第一节 钢筋的品种和力学性能 一.钢筋的品种 ★ ★ 按化学成分区分 v低碳钢：（含碳量0.6%）强度高、塑性差 v低合金钢：碳素钢基础上加入少量合金元素而成， 强度高、塑性好 第一章 钢筋砼结构的材料 1.1钢筋的品种和力学性能 第一章 钢筋砼结构的材料 ★ ★ 按外形区分 v光圆钢筋 v变形钢筋 Ø月牙肋—— 纹路与肋不相交， 不易产生应力集中，粘结强度 略低于等高肋钢筋 Ø等高肋——（螺旋纹、人字纹）与钢筋砼粘结 力好，纹路与肋相交，易产生应力集中 第一章 钢筋砼结构的材料 1.1 钢筋的品种和力学性能 光面圆钢筋 螺旋纹钢筋 人字纹钢筋 月牙纹钢筋 第一章 钢筋砼结构的材料 1.1 钢筋的品种和力学性能 ★★按加工方式区分 v热轧钢筋 HPB235： 光面低碳钢，塑性好、强度低； 多作为厚度不大楼板的受力钢筋和箍筋 HRB335 、、 HRB400 月牙肋、低合金钢，强度较高； 多作为钢筋砼构件受力钢筋，尺寸较大的构件，为增 强与砼的粘结可用HRB335作箍筋 RRB400 余热处理钢筋热轧后淬火、芯部余热回火 1.1 钢筋的品种和力学性能 第一章 钢筋砼结构的材料 v冷加工钢筋 热轧钢筋常温下经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而 成。
冷加工提高钢筋的强度，节约钢材冷加工后，强 度提高，塑性降低一般用于预应力砼结构 v热处理钢筋 等高肋低合金钢，经加热、淬火和回火等调质工艺而 成，强度提高，塑性降低不多用于预应力砼结构 v钢丝 直径＜6mm，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 用于预应力砼结构 第一章 钢筋砼结构的材料 1.1 钢筋的品种和力学性能 第一章 钢筋砼结构的材料 二. 钢筋的力学性能 （一）（一）软钢的力学性能 a为比例极限 cd为强化段 b为屈服强度 fy bc为屈服台阶 d为抗拉强度 1.1钢筋的品种和力学性能 软钢：有明显屈服点的钢筋，如HPB、HBR等钢筋 第一章 钢筋砼结构的材料 1.1钢筋的品种和力学性能 v屈服强度：是钢筋强度的设计依据，在混凝土中的钢筋， 应力达到屈服强度，荷载不增加，应变继续增大，裂缝开展 过宽，构件变形过大，结构不能正常使用 v伸 长 率：钢筋拉断时应变，反映钢筋塑性性能的指标伸 长率大的钢筋，拉断前有足够预兆，延性较好 v弯曲试验：钢筋围绕直径为D 的钢辊弯转α角而不发生裂纹， 是反映钢筋塑性性能的另一指标 。
v屈 强 比：反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.6~0.7 ★★含碳量高，屈服强度和抗拉强度高，伸长率小 ，流幅缩短 第一章 钢筋砼结构的材料 1.1钢筋的品种和力学性能 第一章 钢筋砼结构的材料 （二）硬钢的力学性能 a点：比例极限 协定流限：强度设计指标， 指经加载及卸载后尚存有 0.2%永久残余变形时的应力 ，用σ0.2表示 σ0.2一般相 当于抗拉强度的70% ~ 85% 硬钢：没有明显屈服点的钢 筋，如热处理钢筋及高强钢 丝 1.1钢筋的品种和力学性能 σ ε B K Z Z’ K ’ 残余变形 冷拉伸长率 无时效 经时效 特性：只提高抗拉强度，不提高抗 压强度，强度提高，塑性下降 冷拉时，钢筋的冷拉应力值，必须 超过钢筋的屈服强度冷拉后,经过 一段时间钢筋的屈服点比原来的屈 服点有所提高，这种现象称为冷拉 时效 •钢筋温度过高时，强度有所降低而 塑性性能却有所增加,温度超过700 度，钢材会恢复到冷拉前的力学性 能，不会发生冷拉时效 •为了避免冷拉钢筋再焊接时高温软 化，要先焊好后再进行冷拉！！ （三）冷拉钢筋的力学性能 （四）冷拔钢筋 经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点 和流幅 冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗 压强度 将钢筋用强力拔过比本身直径小的硬质合金拔丝模，使钢筋产生塑性 变形，同时拉伸力和挤压力。
