第4讲 §1.3钢筋 基本概念 1.钢筋的要求—较高的强度，良好的塑性和可焊性，与混凝土有较好 的粘结性能。 2. 钢筋的品种和级别 ·用于钢筋混凝土桥梁结构的钢筋主要选取：热轧钢筋、碳素钢丝、精 轧螺纹钢筋等三类 ·作为预应力筋，规范采用以钢绞线和钢丝为主（见图115），精轧螺纹 钢筋仅用于中小型构件或竖、横向钢筋。 @ 刻哀峒丝 0 铜绞线 螺（助铜丝 图1-15预应力钢筋 1)按化学成分 低碳钢（含碳量在0.25%以下) 碳素钢 中碳钢（含碳量在0.25%-0.6% 高碳钢（含碳量大于0.6%） 普通低合金钢—加入少量低合金元素，强度、塑性均提高 (比如：20MnSi20 MnSiV) ”含碳万分数 11 含锰、硅、钒等的百分数
1 第 4 讲 §1.3 钢筋 基本概念 1. 钢筋的要求——较高的强度，良好的塑性和可焊性，与混凝土有较好 的粘结性能。 2. 钢筋的品种和级别 ⚫ 用于钢筋混凝土桥梁结构的钢筋主要选取：热轧钢筋、碳素钢丝、精 轧螺纹钢筋等三类 ⚫ 作为预应力筋，规范采用以钢绞线和钢丝为主（见图 1-15），精轧螺纹 钢筋仅用于中小型构件或竖、横向钢筋。 图 1-15 预应力钢筋 1） 按化学成分 低碳钢（含碳量在 0.25%以下） 碳素钢 中碳钢（含碳量在 0.25%~0.6%） 高碳钢（含碳量大于 0.6%) 普通低合金钢——加入少量低 合金元素,强度、塑性均提高 （比如：20MnSi,20MnSiV） 20MnSi2V 含碳万分数 含锰、硅、钒等的百分数
2)按加工方法分类 (1)热轧钢筋 (2)热处理钢筋 冷拉钢筋 (3)冷加工钢筋< 冷轧带肋钢筋 冷轧扭钢筋 由于冷拉钢筋延性较差，目前较少使用，若在工程中采用时：应遵守专门 规程的规定 3)热轧钢筋按外型特征分类（见图116 (1)热轧光圆钢筋(R235) (2)热轧带肋钢筋(HRB335,HRB400,KL400) 形能能BBEc0 光面钢筋 螺纹钢筋 F阳E答衫鹅 自E AC6sSSsssoso 5年 人字纹钢筋 月牙纹钢筋 图1-16 热轧钢筋的表面形式 热轧钢筋 表1-1 钢筋种类 符号 R235【HPB235】(d=8-20) 中 HRB335d=6-50) HRB40Cd=6-50) 种 KL400【RRB400】(840) 型 2
2 2）按加工方法分类 （1） 热轧钢筋 （2） 热处理钢筋 冷拉钢筋 （3） 冷加工钢筋 冷轧带肋钢筋 冷轧扭钢筋 由于冷拉钢筋延性较差，目前较少使用，若在工程中采用时，应遵守专门 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 规程的规定 ．．．．． 3）热轧钢筋按外型特征分类（见图 1-16） （1） 热轧光圆钢筋（R235） （2） 热轧带肋钢筋（HRB335,HRB400,KL400） 图 1-16 热轧钢筋的表面形式 热轧钢筋 表 1-1 钢 筋 种 类 符 号 R235【HPB235】 (d=8~20) HRB335(d=6~50) HRB400(d=6~50) KL400【RRB400】(d=8~40) 光面钢筋 螺纹钢筋 人字纹钢筋 月牙纹钢筋
4)按力学性能不同分类 (1)软钢：有明显屈服台阶的钢筋（热轧钢筋、冷拉钢筋） (2)硬钢：无明显屈服台阶的钢筋（高强碳素钢丝、钢绞线） 一、钢筋的力学性能（强度与变形） 1.软钢有明显流服钢筋的应力应变曲线（见图117） 00 20 024681021416820,22426280卫13年6 e(×10 4 图117有明显流幅的钢筋应力应变曲线 1)受力过程 (1)oa-弹性阶段 (2)cd一强化阶段 (3)d配一颈缩阶段 2)特征值 (1)ca一比例极限 (2)b一屈服强度 (3)d-极限强度 3)钢筋主要物理力学指标 (1)两个强度指标： ·b点的屈服强度一是钢筋混凝土结构设计计算中强度取值的主要依 据，因为钢筋应力达到屈服极限后，荷载不增加，应变继续增大，使得钢筋混凝 土裂缝开展过宽，变形过大，结构不能正常使用。 ·d点的极限抗拉强度—材料的实际破坏强度，衡量钢筋经巨量变形 3
