裂伸长率等。
验收时，可以参照标准要求对钢筋的力学性能进行测试，并与标准规定的数值进行对比。
合格的钢筋应具有足够的强度和韧性，以保证建筑物在承载荷载时不发生严重的变形或破坏。
2.化学成分钢筋的化学成分会直接影响其力学性能和耐久性。
验收时，需要进行成分分析，特别是对C、S、P、Mn等元素进行检测。
同时，还需检查钢筋表面的覆盖层，以确保不会产生锈蚀等问题。
3.几何尺寸验收时，几何尺寸是另一个重要的验收指标。
包括钢筋的直径、长度、弯曲度等方面。
这些尺寸应满足国家标准的要求，并确保符合设计图纸的要求。
二、施工注意事项1.储存与运输在施工前，钢筋必须储存和运输得当，以免造成钢筋表面损坏、锈蚀或变形。
钢筋应当放在平整的地面上，并防止其与水、水泥、灰尘等有害物质接触。
2.钢筋绑扎钢筋在施工中的绑扎非常重要，它能够保证钢筋之间的连接牢固，避免出现空隙。
绑扎时，需要注意钢筋的位置和间距，避免钢筋过于密集或松散。
正确的绑扎方法可以参考相关标准和技术要求。
3.钢筋纵向连接在施工过程中，长钢筋需要通过纵向连接来形成所需的长度。
连接方式有多种，如焊接和机械连接等。
无论采用何种方式，都需要保证连接牢固可靠，以免发生断裂或滑移。
4.钢筋加工与弯曲在需要进行钢筋加工和弯曲时，应选择适当的机械设备，并遵循相应的工艺规程。
钢筋和混凝土的物理力学性能
相同。
a
3
轴心抗压强度fc
fc<fcu
棱柱体抗压强度平均值与立方体抗压强度平均值之间存在线性 关系，比值大概在0.7~0.92之间。
规范规定：轴心抗压强度标准值fck与立方体抗压强度标准值fcu,k 之间的关系如下式：
fck0.88c1 f c2 c,uk
c1
棱柱体强度与立方体强度之比，C50以下取0.76，C80取0.82,中 间按线性插值。
➢加载速度较快时，fc有所提高，曲线比较陡。
➢加载速度缓慢时，fc略有降低，曲线（尤其是下降段）平缓， ε0和εcu
增大。
a
14
（4）砼的弹性模量和变形模量
σ
匀质弹性材料
α 0
σ
混凝土
0
E tg
ε
E ?
ε
σ
变形量Ec’
混凝土应力应变曲线上任一点对应 的应力和应变之比，也称“割线模量”
0'
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。
混凝土强度变异系数。
a
6
二、复合应力状态下的混凝土强度
在钢筋混凝土结构中，混凝土一 般处于复合应力状态。
双向应力状态：
σ1
σ2
σ2
σ1
当双向受压时，一向的抗压强度随另一向应力的增加而增加。
当一向受拉、一向受压时，混凝土的抗压强度随另一向拉应力的增 加而降低。
Ec'
c c
tg0'
随着应力增加而减小
ε
a
15
弹性模量Ec
混凝土应力与相应的弹性应 变之比，也称“原点切线模量”
Ec
c ce
若无边长为150mm的立方体试件，也可用边长为100mm或200mm的 试件代替，但测得的强度应乘以相应的换算系数：
002第一章钢筋混凝土材料的物理力学性能
200×200 ×400 换算系数 1.05
试
块
•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，取fc=0.67fcu
•对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150,
h=300），有fc’=0.79fcu
采用与立方体试件相同制作条件、尺寸为150×150×300mm
或者150×150×450mm棱柱体试件测得的抗压强度作为混凝
土的轴心抗压强度标准值，用符号 f c k
表示，混凝土的轴心抗压强度标准值按下式计算：
fck0.881 f 2 cu,k
（2.2.1）
式中 1 —棱柱强度与立方强度之比，对C50及以下取 1
15；当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于 Ｃ20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载 的构件，混凝土强度等级不得低于Ｃ20。预应力混凝土 结构的混凝土强度等级不应低于Ｃ30；当采用钢丝、钢 绞线、热处理钢筋作为预应力钢筋时，混凝土强度等级 不宜低于Ｃ40。
