钢筋

1.1钢筋的品种

我国常用的钢筋品种有热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋。 目前我国在钢筋混凝土结构中采用的热轧钢筋分为HPB235、HPB335、HPB400和HRB400三个等级（即通常所说的Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ级钢筋，标注符号分别为,,），屈服强度标准值分别为235，335，400MPa，直径为6mm～40mm。HPB235级钢筋为光面钢筋，HRB335，HRB400和RRB400级钢筋强度较高，为增强与混凝土的粘结，外形一般轧制成月牙或等高肋；HPB235级钢筋多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋；HRB335，HRB400和RRB400级钢筋多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件也用HRB335级钢筋作箍筋的。

预应力钢筋常采用钢绞线和钢丝，也可采用热处理钢筋。高强钢丝和钢绞线的抗拉强度可达到1470MPa～1860MPa，钢丝直径4mm～9mm，外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有三股和七股钢绞线，外接圆直径8.5mm～15.2mm。热处理钢筋是将Ⅳ级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到大幅度的提高，而延伸率降低不多。中高强钢丝、钢绞线和热处理钢筋均用于预应力混凝土结构。

冷加工钢筋是由热轧钢筋或盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭加工后而成。对钢筋进行冷加工是为了提高强度、节约钢材。但钢筋经冷加工后，其延伸率降低，尤其是用于预应力构件时，易造成脆性断裂。由于近来来我国强度高、性能好的钢筋（钢丝、钢绞线）已可充分供应市场，故《规范》未列入冷加工钢筋，保用时应遵照专门规程。

1.2钢筋的强度和变形

根据钢筋单调受拉时的应力－应变关系特点的不同，可分为有明显屈服点钢筋（如热轧钢筋）和无明显屈服点钢筋（如高强钢丝）。

1.有明显屈服点钢筋

有明显屈服点钢筋拉伸时的典型应力－应变曲线见图1－1。a点以前，应力σ与应变ε成比例关系，即Es，Es为钢筋的弹性模量，a的应力称为比例极限；过a点后，应力σ与应变ε虽不再成比例关系，但仍然为弹性变形，即当应力降低时，应变可沿原应力－应变关系曲线缷载，a点以后为非弹性，a点称为弹性极限；应力达到b点，应变出现塑性流动现象，b点称为屈服上限，它与加载速度、断面形式、试件表面光洁度等因素关，故b点是不稳定的；待应力降至屈服下限c点，这时应力不增加而应变急剧增加，应力－应变关系接近水平直线，直至d点，cd段称为屈服台阶；d点以后，随应变的增加，应力又继续增加，至e点，应力达到最大值，e点的应力称为钢筋的极限强度，de段称为强化段；e点以后，在试件的薄弱位置产生颈缩现象，变形迅速增加，断面缩小，应力降低，直至f点拉断。

σ

e fu

b afy d a c

0

图1－1 有明显屈服点钢筋应力－应变关系 f ε

反映钢筋力学性能的基本指标主要有屈服强度、延伸率、和强屈比。 屈服强度是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将产生很大的塑性变形，且缷载后塑性变形不恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。由于屈服上限不稳定，一般取屈服下限作为屈服强度fy。

钢筋拉断时（f点）的应变称为延伸率，按下式确定：

ll0 5或10＝l0式中：l0为试件拉伸前量测标距的长度，一般取5d或10d，d为钢筋直径；l为拉断时量测标距的长度。量测标距包括颈缩区。延伸率是反映钢筋塑性性能的指标。热轧钢筋的延伸率较大，在拉断前有足够的预兆，延性较好。HPB235、HPB335、HPB400和HRB400级热

18%，14%。另一个反映钢筋塑性性能的指标是轧钢筋的延伸率分别要求不小于525%，冷弯性能，它是用钢筋绕一定直径D的钢辊弯折一定的角度时，不能有裂纹或断裂来反

映钢筋塑性性能的。钢辊直径越小，弯折角度越大，则塑性性能就越好。

由于延伸率中包含了颈缩断口区域的残余变形，一方面使得不同量测标距长度得到的结果不一致，另一方面也不能全面正确地反映钢筋的变形能力，甚至带来概念上的混乱和错误。为此，近来国际上开始 最大力作用下的总伸长率――均匀延伸率来反映钢筋的变形能力。均匀延伸率按下式确定：

