鋼筋材料的基本性能

1、第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 鋼筋2.1 2.1 鋼鋼 筋筋 Steel Reinforcement一、鋼筋的品種一、鋼筋的品種(Reinforcement types) 熱軋鋼筋、中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋熱軋鋼筋、中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 鋼 筋熱軋鋼筋熱軋鋼筋 Hot Rolled Steel Reinforcing BarHPB235級(jí)、HRB335級(jí)、HRB400級(jí)、RRB400級(jí)HPBHot rolledPlainBarHRBHot rolledRolledBarRRBRolledRibbedBar屈服強(qiáng)

2、度屈服強(qiáng)度 fyk（標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值= =鋼材廢品限值，保證率97.73%）HPB235級(jí)： fyk = 235 N/mm2HRB335級(jí)： fyk = 335 N/mm2HRB400級(jí)、RRB400級(jí)： fyk = 400 N/mm2第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 鋼 筋uHPB235級(jí)(級(jí))鋼筋鋼筋多為光面鋼筋（多為光面鋼筋（Plain Bar），），多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋多作為現(xiàn)澆樓板的受力鋼筋和箍筋uHRB335級(jí)(級(jí))和 HRB400級(jí)(級(jí))鋼筋鋼筋強(qiáng)度較高，強(qiáng)度較高，多多作為鋼筋混凝土構(gòu)件的受力鋼筋，尺寸較大的構(gòu)作為鋼筋混凝土構(gòu)件的受力鋼筋，尺寸較大的構(gòu)件，也有用件，也有

3、用級(jí)鋼筋作箍筋的級(jí)鋼筋作箍筋的為增強(qiáng)與混凝土的粘為增強(qiáng)與混凝土的粘結(jié)（結(jié)（Bond），外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼），外形制作成月牙肋或等高肋的變形鋼筋（筋（Deformed Bar）。u級(jí)鋼筋級(jí)鋼筋強(qiáng)度太高，不適宜作為鋼筋混凝土構(gòu)件中強(qiáng)度太高，不適宜作為鋼筋混凝土構(gòu)件中的配筋，的配筋，一般冷拉后作預(yù)應(yīng)力筋一般冷拉后作預(yù)應(yīng)力筋u延伸率（延伸率（Percentage of elongation）：）：d d5 5= =25、16、14、10%，直徑直徑840。第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 鋼筋鋼絲鋼絲 Wire：中強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度為中強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度為8001200MPa，高強(qiáng)鋼絲、鋼絞，高

4、強(qiáng)鋼絲、鋼絞線線(Strand or Tendon)的為的為 1470 1860MPa；延伸率延伸率d10=6%，d100=3.54%；鋼絲的直徑；鋼絲的直徑39mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋；外形有光面、刻痕和螺旋肋三種，另有二股、三股和七股鋼絞線，外接圓直徑三種，另有二股、三股和七股鋼絞線，外接圓直徑9.515.2 mm。中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線均用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線均用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。冷加工鋼筋冷加工鋼筋 Cold working rebar：是由熱軋鋼筋和盤條經(jīng)冷拉、是由熱軋鋼筋和盤條經(jīng)冷拉、冷拔、冷軋、冷扭加工后而成。冷加工的目的是為了提高鋼筋冷拔、冷軋、冷扭加工后

5、而成。冷加工的目的是為了提高鋼筋的強(qiáng)度，節(jié)約鋼材。的強(qiáng)度，節(jié)約鋼材。但經(jīng)冷加工后，鋼筋的延伸率降低。但經(jīng)冷加工后，鋼筋的延伸率降低。近年近年來(lái)，冷加工鋼筋的品種很多，應(yīng)根據(jù)專門規(guī)程使用。來(lái)，冷加工鋼筋的品種很多，應(yīng)根據(jù)專門規(guī)程使用。熱處理鋼筋熱處理鋼筋 Heat treatment ：是將是將級(jí)鋼筋通過(guò)加熱、淬火和級(jí)鋼筋通過(guò)加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理，使強(qiáng)度得到較大幅度的提高，而延伸率回火等調(diào)質(zhì)工藝處理，使強(qiáng)度得到較大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。降低不多。用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。s se e第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 鋼筋二、鋼筋的應(yīng)力二、鋼筋的應(yīng)力- -應(yīng)

6、變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系 Stress-Strain Relation 有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋 Rebar with yield pointa為比例極限proportional limit s =Eseaa為彈性極限elastic limitade為強(qiáng)化段strain hardening stagebb為屈服上限upper yield strengthc為屈服下限，即屈服強(qiáng)度 fylower yield strengthcdcd為屈服臺(tái)階yield plateauefue為極限抗拉強(qiáng)度 fu ultimate tensile strengthfyf第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 鋼筋

