第一章混凝土结构的材料性能 混凝土结构主要用钢筋和混凝土材料制作 而成。为了合理地进行混凝士结构设计要 深入地了解混凝土和钢筋的受力性能。对混凝 土和钢筋力学性能、相互作用和共同工作的了 解,是掌握混凝土结构构件性能并对其进行分 析与设计的基础
第一章 混凝土结构的材料性能 混凝土结构主要用钢筋和混凝土材料制作 而成。为了合理地进行混凝土结构设计，需要 深入地了解混凝土和钢筋的受力性能。对混凝 土和钢筋力学性能、相互作用和共同工作的了 解，是掌握混凝土结构构件性能并对其进行分 析与设计的基础
§1.1钢筋 111钢筋的品种和性能 、分类 1按加工方法分 热轧钢筋、热处理钢筋、中高强钢丝、钢线 冷加工钢筋 2按使用用途分:普通钢筋、预应力钢筋 3按化学成分分:低碳钢钢筋、普通低合金钢 4按力学性能分:有明显屈服点钢筋(“软钢”) 无明显屈服点钢筋(“硬钢”) 5按钢筋表明形状分:光面钢筋、变形钢筋
§1.1 钢筋 1.1.1 钢筋的品种和性能 一、分类 1.按加工方法分： 热轧钢筋、热处理钢筋、中高强钢丝、钢绞线、 冷加工钢筋 2.按使用用途分：普通钢筋、预应力钢筋 3.按化学成分分：低碳钢钢筋、普通低合金钢钢筋 4.按力学性能分：有明显屈服点钢筋（“软钢”）、 无明显屈服点钢筋（“硬钢”） 5.按钢筋表明形状分：光面钢筋、变形钢筋
(1)热轧钢筋 热轧钢筋是钢厂用普通低碳钢(含碳 量不大于025%)和普通低含金钢合金 元素不大于5%)制成 其常用种类、代表符号和直径范围如 表1-1所示
(1)热轧钢筋 热轧钢筋是钢厂用普通低碳钢(含碳 量不大于0.25％)和普通低合金钢(合金 元素不大于5％)制成。 其常用种类、代表符号和直径范围如 表 1-1所示
表1-1常用热轧钢筋的种类、代表符号和直径范围 强度等级代号 钢种 符号 d/mm HPB235 Q235(低碳钢) 6~20 HRB335 20MnSi(低合金钢) 6~50 HRB400 20MnSiv, 20MnSiNb, 20MnTi 6~50 (低合金钢) RRB400 K2 OMnI(低合金钢) 8~40 HPB235为热轧光面钢筋,普通钢筋,“软钢” HRB335和HRB400是热轧变形钢筋,普通钢筋,“软钢” RRB400是余热处理钢筋余热处理钢筋是将屈服强度相当于 HRB335的钢筋在轧制后穿水冷却,然后利用芯部的余热对 钢筋表面的淬水硬壳回火处理而成的变形钢筋。其性能接近 于HRB400级钢筋,但不如HIRB40级钢筋稳定,焊接时钢 筋回火强度有所降低,因此应用范围受到限制
强度等级代号 钢 种 符 号 d/mm HPB235 Q235（低碳钢） 6~20 HRB335 20MnSi（低合金钢） 6~50 HRB400 20MnSiV,20MnSiNb,20MnTi （低合金钢） 6~50 RRB400 K20MnSi（低合金钢） 8~40 HPB235为热轧光面钢筋，普通钢筋， “软钢” HRB335和HRB400是热轧变形钢筋，普通钢筋， “软钢” RRB400是余热处理钢筋余热处理钢筋是将屈服强度相当于 HRB335的钢筋在轧制后穿水冷却，然后利用芯部的余热对 钢筋表面的淬水硬壳回火处理而成的变形钢筋。其性能接近 于 HRB400级钢筋，但不如 HRB400级钢筋稳定，焊接时钢 筋回火强度有所降低，因此应用范围受到限制。 表1-1 常用热轧钢筋的种类、代表符号和直径范围