gt%＝LL0L0b Es式中：L0为不包含颈缩区拉伸前的量测标距长度；L为拉伸断裂后不包含颈缩区的量测标距长度；b为最大拉应力；Es为钢筋的弹性模量。

由上式可见，均匀延伸率包括残余应变和弹性应变，它反映了钢筋的真实变形能力。我国HRB335级钢筋的gt为16.89%，HRB400级钢筋的gt为16.51%。

 L0 b L 弹性变形e

图1－2均匀延伸率

（a）量测标距； （b）应力－应变关系

0  （a） （b）

强屈比为钢筋极限强度与屈服强度的比值，反映了钢筋的强度储备。如对按一、二级抗震等级设计的框架结构，纵向受力钢筋的强屈比不应小于1.25。通常热轧钢筋的强屈比为1.4～1.6。

反映钢筋全部受力性能的是其应力－应变关系。由于屈服后钢筋的应变急剧增大，因此在实际计算分析中，对于有明显屈服点钢筋的应力－应变关系，一般可采用双线性理想弹塑性关系，即：

Esy fyy钢筋的屈服应变yfyEs。

此外，钢筋受压应力－应变曲线在屈服台阶以前与受拉基本一致。 2.无明显屈服点钢筋

预应力钢筋大多为无明显屈服点钢筋。工程中常用的有钢绞线、消除应力钢丝、螺旋肋

钢丝、刻痕钢丝等。

无明显屈服点钢筋拉伸时的典型应力－应变关系如图所示。最大应力b称为极限抗拉强度；a点为比例极限，约为0.65b；a之后，应力－应变关系为非线性，有一定塑性变形，但整个应力－应变关系没有明显的屈服点，达到极限抗拉强度后很快拉断，延伸率很小，破坏时呈现脆性。钢绞线的延伸率一般要求不小于4%。

对于无明显屈服点的钢筋，设计中一般取残余应变为0.2%时所对应的应力0.2作为强度设计指标，称为条件屈服强度。对于预应力钢丝、钢绞线和热处理钢筋，《规范》取条件

屈服强度为0.85b。

  fy 0.2 b 0 y 

0 0.2% 

图1－3钢筋的理想弹塑性应力－应变关系 图1－4无明显物理屈服点钢筋的应力－应变关系

1.3钢筋的强度标准值

由于材料性能存在离散性，即使是同一批钢筋，每根钢筋的强度也不会完全相同。为保证设计时材料强度取值的可靠性，一般对同一等级的材料，取具有一定保证率的强度值作为该等级强度的标准值。《规范》规定材料强度的标准值应具有不小于95%的保证率。热轧钢筋的强度标准值根据屈服强度确定，用符号fyk表示；预应力钢绞线和钢丝的强度标准值根据极限抗拉强度确定，用符号fptk表示。

但按我国冶金生产钢材质量的控制标准，钢材产品出厂时的废品限值相当于fy,m2（fy,m为钢筋屈服强度平均值，为均方差），具有97.73%的保证率，满足《规范》要求，故《规范》钢筋的强度标准值即取钢材质量控制标准的废品限值。

1.4钢筋的弹性模量

各种钢筋的弹性模量Es基本相同，一般在2.0105MPa左右。

1.5钢筋在重复荷载作用下的特点

钢筋在重复荷载作用下实用中的应力应变模型

1.6钢筋在反复荷载作用下的特点

反复荷载作用钢筋的ss

●包兴格(Bauschinger)效应：

钢筋一次受力（受拉或受压）屈服后，反向加载（受压或受拉）时的弹性极限明显降低（a），且第一次加载达到应变值越大，反向加载时的弹性极限下降得就越多(b)，这种现象就是包兴格效应。

● 反复加、卸载下的曲线特点

反复加载下的卸截曲线都近似为直线(c)，再加载曲线由于包兴格效应出 现软化段。

钢筋在反复荷载作用下的模型

● 双线性滞回模型

● Ramberg-Osgood滞回模型

● 考虑Bauschinger效应的滞回模型

1.7钢筋在动力荷载作用下的性能

试验结果表明，随着加载应变率的增加，钢筋的屈服强度要明显提高，但极限强度的提高没有屈服强度提高明显。

钢筋屈服强度随加载速率的关系

钢筋极限强度随加载速率的关系

美国ASTMA615 对各级钢筋的动力提高系数