第二节 砼的物理力学性能 一．砼的强度 （一）立方体抗压强度fcu v砼结构主要利用其抗压强度，因此抗压强度 是最主要和最基本的指标 v标准立方体强度：标准立方体试件测得的抗 压强度，用fcu表示 v砼强度等级：边长150mm立方体，温度为 20±3℃、相对湿度不小于90%的条件下养护 28天，用标准试验方法测得的具有95%保证 率的立方体抗压强度标准值fcuk作为砼的强度 等级，以符号C表示，单位为N/mm2 第一章 钢筋砼结构的材料 1.2 砼的物理力学性能 v影响砼强度的因素 ①试验方法②试件尺寸③加载速度④龄期 ⑤混凝土配合比⑥养护条件 第一章 钢筋砼结构的材料 1.2 砼的物理力学性能 试验录像 ★水利水电工程用砼分11个强度等级，即C10、C15、 C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60 ，级差为5N/mm2 第一章 钢筋砼结构的材料 1.2 砼的物理力学性能 （二）轴心抗压强度fc v150mm×150mm×300mm的棱柱体试件测定， fc表示，较接近实际构件中砼的受压情况 vfc (0.5 ~ 0.55) fc 时，最终徐变与应力不成正比，称为非线性徐 变。
当c0.8fc 时，砼内部微裂缝的发展处于不稳定状态，徐变的 发展不收敛，导致砼的破坏 Ø加载龄期：砼的龄期越短，凝胶体的粘性流动越大，徐变越大 Ø环境影响：外界相对湿度越高，结构内部水分不易外逸，徐变越 小 第一章 钢筋砼结构的材料 1.2 砼的物理力学性能 ★徐变对结构的作用 v徐变有利于结构构件产生内（应） 力重分布，减小应力集中现象 v减小大体积砼内的温度应力 v徐变会使结构（构件）的（挠度） 变形增大 v引起预应力损失 v在长期高应力作用下，会导致破坏 ★松弛 当结构受外界约束而无法变形，结构的应力会随时间的 增长而降低，这种现象称为松弛 第一章 钢筋砼结构的材料 1.2 砼的物理力学性能 （六）砼的温度变形和干湿变形 v砼因温度和湿度变化引起的体积变化称为温度变形 和干湿变形 v大体积砼结构温度变形十分重要，当变形受到约束 ，温度变化引起的应力可能引起开裂 v计算温度变形或应力时，砼温度线膨胀系数取为 1.0×10-5 v大体积砼结构中，用钢筋来防止温度裂缝或干缩裂 缝是不可能的 v适当布置钢筋，可分散裂缝，减小裂缝宽度 v为减小温度应力和干缩应力，可设置伸缩缝 第一章 钢筋砼结构的材料 1.2 砼的物理力学性能 v砼因外界湿度变化产生干缩与湿胀。
v湿胀常产生有利的影响，设计中一般可不考虑 v干缩变形受到约束时，结构产生干缩裂缝 v干缩变形影响因素： 水泥用量多、水灰比越大，收缩越大； 骨料弹性模量高、级配好，收缩就小； 干燥失水及高温环境，收缩大； 小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小 第一章 钢筋砼结构的材料 1.2 砼的物理力学性能 三．砼的其他性能 （一）重力密度（或重度） 设计一般钢筋砼结构时，其重力密度可近似 地采用为25kN/m3 （二）砼的耐久性 水工砼的耐久性，与其抗渗、抗冻、抗冲刷 、抗碳化和抗腐蚀等性能有密切关系 第一章 钢筋砼结构的材料 1.2 砼的物理力学性能 第三节 钢筋与砼的粘结 一.钢筋与砼之间的粘结力 v钢筋与砼间具有足够的粘结是保证两者共同受力 变形的基本前提 v通过钢筋与砼界面的粘结应力，可以实现钢筋与 砼之间的应力传递，从而使两种材料可以结合在 一起共同工作 v粘结应力通常是指钢筋与砼界面间的剪应力 第一章 钢筋砼结构的材料 1.3 钢筋与砼的粘结 第一章 钢筋砼结构的材料 1.3 钢筋与砼的粘结 拔出试验 粘结应力 第一章 钢筋砼结构的材料 1.3 钢筋与砼的粘结 v光面钢筋τb峰值随P增加，由加荷端移至自由端， τb图形长度（有效埋长）达到自由端。