2 混凝土轴心抗压强度
对结构构件的不利影响：当构件受到约束时，混凝 土的收缩就会使构件中产生收缩应力，收缩应力过大， 就会使构件产生裂缝，以致影响结构的正常使用；在预 应力混凝土构件中混凝土收缩将引起钢筋预应力值损失， 等等。
小 结：
1. 混凝土的强度指标； 2. 混凝土的变形；
结束！ 谢谢大家！
n26 1(0fcu5)0当 ,n2时， n2取
c fc
c
fc
110c
n
o
0
0 0 .0 0 0 .5 2 fc u 5 1 0 50
高等钢筋混凝土结构讲义-1.钢筋的物理力学性能
f0.2 =（0.8~0.9）fb
热轧钢筋有明显流幅称为软钢以屈服强度作为设计依据消除应力钢丝钢绞线精轧螺纹钢无明显流幅称为硬钢热处理钢筋冷轧带肋钢筋冷轧扭钢筋钢筋的分类hrb40020mnsiv20mnsinb20mnti级带肋kl400k20mnsi新iii级变形注钢筋名称前面的数字表示平均含碳量万分之数按钢材含碳量多少分为低碳钢含碳量25中碳钢2660高碳钢60土建结构用钢低中碳钢r235q235i级光圆hrb33520mnsi级iiiii热轧钢筋直径大于6mm000000000000热轧钢筋的符号说明生产工艺hotrolled表面形状plain钢筋barhpb235屈服强度hotrolledribbedbarhrb335桥梁工程中热轧钢筋的屈服强度材料分项系数12种类r235q235hrb33520mnsihrb40020mnsiv20mnsinb20mntirrb400k20mnsi符号fsd195280330330fsd195280330330热轧钢筋r建筑工程中热轧钢筋的屈服强度材料分项系数11种类hpb235q235hrb33520mnsihrb40020mnsiv20mnsinb20mntirrb400k20mnsi符号fyfy210300360360热轧钢筋210300360360r?钢筋的se曲线l0ppa00pas0lle钢筋的力学性能p点所对应的应力为比例极限而e点所对应的应力为弹性极限
固溶体
按溶质原子在溶剂晶格中的位置, 固溶体 可分为置换固溶体与间隙固溶体两种。
间隙固溶体
置换固溶体
固溶体的性能 无论置换固溶体，还是间隙固溶体，由于溶质原 子的存在都会使晶格发生畸变，使其性能不同于 原纯金属。
当溶质元素的含量极少时，固溶体的性能与溶剂金属基本相同。 随溶质含量的升高，固溶体的性能将发生明显改变，其一般情 况下，强度、硬度逐渐升高，而塑性、韧性有所下降，电阻率 升高，导电性逐渐下降等。 这种通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固 溶强化。 固溶强化是金属强化的一种重要形式。在溶质含量适当时， 可显著提高材料的强度和硬度，而塑性和韧性没有明显降低。
钢筋混凝土结构原理1材料的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 3 硬钢的应力—应变曲线
石家庄铁路职业技术学院
d ——极限抗拉强度 e ——极限应变
条件屈服强度： 取残余应变为0.2%所对应的应力作为无明显流幅钢筋
的强度限值，通常称为条件屈服强度。
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 4 钢筋的应力—应变简化模型
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 1 钢筋的种类及符号说明
预应力钢筋的屈服强度
种类
钢绞线
1×3 1×7
消除应力钢丝 热处理钢筋
光面螺旋肋
刻痕 40Si2Mn 48Si2Mn
45Si2Cr
石家庄铁路职业技术学院
符号
φS
φP φH φI
fptk 1860 1720 1570 1860 1720 1770 1670 1570 1570
fpy
f'py
1320
1220 390
1110
1320 390
1220