3 4）按力学性能不同分类 （1） 软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋) （2） 硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(高强碳素钢丝、钢绞线) 一、 钢筋的力学性能(强度与变形) 1. 软钢——有明显流服钢筋的应力应变曲线（见图 1-17） (× ) ( ) 标距 图 1-17 有明显流幅的钢筋应力应变曲线 1) 受力过程 （1） oa－弹性阶段 （2） cd－强化阶段 （3） de －颈缩阶段 2) 特征值 （1）a－比例极限 （2）b－屈服强度 （3）d－极限强度 3) 钢筋主要物理力学指标： （1）两个强度指标： ⚫ b 点的屈服强度——是钢筋混凝土结构设计计算中强度取值的主要依 据，因为钢筋应力达到屈服极限后，荷载不增加，应变继续增大，使得钢筋混凝 土裂缝开展过宽，变形过大，结构不能正常使用。 ⚫ d 点的极限抗拉强度——材料的实际破坏强度，衡量钢筋经巨量变形 (MPa)
后的抗拉能力，不能作为计算依据 ·屈强比：表示结构的可靠性潜力，屈强比小则结构的可靠性高，但太 小钢材利用率太低 极限抗拉强度~屈强比 屈服强度 (1-18) ·屈强比的实际应用： >为了保证钢筋的综合强度性能，在检验钢筋的质量时，仍要保证它的 极限抗拉强度并满足检验标准的要求， >特别在抗震结构中，由于构件要进入大变形工作，考虑到钢筋可能受 拉进入强化阶段， (2)两个塑性指标 ·伸长率 -又称延伸率，e点所对应的横坐标，用（指标注为10倍或 5倍钢筋直径即)表示， 6=5,Lx100% (1-19) 61=5d 钟长率：8.1=10d ●冷弯性能：钢材在冷加工过程中产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗 能力。通过冷弯试验（弯心直径和冷弯角度），检查试件表面是否有裂纹或分层 断裂来反映塑性。 2.无明显流幅钢筋的应力一应变关系曲线（见图118 青a(N/mm) 十0.2% 图1-18没有明显流幅的钢筋应力应变曲线
4 后的抗拉能力，不能作为计算依据。 ⚫ 屈强比：表示结构的可靠性潜力，屈强比小则结构的可靠性高，但太 小钢材利用率太低 （1-18） ⚫ 屈强比的实际应用： ➢ 为了保证钢筋的综合强度性能，在检验钢筋的质量时，仍要保证它的 极限抗拉强度并满足检验标准的要求， ➢ 特别在抗震结构中，由于构件要进入大变形工作，考虑到钢筋可能受 拉进入强化阶段。 （2）两个塑性指标 ⚫ 伸长率——又称延伸率，e 点所对应的横坐标，用（指标注为 10 倍或 5 倍钢筋直径即）表示， （1-19） 伸长率： ⚫ 冷弯性能：钢材在冷加工过程中产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗 能力。通过冷弯试验（弯心直径和冷弯角度），检查试件表面是否有裂纹或分层 断裂来反映塑性。 2. 无明显流幅钢筋的应力—应变关系曲线 （见图 1-18） 图 1-18 没有明显流幅的钢筋应力应变曲线 ＝屈强比 极限抗拉强度 屈服强度 100% 1 2 1 − = l l l = = l d l d 10 5 10 1 5 1
1)受力特点：强度高，塑性差，脆性大 2)特征点：cQ2一条件屈服强度 3)基本概念： 条件流限（或条件屈服强度）—经加载、卸载后尚存有0.2%的残余变 形时的应力，用σ0.2表示。一般取极限强度的85% 三、钢筋应力-应变关系的数学模型 常用的钢筋应力一应变曲线模型有以下几种。 1.描述完全弹塑性的双直线模型 双直线模型适用于流幅较长的低强度钢材。模型将钢筋的应力一应变曲线简 化为图1-19(a)所示的两段直线。双直线模型的数学表达式如下： 当c,<6,时，o,=E,8 (1-20 当8，≤6，<6，时，o,= (1-21) 2.描述完全弹塑性加硬化的三折线模型（见图1-19(b) 三折线模型适用于流幅较短的软钢，可以描述屈服后立即发生应变硬化（应 力强化)的钢材，正确地估计高出屈服应变后的应力。三折线模型的数学表达形 式如下： 当6，≤6y,6,≤6，≤6动时，表达式同式1-20和12： 当5h≤E,≤6w时.=，+G,-6hg可 (1-22) 式中： g0'=E5=0.01E, (1-23) 一、钢筋的接头、弯钩和弯折 1.钢筋的接头