v变形钢筋τb峰值始终在加荷端附近，有效埋长增加 缓慢，粘结力大于光面钢筋 ★光面钢筋的粘结力由三部分组成： ① 水泥凝胶体与钢筋表面之间的胶着力； ② 砼收缩，将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力； ③ 钢筋表面不平整与砼之间产生的机械咬合力 第一章 钢筋砼结构的材料 ★变形钢筋的粘结力 除了胶着力与摩擦力 等以外，更主要的是 钢筋表面突出的横肋 对砼的挤压力 1.3 钢筋与砼的粘结 ★影响粘结力的主要因素 ◆◆ 砼强度：粘结强度随砼强度的提高而增加，但并不与立方 体强度fcu成正比，而与抗拉强度 ft 成正比 ◆◆ 保护层厚度：变形钢筋，粘结强度主要取决于劈裂破坏 相对保护层厚度c/d 越大，砼抵抗劈裂破坏的能力也越大，粘 结强度越高 ◆◆ 受力情况：受压钢筋由于直径增大会增加对砼的挤压，从 而使摩擦作用增加 ◆◆ 钢筋表面和外形特征： ● ● 光面钢筋表面凹凸较小，机械咬合作用小，粘结强度低 ● ● 月牙肋和螺纹肋变形钢筋，机械咬合作用大，粘结强度高 第一章 钢筋砼结构的材料 1.3 钢筋与砼的粘结 二．钢筋的锚固与接头 v锚固长度根据钢筋的应力达到fy时，钢筋被 拔动确定 第一章 钢筋砼结构的材料 1.3 钢筋与砼的粘结 v钢筋强度越高，直径越粗，砼强度越低， 锚固长度越长。
钢筋类型 砼强度等级 C15C20C25C30≥C40 Ⅰ级钢筋40d30d25d20d20d 月牙肋 Ⅱ级钢筋50d40d35d30d25d Ⅲ级钢筋—45d40d35d30d 冷轧带肋钢筋—40d35d30d25d 二．钢筋的锚固与接头 在设计中，如截面上钢筋的强度被充分利用，则钢筋 从该截面起的锚固长度不应小于下表中规定的数值： 受拉钢筋的最小锚固长度la 第一章 钢筋砼结构的材料 1.3 钢筋与砼的粘结 v光面钢筋表面凹凸程度小，机械咬合作用不大 ,与砼的粘结强度较低 v为保证光面钢筋的锚固，规范规定受力的光面 钢筋末端必须作成半圆弯钩如图所示： 第一章 钢筋砼结构的材料 1.3 钢筋与砼的粘结 v接长钢筋有三种办法：绑扎搭接；焊接；机械连 接 v绑扎搭接时，必须有足够的搭接长度ll : 受拉钢筋的ll≥1.2la且ll≥300mm； 受压钢筋的ll'≥0.85la且ll'≥200mm 第一章 钢筋砼结构的材料 1.3 钢筋与砼的粘结 v钢筋不能在同一截面同时接长 v焊接接头 第一章 钢筋砼结构的材料 v机械连接 1.3 钢筋与砼的粘结 套管 钢筋冷挤压连接 第一章 钢筋砼结构的材料 1.3 钢筋与砼的粘结 锥螺纹钢筋连接 第一章 钢筋砼结构的材料 1.3 钢筋与砼的粘结 第一章 钢筋砼结构的材料 1.3 钢筋与砼的粘结 挤压钢筋连接 第一章 钢筋砼结构的材料 1.3 钢筋与砼的粘结 第一章 钢筋砼结构的材料 1.3 钢筋与砼的粘结 第一章 钢筋砼结构的材料 本 章 要 点 本章要点： v软钢与硬钢的应力—应变曲线不同。
软钢以 屈服强度作为强度设计指标；硬钢以协定流限 作为强度设计指标 v砼立方体抗压强度是评定砼强度的基本标准 区分砼立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴 心抗拉强度及复合应力状态下砼强度的物理意 义及相互关系 v区分砼短期一次加载应力—应变曲线、重复 荷载下的应力—应变曲线及徐变曲线 v粘结力是保证钢筋与砼共同工作的主要原因 。