7、幾個(gè)指標(biāo)幾個(gè)指標(biāo)(Index)：屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度yield strength：是鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)依據(jù)是鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)依據(jù)，因?yàn)殇摻钋?，因?yàn)殇摻钋髮⒑艽蟮乃苄宰冃?，且卸載時(shí)這部分變形后將很大的塑性變形，且卸載時(shí)這部分變形不可恢復(fù)不可恢復(fù)，這會(huì)使鋼，這會(huì)使鋼筋混凝土構(gòu)件產(chǎn)生很大的變形和不可閉合的裂縫。屈服上限與加筋混凝土構(gòu)件產(chǎn)生很大的變形和不可閉合的裂縫。屈服上限與加載速度有關(guān)，不太穩(wěn)定，一般取屈服下限作為屈服強(qiáng)度。載速度有關(guān)，不太穩(wěn)定，一般取屈服下限作為屈服強(qiáng)度。延延 伸伸 率率elongation strain：鋼筋拉斷時(shí)的應(yīng)變，是反映鋼筋塑性：鋼筋拉斷時(shí)的應(yīng)變，是反映鋼筋塑性性能的指標(biāo)。

8、延伸率大的鋼筋，在拉斷前有足夠預(yù)兆，延性較好性能的指標(biāo)。延伸率大的鋼筋，在拉斷前有足夠預(yù)兆，延性較好0010or 5lll d屈屈 強(qiáng)強(qiáng) 比比反映鋼筋的強(qiáng)度儲(chǔ)備，反映鋼筋的強(qiáng)度儲(chǔ)備，fy/fu=0.60.7。se殘余變形er彈性變形ee均勻延伸率均勻延伸率d dgt對(duì)應(yīng)最大應(yīng)力時(shí)應(yīng)變，對(duì)應(yīng)最大應(yīng)力時(shí)應(yīng)變，包括了殘余應(yīng)變和彈性應(yīng)變，反映包括了殘余應(yīng)變和彈性應(yīng)變，反映了鋼筋真實(shí)的變形能力了鋼筋真實(shí)的變形能力(2.5%)第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 鋼筋有明顯屈服點(diǎn)鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系一般可采用雙線性的理想彈塑性關(guān)系 Bilinear elasto-plastic relationyyysf

9、Eeeseees fy ey1Es鋼筋的彈性模量(N/mm2)種 類EsHPB235 級(jí)鋼筋2.1105HRB335 級(jí)鋼筋、HRB400 級(jí)鋼筋、RRB400 級(jí)鋼筋、熱處理鋼筋2.0105消除應(yīng)力鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲2.05105鋼絞線1.95105第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 鋼筋無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼筋無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼筋 Rebar without yield pointa0.2%s0.2 fua點(diǎn)：比例極限，約為點(diǎn)：比例極限，約為0.65fua點(diǎn)前：應(yīng)力點(diǎn)前：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線彈性應(yīng)變關(guān)系為線彈性a點(diǎn)后：應(yīng)力點(diǎn)后：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為非線性，應(yīng)變關(guān)系為非線性，有一定塑性變形，且沒(méi)

10、有明顯的屈有一定塑性變形，且沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)服點(diǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)條件屈服點(diǎn)條件屈服點(diǎn)(Equivalent yield point)殘余應(yīng)變?yōu)闅堄鄳?yīng)變?yōu)?.2%所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力規(guī)范規(guī)范取取s s0.2 =0.85 fu第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 鋼筋三、鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值三、鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值( Characteristic or Unfactored Strength) 按冶金鋼材質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是取其出廠時(shí)按冶金鋼材質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是取其出廠時(shí)的廢品限值，其數(shù)值相當(dāng)于的廢品限值，其數(shù)值相當(dāng)于fy,m- -3s s，具有，具有97.73%的保

11、證率，滿足的保證率，滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值保證率材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值保證率95%的要求。的要求。普通鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）種 類符號(hào)fykHPB235(Q235)235HRB335(20MnSi)335熱軋鋼筋HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)RRB400(20MnSi)400第二章 鋼筋和混凝土的材料性能2.1 鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）種 類fptk消除應(yīng)力鋼絲螺旋肋鋼絲491470157016701770刻痕鋼絲5、714701570二股d=10.0d=12.01720三股d=10.8d=12.91720鋼絞線七