5 1) 受力特点：强度高，塑性差，脆性大 2) 特征点： 0.2－条件屈服强度 3) 基本概念： 条件流限（或条件屈服强度）——经加载、卸载后尚存有 0.2%的残余变 形时的应力，用 0.2 表示。一般取极限强度的 85%。 三、钢筋应力-应变关系的数学模型 常用的钢筋应力－应变曲线模型有以下几种。 1. 描述完全弹塑性的双直线模型 双直线模型适用于流幅较长的低强度钢材。模型将钢筋的应力－应变曲线简 化为图 1-19（a）所示的两段直线。双直线模型的数学表达式如下： s y s Es s 当 时， = ) f ( E y y s = （1-20） y s s,h s y 当 时， = f （1-21） 2. 描述完全弹塑性加硬化的三折线模型（见图 1-19（b）） 三折线模型适用于流幅较短的软钢，可以描述屈服后立即发生应变硬化(应 力强化)的钢材，正确地估计高出屈服应变后的应力。三折线模型的数学表达形 式如下： 当 s y ， y s s,h 时，表达式同式(1-20)和(1-21)； 当 s,h s s,u 时， f = f + − tg s y s s h ( ) , (1-22) 式中： Es Es tg = = 0.01 (1-23) 一、 钢筋的接头、弯钩和弯折 1. 钢筋的接头
对焊 焊接接头 (见图1-20) 电弧搭接焊 套筒挤压接头 机械连接接头 (镦粗直螺纹接头 绑扎接头的钢筋直径： 一般不宜大于28mm 受压构件中的受压钢筋可不大于32mm 绑扎接头 钢筋的搭接长度见表12 有绑扎接头的受力钢筋的截面积：受拉区 不超时25%：受压区不留寸50% Q) 三} ) 58106)58(106) 58106) 括号内数字为单面焊缝 图120普通钢筋的焊接接头 a闪光接触b)夹杆式电弧焊c搭叠式电弧妈 受拉钢筋的绑扎接头的搭接长度1（图1-21），《公路桥规》规定见表12： 受压区钢筋绑扎接头的搭接长度，应取受拉钢筋绑扎搭接长度的0.7倍。 6
6 ) ) ) 括号内数字为单面焊缝 图 1-20 普通钢筋的焊接接头 a)闪光接触 b)夹杆式电弧焊 c)搭叠式电弧焊 受拉钢筋的绑扎接头的搭接长度 d l （图 1-21），《公路桥规》规定见表 1-2； 受压区钢筋绑扎接头的搭接长度，应取受拉钢筋绑扎搭接长度的 0.7 倍。 套筒挤压 接头 镦粗直螺纹接头 对焊 电弧搭接焊 绑扎接头的钢筋直径：一般不宜大于28mm 受压构件中的受压钢筋可不大于32mm 钢筋的搭接长度见表1-2 有绑扎接头的受力钢筋的截面积：受拉区 不超过25%；受压区不超过50% 焊接接头 （见图1-20） 机械连接接头 绑扎接头
18 图1-21 受拉钢筋的绑扎搭接接头 受拉钢筋绑扎接头搭接长度。 表1-2 混凝土强度等级 钢筋 C20 25 >C25 R235 35d 30 25d HRB335 45d 40d 35d HRB400.K1400 50d 45d 注：(1)当带肋钢筋直径d大于25mm时，其受拉钢筋的搭接长度应按表值增加5d采用：当带肋钢筋 直径小于25mm时，搭接长度可按表值减少5d采用。 (2)当混凝土在凝周过程中受力钢筋易受扰动时，其搭接长度应增加5d: (3)在任何情况下，受拉钢筋的搭接长度不应小于300mm:受压钢筋的搭接长度不应小于200mm: (4)环氧树脂涂层钢筋的绑扎接头搭接长度.按表值增加10采用： 2.钢筋的弯钩和弯折（见图1-22) 1)受拉的光面钢筋需在端头设半圆弯钩 2)带肋钢筋设直角形弯钩 3)弯折处钢筋内侧弯曲直径D不得小于20d 图1-22钢筋的弯钩与弯折示意图（尺寸单位：mm a)钢筋135°弯钩b)钢筋的弯折
7 ) ) 图 1-21 受拉钢筋的绑扎搭接接头 受拉钢筋绑扎接头搭接长度 d l 表 1-2 钢筋 混凝土强度等级 C20 C25 ＞C25 R235 35d 30d 25d HRB335 45d 40d 35d HRB400、KL400 —— 50d 45d 注：（1）当带肋钢筋直径 d 大于 25mm 时，其受拉钢筋的搭接长度应按表值增加 5d 采用；当带肋钢筋 直径小于 25mm 时，搭接长度可按表值减少 5d 采用。 （2）当混凝土在凝固过程中受力钢筋易受扰动时，其搭接长度应增加 5d； （3）在任何情况下，受拉钢筋的搭接长度不应小于 300mm；受压钢筋的搭接长度不应小于 200mm； （4）环氧树脂涂层钢筋的绑扎接头搭接长度，按表值增加 10d 采用； 2. 钢筋的弯钩和弯折 （见图 1-22） 1) 受拉的光面钢筋需在端头设半圆弯钩 2) 带肋钢筋设直角形弯钩 3) 弯折处钢筋内侧弯曲直径 D 不得小于 20d = = 弯 弯 = 弯 = = = 折 钩 折 ) ) 图 1-22 钢筋的弯钩与弯折示意图 （尺寸单位：mm） a)钢筋 135°弯钩 b)钢筋的弯折