1250
1180 410
1110
1110 410
φHT
1470 1040 400
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 2 软钢的应力—应变曲线
石家强度 e ——极限应变 ob ——弹性阶段 bc ——屈服阶段 cd ——强化阶段 de ——破坏阶段
影响因素：
尺寸效应：尺寸越大，内部缺陷较多， 强度较低。 加载速度：加载速度越快，强度越低。
端部约束：涂润滑油 ，强度降低。
1.2 混凝土的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 1 立方体抗压强度
石家庄铁路职业技术学院
混凝土结构设计原理第2章混凝土结构材料的物理力学性能2
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
1）混凝土的双向（法向）受力强度
第一象限：双拉 第三象限：双压 第二、四象限：拉压 结论： 结论： 强度接近于单拉强度； 双拉强度接近于单拉强度 双拉强度接近于单拉强度； 双压强度比单压强度有很大 双压强度比单压强度有很大 提高（最多可提高27 27％ 提高（最多可提高27％）； 双向拉压异号应力使强度 双向拉压异号应力使强度 拉压 降低。 降低。
2.1 混凝土的物理力学性能
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
2）混凝土在剪应力和正应力共同作用下的复合强度 ）
混凝土的抗剪强度： 混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小，随压应力增大而增 应力增大而减小， 当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大；压应力继续 左右时，抗剪强度达到最大； 大；当压应力在 增大，由于内裂缝发展明显， 增大，由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力增大而减小 结论： 结论：剪＋压强度低于单压强度 剪应力使抗拉强度降低
A点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土的变形主要是弹 点以前，微裂缝没有明显发展， 性变形，应力-应变关系近似直线 应变关系近似直线。 性变形，应力 应变关系近似直线。A点应力随混凝土强 度的提高而增加，对普通强度混凝土σ (0.3～ 度的提高而增加，对普通强度混凝土 A约为 (0.3～ 0.4)fc， 对高强混凝土σA可达(0.5～0.7)fc。 对高强混凝土 可达(0.5～ (0.5 A点以后，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开始有所延伸 点以后，由于微裂缝处的应力集中， 发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力发展，产生部分塑性变形，应变增长开始加快，应力-应 变曲线逐渐偏离直线。 变曲线逐渐偏离直线。微裂缝的发展导致混凝土的横向 变形增加。但该阶段微裂缝的发展是稳定扩展的。 变形增加。但该阶段微裂缝的发展是稳定扩展的。
钢筋的物理力学性能
4）钢筋保护层厚度
5）横向钢筋的作用
6）支座的影响，横向压力的作用
7）与浇注位置有关
精选课件
12
钢筋的锚固与搭接
1、保证粘结的措施：
❖ 最小搭接长度与锚固长度；
❖ 最小间距与保护层厚度；
❖ 搭接接头范围内箍筋要加密；
❖ 钢筋端部要加弯钩;
❖ 分层浇注。
2、基本锚固长度
机械锚固可以减少锚固长度（0.7)
1、钢筋的品种与级别
❖ 按化学成分分：碳素钢与普通低合金钢
碳素钢：低碳钢、中碳钢、高碳钢
普通低合金钢：锰系、硅钒系、硅钛系、
硅锰系、硅铬系
❖ 含碳量与钢材性能的关系、加合金元素的作用
❖ 热轧钢筋与消除应力钢丝、刻痕钢丝、热处理钢筋等
热轧钢筋：HPB235-(H)RRB400等，有明
显的屈服点。