在公路桥涵工程中,热轧光面钢筋用R235表示,余热 处理钢筋用KL400表示。 钢筋的直径范围并不表示在此范围内任何直径的钢筋 钢厂都生产。 钢厂提供的钢筋直径为6mm,6.5m,8mm,82 mm, 10 mm, 12 mm, 14 mm, 16 mm, 18 mm,20 mm, 22 mm, 25 mm, 28 mm, 32 mm, 36 mm, 40 mmFA 50 mm。其中,d=8.2mm的钢筋仅适用于有纵肋的熟处理钢 筋。设计时,应在表11的直径范围和上述提供的直径内选 择钢筋。直径大于40mm的钢筋主要用于大坝一类大体积 混凝土结构中。当采用直径大于40mm的钢筋时,应有可 靠的工程经验
在公路桥涵工程中，热轧光面钢筋用R235表示，余热 处理钢筋用KL400表示。 钢筋的直径范围并不表示在此范围内任何直径的钢筋 钢厂都生产。 钢厂提供的钢筋直径为6 mm，6.5 mm，8 mm，8.2 mm，10 mm，12 mm，14 mm，16 mm，18 mm，20 mm， 22 mm，25 mm，28 mm，32 mm，36 mm，40 mm和 50 mm。其中，d=8.2 mm的钢筋仅适用于有纵肋的热处理钢 筋。设计时，应在表1-1的直径范围和上述提供的直径内选 择钢筋。直径大于40 mm的钢筋主要用于大坝一类大体积 混凝土结构中。当采用直径大于40 mm的钢筋时，应有可 靠的工程经验
钢筋表面形状的选择取决于钢 筋的强度。为了使钢筋的强度能够 (a) 充分地利用,强度越高的钢筋要求 与混凝土粘结的强度越大。提高粘 结强度的办法是将钢筋表面轧成有 规律的凸出花纹,称为变形钢筋 HPB3钢筋的强度低,表面做成层222 光面即可(图1-1a) 其余级别的钢筋强度较高,表面均 应做成带肋形式。变形钢筋的表面C0 形状,我国以往长期采用螺旋纹和 人字纹两种(图11b,c),表面花纹若2 由两条纵助和螺旋形横助或人字形 横肋组成。鉴于这种形式的横肋较 密,消耗于肋纹的钢材较多,纵肋 图1-1钢筋的形式 和横肋相交,容易造成应力集中
钢筋表面形状的选择取决于钢 筋的强度。为了使钢筋的强度能够 充分地利用，强度越高的钢筋要求 与混凝土粘结的强度越大。提高粘 结强度的办法是将钢筋表面轧成有 规律的凸出花纹，称为变形钢筋。 HPB235钢筋的强度低，表面做成 光面即可(图1-1a) 其余级别的钢筋强度较高，表面均 应做成带肋形式。变形钢筋的表面 形状，我国以往长期采用螺旋纹和 人字纹两种(图1-1b，c)，表面花纹 由两条纵助和螺旋形横助或人字形 横肋组成。鉴于这种形式的横肋较 密，消耗于肋纹的钢材较多，纵肋 和横肋相交，容易造成应力集中
对钢筋的动力性能不利,故近几年来我国已将变形钢 筋的肋纹改为月牙纹(图1-1d)。月牙纹钢筋的特点是横 肋呈月牙形,与纵肋不相交,且横肋的间距比老式变 形钢筋大,故可克服老式钢筋的缺点,而粘结强度降 低不多。 (2)热轧钢筋的力学性能 ①应力应变曲线的一般特征 热轧钢筋具有明显的屈服点和屈服台阶(图1-2)。 根据热轧钢筋应力应变曲线的基本特征,在建立 钢筋混凝士构件截面承载力计算理论时作了如下两点 简化: A.忽略从比例极限到屈服点之间钢筋微小的塑性 应变,即假设钢筋应力不大于屈服点时应力应变关系 直服从胡克定律,处于理想弹性阶段;