12、股d=9.5d=11.1d=12.7d=15.21860186018601860，1820，1720熱處理鋼筋40Si2Mn(d=6)48Si2Mn(d=8.2)45Si2Cr(d=10)14701、 鋼絞線直徑 d 系指鋼絞線外接圓直徑2、 各種直徑、鋼絲、鋼絞線的截面積見(jiàn)附錄雙向受拉雙向受拉：強(qiáng)度接近：強(qiáng)度接近單向單向 受拉強(qiáng)度受拉強(qiáng)度雙向受壓雙向受壓：抗壓強(qiáng)度和極：抗壓強(qiáng)度和極 限壓應(yīng)變均有限壓應(yīng)變均有 所提高所提高一拉一壓一拉一壓：強(qiáng)度降低：強(qiáng)度降低混凝土在正應(yīng)力和剪應(yīng)力作用下的復(fù)合強(qiáng)度混凝土在正應(yīng)力和剪應(yīng)力作用下的復(fù)合強(qiáng)度在有剪應(yīng)力作用時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度將低于單軸抗壓強(qiáng)度在有剪應(yīng)力

13、作用時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度將低于單軸抗壓強(qiáng)度三向受壓時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度和極限變形都有較大提高三向受壓時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度和極限變形都有較大提高)(7 .342 . 2105MPafEcuc影響徐變因素及減小徐變措施影響徐變因素及減小徐變措施當(dāng)溫度變化時(shí)，混凝土也當(dāng)溫度變化時(shí)，混凝土也隨之熱脹冷縮隨之熱脹冷縮2.3 鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)與錨固鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)與錨固 鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)是這兩種材料共同工作鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)是這兩種材料共同工作的保證，使之能共同承受外力、共同變形、抵抗的保證，使之能共同承受外力、共同變形、抵抗相互之間的滑移相互之間的滑移 鋼筋能否可靠地錨固在混凝土中

14、則直接影響到這鋼筋能否可靠地錨固在混凝土中則直接影響到這兩種材料的共同工作，從而關(guān)系到結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的兩種材料的共同工作，從而關(guān)系到結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的安全和材料強(qiáng)度的充分利用安全和材料強(qiáng)度的充分利用2.3.1 粘結(jié)力的定義及組成粘結(jié)力的定義及組成 粘結(jié)力的定義粘結(jié)力的定義 若鋼筋和混凝土有相對(duì)變形（滑若鋼筋和混凝土有相對(duì)變形（滑移），就會(huì)在鋼筋和混凝土交界面上產(chǎn)生沿鋼筋軸線方移），就會(huì)在鋼筋和混凝土交界面上產(chǎn)生沿鋼筋軸線方向的相互作用力，這種力稱為鋼筋與混凝土的粘結(jié)力向的相互作用力，這種力稱為鋼筋與混凝土的粘結(jié)力 粘結(jié)力的組成粘結(jié)力的組成 1化學(xué)膠結(jié)力：混凝土凝結(jié)時(shí)，由于水泥的水化作用在鋼筋與混化學(xué)膠結(jié)

15、力：混凝土凝結(jié)時(shí)，由于水泥的水化作用在鋼筋與混凝土接觸面上產(chǎn)生的化學(xué)吸附作用力凝土接觸面上產(chǎn)生的化學(xué)吸附作用力 2摩擦力：混凝土收縮后將鋼筋緊緊地握裹住而產(chǎn)生的力摩擦力：混凝土收縮后將鋼筋緊緊地握裹住而產(chǎn)生的力 3機(jī)械咬合力：鋼筋表面凹凸不平與混凝土產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用機(jī)械咬合力：鋼筋表面凹凸不平與混凝土產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用而產(chǎn)生的力而產(chǎn)生的力 4鋼筋端部的錨固力：采取錨固措施后所造成的機(jī)械錨固力鋼筋端部的錨固力：采取錨固措施后所造成的機(jī)械錨固力 n鋼筋與混凝土的粘結(jié)鋼筋與混凝土的粘結(jié) 強(qiáng)度通常采用拔出試強(qiáng)度通常采用拔出試 驗(yàn)來(lái)測(cè)定。設(shè)拔出力驗(yàn)來(lái)測(cè)定。設(shè)拔出力 為為F，則則以粘結(jié)破壞以粘結(jié)破壞 （鋼筋拔出或混凝土（鋼筋拔出或混凝土 劈裂）時(shí)鋼筋與混凝劈裂）時(shí)鋼筋與混凝 土截面上的最大平均土截面上的最大平均 粘結(jié)應(yīng)力作為粘結(jié)強(qiáng)度粘結(jié)應(yīng)力作為粘結(jié)強(qiáng)度 dlFb混凝土強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度 混凝土保護(hù)層厚度和鋼筋凈距混凝土保護(hù)層厚度和鋼筋凈距 橫向配筋橫向配筋 鋼筋表面和外形特征鋼筋表面和外形特征 受力情況受力情況 錨固長(zhǎng)度錨固長(zhǎng)度n進(jìn)行拔出試驗(yàn)時(shí)，受拉鋼筋達(dá)到屈服的同時(shí)發(fā)生進(jìn)行拔出試驗(yàn)時(shí)，受拉鋼筋達(dá)到屈服的同時(shí)發(fā)生粘結(jié)破壞，該臨界情況的錨固