消除应力钢丝等无明显的屈服点。
❖ 钢筋的冷加工：冷拉、冷拔
冷拉冷拔对钢材性能的改变及其作用
冷拉与冷拔的区别
❖ 劲性钢筋
精选课件
1
型钢混精凝选课土件骨架
2
变形钢 筋的各 种形式
商品钢筋 月牙钢筋截面
冷扎扭
精选课件
冷拔 螺旋
3
2、钢筋的强度与变形
精选课件
4
主要知识点：
流幅的概念、流幅与变形性能； 屈服强度与极限强度、钢筋的强化； 无明显屈服点、名义（条件）屈服点； 衡量钢筋力学性能的指标：强度与变形； 变形性能的指标：伸长率与冷弯性能
伸长率与冷弯性能3钢筋的应力应变关系二折线无明显屈服点理想模型有明显屈服点三折线有明显屈服点4钢筋的疲劳疲劳强度与影响因素5混凝土对钢筋性能的要求钢筋的强度钢筋的塑性钢筋的塑性钢筋的可焊性钢筋的耐火性钢筋与混凝土的粘结力混凝土与钢筋的粘结1粘结的意义粘结是混凝土与钢筋共同工作的基础
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
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。
钢筋的物理力学性能
1.2 钢筋的强度与变形 ◆ 有明显屈服点的钢筋
sfufy源自b aa’ c d
e
a´为比例极限
f 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 e为极限抗拉强度 fu
ef为颈缩阶段
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。屈服上限与加载速度有 关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。
延伸率d5=25、16、14、10%，直径8~40。
钢丝，中强钢丝的强度为800~1200MPa，高强钢丝、钢绞线 的为 1470 ~1860MPa；延伸率d10=6%，d100=3.5~4%；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。
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
残余应变为0.2%所对应的应力
《规范》取s0.2 =0.85 fu
混凝土设计与施工
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。
d5
or
10
l
l0 l0
s
屈 强 比：反映钢筋的强度储备，
fy/fu=0.6~0.7。
弹性变形ee
e
残余变形er
◆无明显屈服点的钢筋
fu
s0.2
a
0.2%
a点：比例极限，约为0.65fu a点前：应力-应变关系为线弹性
第二章-钢筋混凝土材料的物理力学性能
2.2 混凝土的物理力学性能
第2章 材料的物理力学性能
2.2 混凝土的物理力学性能
第2章 材料的物理力学性能
的抗拉强度，不提高抗压强度，且塑性下降。 冷拔，经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅，可同时提
高 钢冷材加的工抗钢拉筋和主抗要压用强于度对，延塑性性要降求低不很高多的。板类构件，或作为
非受力构造钢筋。由于冷加工钢筋的性能受母材和冷加工 工艺的影响，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010） 中未列入冷加工钢筋，工程应用时可按相关的冷加工钢筋 技术标准执行。
光面钢筋 人字纹钢筋
螺纹钢筋
月牙纹钢筋
2.1 钢筋的物理力学性能
第2章 材料的物理力学性能
钢丝是由热轧钢筋经冷拔而成，根据原材料不同又分为：
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 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：若干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