对钢筋的动力性能不利，故近几年来我国已将变形钢 筋的肋纹改为月牙纹(图1-1d)。月牙纹钢筋的特点是横 肋呈月牙形，与纵肋不相交，且横肋的间距比老式变 形钢筋大，故可克服老式钢筋的缺点，而粘结强度降 低不多。 (2)热轧钢筋的力学性能 ①应力——应变曲线的一般特征 热轧钢筋具有明显的屈服点和屈服台阶(图1-2)。 根据热轧钢筋应力——应变曲线的基本特征，在建立 钢筋混凝土构件截面承载力计算理论时作了如下两点 简化： A.忽略从比例极限到屈服点之间钢筋微小的塑性 应变，即假设钢筋应力不大于屈服点时应力-应变关系 -直服从胡克定律，处于理想弹性阶段；
600 HRB400 HRB335 400 HPB235 0.050.100.150.200.250.30 0.01 图1-2热轧钢筋的应力应变曲线 图1-3热轧钢筋的简化 应力应变曲线 B.不利用应力强化阶段,假设钢筋混凝土构件截面达 到破坏时,钢筋拉应力保持为屈服点应力,应变则处于 流幅以内。 通常热轧钢筋也称为“软钢”。经上述简化后,热 钢筋的应力应变关系可简化为图13所示的曲线图中为 钢筋抗拉强度设计值)
B.不利用应力强化阶段，假设钢筋混凝土构件截面达 到破坏时，钢筋拉应力保持为屈服点 应力，应变则处于 流幅以内。 通常热轧钢筋也称为“软钢” 。经上述简化后，热轧 钢筋的应力-应变关系可简化为图1-3所示的曲线(图中fy为 钢筋抗拉强度设计值)
②塑性性能 A伸长率-试件断裂前的永久变形与原标定长度 的百分比 伸长率是衡量钢筋塑性性能的一个脂标,伸长率越大, 塑性越好。伸长率用6表示,我国以往用筋试样拉断后 断口两侧的残留应变用百分率表示作伸长率郎(1-1) ×100 式中l钢筋拉伸试验试件的应变量测标距; ′—试件经拉断并重新拼合后量测断口两侧的 标距,即产生残留伸长后的标距
②塑性性能 A.伸长率---试件断裂前的永久变形与原标定长度 的百分比. 伸长率是衡量钢筋塑性性能的一个指标，伸长率越大， 塑性越好。伸长率用δ表示，我国以往用钢筋试样拉断后 断口两侧的残留应变(用百分率表示)作伸长率，即 (1-1) 100% ' − = l l l 式中 l——钢筋拉伸试验试件的应变量测标距； l′——试件经拉断并重新拼合后量测断口两侧的 标距，即产生残留伸长后的标距
B冷弯试验。冷弯试验是检、 验钢筋塑性的另-种方法。伸长 率一般不能反映钢材脆化的倾向。 图1-5钢筋的冷弯试验 为了使钢筋在弯折加工时不致断裂和在使用过程中不 致脆断,应进行冷弯试验,并保证满足规定的指标。冷弯 试验的示意图如图1-5。图中D称为弯心直径;a为冷弯角 度 冷弯试验的合格标准为在规定的D和a下冷弯后的钢筋应 无裂纹、鳞落或断裂现象
(1-2) B.冷弯试验。冷弯试验是检 验钢筋塑性的另-种方法。伸长 率一般不能反映钢材脆化的倾向。 为了使钢筋在弯折加工时不致断裂和在使用过程中不 致脆断，应进行冷弯试验，并保证满足规定的指标。冷弯 试验的示意图如图1-5。图中D称为弯心直径；α为冷弯角 度。 冷弯试验的合格标准为在规定的D和α下冷弯后的钢筋应 无裂纹、鳞落或断裂现象