第二章 钢筋的物理力学性能

§2.2钢筋的物理力学性能2.2.1钢筋的种类•混凝土结构用钢筋按化学成分可分为碳素钢和普通合金钢。•根据含碳量的不同，碳素钢分为：•低碳钢(含碳量0.25%)、•中碳钢(0.25%=含碳量=0.6%)、•高碳钢(含碳量0.6%)。•含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性下降。工程中常用低碳钢。•普通低合金钢是在碳素钢的基础上，再加人微量的合金元素，如硅、锰、钒、钦、锯等，目的是提高钢材的强度，改善钢材的塑性性能。•按加工方式分为热轧钢筋，钢绞线，钢丝和热处理钢筋热轧钢筋：低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成的4008~40RRB400(K20MnSi)4006~50HRB400(20MnSiV,20MnSiNb,20MnTi)3356~50HRB335(20MnSi)2358~20HPB235(Q235)fyk/(N/mm2)d/(mm)符号种类钢绞线：若干根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起消除应力钢丝：将钢筋拉拔后，校直，经中温回火消除应力并经稳定化处理的钢丝D—公称直径A—3股钢绞线量测尺寸钢绞线常用钢筋形式刻痕钢丝螺旋肋钢丝热处理钢筋对某些特定钢号（40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr）的热轧钢筋再通过加热、淬火和回火处理，钢筋强度大幅度提高，并保留较好的塑性和韧性，成为较理想的预应力钢筋。•冷加工的方法：冷拉、冷拔钢筋在常温下的加工称为冷加工。其目的就是使钢筋的内部组织结构发生变化，从而提高钢筋的强度，达到节约钢筋的目的。冷拉：常温下，把热轧钢筋拉伸至强化阶段所得到的钢筋。冷拉后可提高钢材的抗拉强度，但其屈服台阶变短，塑性较差。冷拔冷拔可同时提高钢材的抗拉和抗压强度。塑性降低很多。d1d2Pd2d1柔性钢筋和劲性钢筋柔性钢筋：由钢筋经绑扎或焊接成钢筋网及空间骨架，便于固定在模板中浇注混凝土。劲性钢筋：由各种型钢或型钢与钢筋焊成骨架，施工时模板及混凝土的重量由钢筋本身承担。2.2.2钢筋的强度与变形AB’BCDE0.2%0.2有明显流幅的钢筋的应力-应变曲线无明显流幅的钢筋的应力-应变曲线钢筋除需有足够的强度外，还应具有一定的塑性变形（plasticdeformation)能力，钢筋的塑性通常用伸长率和冷弯性能两个指标来衡量。%100112lll伸长率冷弯是将直径为d的钢筋绕直径为D的钢辊，弯成一定的角度而不发生断裂，就表示合格。冷弯试验Dαd2.2.3钢筋应力-应变曲线的数学模型•描述完全弹塑性的双直线模型sss=Essys,hfy2.2.4钢筋的疲劳•定义：钢筋在承受重复、周期性的动荷载下，经过一定次数后，突然脆性破坏的现象•原因：钢筋内部和外部的缺陷，在薄弱处容易引起应力集中，应力过高，钢材晶粒滑移，产生疲劳裂纹，应力重复次数增加，裂纹扩展，从而造成断裂。2.2.5混凝土结构对钢筋性能的要求•1）有较高的强度•2）有较好的塑性•3）与混凝土之间有良好的粘结力•4）具有较好的可焊性•5）在寒冷地区，钢筋的低温性能也要符合一定要求，不宜采用冷加工钢筋，以免发生脆性破坏。§2.3混凝土与钢筋的粘结钢筋和混凝土这两种材料结合在一起，在荷载、温度、收缩等外界因素作用下，能够共同工作，除了两者具有相近的线膨胀系数外，主要是由于混凝土硬化后，钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结能力。2.3.1粘结的意义：粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础钢筋与混凝土之间粘结应力示意图（a）锚固粘结应力（b）裂缝间的局部粘结应力2.3.2粘结力的形成◆光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理，其粘结作用主要由三部分组成：（１）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结力）。一般很小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用，当接触面发生相对滑移时，该力即消失。（２）混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。（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（咬合力）。对于光圆钢筋，这种咬合力来自于表面的粗糙不平。◆变形钢筋与混凝土之间的机械咬合作用主要是由于变形钢筋肋间嵌入混凝土而产生的。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2.3.4钢筋的锚固普通钢筋锚固长度按下列公式计算：aldffltya钢筋抗拉强度设计值钢筋外形系数钢筋直径混凝土轴心抗拉强度设计值0.140.16带肋钢筋光面钢筋钢筋类型