新《规范》采用 钢筋最大拉力下 的总伸长率（均 匀伸长率）来表 示钢筋的变形能 力。
gt
l (
l0 l0
b
Es
) 100%
2.1 钢筋的物理力学性能
第2章 材料的物理力学性能
（2）冷弯性能： =90°,180 °,反复弯曲要求：冷 弯过程中无裂缝、鳞落或断裂。 D越小，弯过的角度越大，冷弯 性能越好，反复次数愈高，要求 愈高。
2.2 混凝土的物理力学性能
第2章 材料的物理力学性能
2.2 混凝土的物理力学性能
第2章 材料的物理力学性能
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
环来表示，如图1-13，从原点0加载到A点的1/4循环 中，除产生弹性应变外，还产生塑性应变。则总应 变 为：
（1-14） 式中： ——塑性应变。
如果从A点卸载到C点，然后反向加载到B点， 之后卸载到D点，重新加拉伸载荷到A点，则形成 一个完整的滞后环。在一个循环中，应力变化为
，应变变化为 。 （1-15）
钢筋在屈服段经历了较大的塑性变形后，进入 强化段（H），应力再次稳步增大，直至极限强度 点B。此后，应变继续增大，而拉力明显减小，试
件的一处截面逐渐减小，出现颈缩现象。最终，试 件在颈缩段的中间拉断（F）。颈缩段应力—应变曲 线（BF）下降是按钢筋原截面积计算的结果，若将 拉力除以当时颈缩段的最小截面积，则得持续上升 段。拉断后试件的伸长变形除以试件原长称为极限 延伸率。
（1-6）
另一个修正公式（双曲线）为：
（1-7） 2、钢筋应力—应变曲线的数学描述 对于软钢，其应力—应变曲线有明显的屈服台 阶，通常其计算模型有以下几种： （1）理想弹塑性模型认为钢筋材料在屈服以前 为线弹性，一旦屈服则为理想塑性状态，应力不再 增加（图1-6），因此，其应力—应变关系为两个在 屈服点处相连的直线方程。一般结构破坏时钢筋的 应变尚未进入强化段，此模型适用。 （2）弹性—强化模型为二折线，屈服后的应力
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光圆钢筋：胶着力+摩阻力 变形钢筋：胶着力+摩阻力+机械咬合力 机械咬合力在变形钢筋中起主要作用
拔出实验方法
影响粘结强度的因素
1）混凝土强度 与混凝土强度成正比关系 2）钢筋的表面形状 变形钢筋有更好的粘结强度 3）多根钢筋时与净距有关 4）钢筋保护层厚度
5）横向钢筋的作用
6）支座的影响，横向压力的作用 7）与浇注位置有关
钢筋的锚固与搭接
1、保证粘结的措施： 最小搭接长度与锚固长度； 最小间距与保护层厚度； 搭接接头范围内箍筋要加密； 钢筋端部要加弯钩; 分层浇注。 2、基本锚固长度 机械锚固可以减少锚固长度（0.7) fy la d ft 3、钢筋的搭接
钢筋的物理力学性能
1、钢筋的品种与级别 按化学成分分：碳素钢与普通低合金钢 碳素钢：低碳钢、中碳钢、高碳钢 普通低合金钢：锰系、硅钒系、硅钛系、 硅锰系、硅铬系 含碳量与钢材性能的关系、加合金元素的作用 热轧钢筋与消除应力钢丝、刻痕钢丝、热处理钢筋等 热轧钢筋：HPB235-(H)RRB400等，有明 显的屈服点。 消除应力钢丝等无明显的屈服点。 钢筋的冷加工：冷拉、冷拔 冷拉冷拔对钢材性能的改变及其作用 冷拉与冷拔的区别 劲性钢筋
ll la
型钢混凝土骨架
变形钢 筋的各 种形式
冷拔 螺旋 商品钢筋
冷扎扭
月牙钢筋截面
2、钢筋的强度与变形
主要知识点：
流幅的概念、流幅与变形性能； 屈服强度与极限强度、钢筋的强化； 无明显屈服点、名义（条件）屈服点； 衡量钢筋力学性能的指标：强度与变形； 变形性能的指标：伸长率与冷弯性能
3、钢筋的应力-应变关系
二折线 （无明显屈服点）
理想模型 （有明显屈服点） 三折线
（有明显屈服点）
4、钢筋的疲劳 疲劳强度与影响因素 5、混凝土对钢筋性能的要求
钢筋的强度 钢筋的塑性 钢筋的可焊性 钢筋的耐火性 钢筋与混凝土的粘结力
混凝土与钢筋的粘结 1、粘结的意义
粘结是混凝土与钢筋共同工作的基础。 粘结力的实质是剪应力。 粘结应力影响构件的刚度、变形与裂缝。 锚固粘结应力与局部粘结应力。