精美的教材《建筑构造及识图》

教材样张（节选）

项目2

钢筋和混凝土的力学性能

1.了解建筑用钢筋的品种和规格；

2.理解钢筋的选用规定，理解建筑用钢筋的力学性能及其影响因素，熟悉混凝土的强

度等级，理解混凝土的力学性能

3.掌握建筑用钢筋与混凝土的粘结影响因素。

2.1 钢筋的力学性能

2.1.1建筑用钢筋的力学性能

建筑用钢筋的力学性能是衡量钢材质量的重要指标，它包括强度、塑性、冷弯性能、冲击韧性。

1. 强度

①有明显屈服点的钢材

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-应变曲线如图2.1.5。

屈服点y是建筑钢材的一个重要力学特性。实际上，由于加载速度及试件状况等试验条件的不同，屈服开始时总是形成曲线的上下波动，波动最高点b称为上屈服点，最低点c称为下屈服点（用y表示）。应力达到y后在一个较大的应变范围内（约从=0.15%到=2.5%）应力不会继续增长，表示结构已丧失继续承担更大荷载的能力。

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曲线最高点应力为抗拉强度f u。到达f u后试件出现局部横向收缩变形，即“颈缩”，随后断裂。

由于到达f y后构件产生较大变形，故把它取为计算构件的强度标准；到达f u时构件开始断裂破坏，故以f u作为材料的强度储备。

②无明显屈服点的钢材

高强钢材（如热处理钢材）没有明显的屈服点和屈服台阶，应力-应变曲线形成一条连续曲线。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，用表示，其值约等于极限强

度的85%（图2.1.6）。

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。

2塑性性能

断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比称为伸长率，它是衡量钢材塑性的重要指标。它取5d 或10d（d为圆形试件直径）为标定长度，其相应的伸长率用δ5或δ10表示（图2.1.7）。伸长率代表材料断裂前具有的塑性变形的能力。结构制造时，这种能力使材料经受剪切、冲压、弯曲及锤击所产生的局部屈服而无明显损坏。

屈服点、抗拉强度和伸长率，是钢材的三个重要力学性能指标。

3冷弯性能

冷弯性能由冷弯试验来确定（图2.1.8）。试验时按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压，使试件弯成180°，如试件外表面不出现裂纹和分层，即为合格。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。因此，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。

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钢筋和混凝土的力学性能

4冲击韧性

韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力。韧性是钢材强度和塑性的综合指标。

《碳素结构钢》GB700-88规定，材料冲击韧性的测量采用国际上通用的夏比（Charpy）试验法（图2.1.9）。夏比缺口韧性用AKV 或CV 表示，其值为试件折断所需的功，单位为J（焦耳）。

冲击韧性随温度的降低而下降。其规律是开始下降缓慢，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种性质称为钢材的冷脆性，这时的温度称为脆性临界温度。钢材的脆性临界温度越低，低温冲击韧性越好。

对于直接承受动荷载而且可能在负温下工作的重要结构，应有冲击韧性保证。

表2.1.1 普通钢筋强度强度设计值（N/mm2）

注：

①当采用直径大于40mm的钢筋时，应有可靠的工程经验；

②钢筋混凝土结构中，轴心受拉和小偏心受拉钢筋抗拉强度设计值大于300N/mm2，仍应按300N/mm2取；

③直径为6mm的光面钢筋可选用牌号为Q235的热轧圆盘条。

2.1.2建筑用钢筋的设计指标

1钢筋的强度标准值和强度设计值

钢材的强度具有变异性。按同一标准生产的钢材，不同时生产的各批钢材之间的强度不会完全相同；即使同一炉钢轧制的钢材，其强度也会有差异。因此，在结构设计中采用其强度标准值作为基本代表值。所谓强度标准值，是指正常情况下可能出现的最小材料强度值。

强度标准值除以材料分项系数即为材料强度设计值。钢筋的材料分项系数为，热轧钢筋1.10，预应力钢筋1.20。

《混凝土规范》规定，钢筋的强度标准值应具有不小于95%的保证率。热轧钢筋的强度标准值系根据屈服强度确定；预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的强度标准值系根据极限抗拉强度确定。普通钢筋的强度标准值、强度设计值按表2.1.1采用；预应力钢筋的强度标准值、强度设计值分别按表2.1.2、表2.1.3采用。

2钢筋的弹性模量

钢筋的弹性模量列于表2.1.4。

表2.1.2 预应力钢筋强度标准值（N/mm2）

（mm）

注：①钢绞线直径系指外接圆直径，即现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224中的公称直径

D g；

②光面钢丝直径为4~9mm，螺旋肋钢丝直径为4~8mm。

表2.1.3 预应力钢筋强度设计值（N/mm2）

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钢筋和混凝土的力学性能

2.2 混凝土的力学性能

2.2.1混凝土的力学性能

材料的力学性能，主要是指材料在外力(荷载)作用下，有关抵抗破坏和变形的能力的

性质。

1混凝土强度

普通混凝土是由水泥、砂、石和水按一定配合比拌和，经凝固硬化后形成的人工石材。混凝土强度的大小不仅与组成材料的质量和配合比有关，而且与混凝土的养护条件、龄期、受力情况以及测定其强度时所采用的试件形状、尺寸和试验方法也有密切的关系。在研究各种单向受力状态下的混凝土强度指标时必须以统一规定的标准试验方法为依据。

立方体抗压强度(f cu)

混凝土结构设计规范规定用边长为150mm的标准立方体试件，在标准养护条件下(温度20°C±3°C，相对湿度不小于90%)养护28天后在试验机上试压。试压时，试块表面不涂润滑剂，全截面受力，加荷速度每秒约为（.3〜0.8)N/mm2。将试块加压至破坏时所测得的极限平均压应力作为混凝土的立方体抗压强度。

混凝土强度等级是以立方体抗压强度标注值具有不小于95%保证率确定的，用符号C 表示，即Concrete(混凝土）第一个字母的大写，共有14个等级，即C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。字母 C 后面的数字表示以N/mm2为单位的立方强度标准值。

特别提示

在实际工程中，钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15(当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C20(当采用HRB400、RRB400级钢筋对及对于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。

混凝土的轴心抗压强度(f c)

在实际工程中，受压构件往往不是立方体，而是棱柱体，因而采用棱柱体试件比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力。用标准棱柱体试件测定的混凝土抗压强度称为混凝土的轴心抗压强度或棱柱体强度，用符号f c表示。

试验表明，当棱柱体试件的高度&与截面边长6的比值在2〜4之间时，混凝土的抗压强度比较稳定。这是因为在此范围内既可消除垫板与试件之间摩擦力对抗压强度的影响，又可消除可能的附加偏心距对试件抗压强度的影响。因此，我国在规定混凝土材料试验中以150mmX150mmX300mm的试件作为试验混凝土轴心抗压强度的标准试件。

混凝土的抗拉强度远小于其抗压强度，一般只有抗压强度的1/18〜1/9，因此，在钢筋混凝土结构中一般不采用混凝土承受拉力。混凝土的轴心抗拉强度用符号f t表示。

《混凝土结构设计规范》采用直接测试法来测定混凝土抗拉强度，即对棱柱体试件(100mmX 100X 500mm)两端预埋钢筋(每端长度为150mm，直径为16mm的变形钢筋），且使钢筋位于试件的轴线上，然后施加拉力，如图2. 4所示，试件被破坏时截面的平均拉应力即为混凝土的轴心抗拉强度。