钢筋和混凝土材料的力学性能
第一章 钢筋和混凝土材料力学性
本章重点：
1、钢筋的品种和级别 ,钢筋应力-应变曲线特征； 2、混凝土的强度，混凝土受压时的应力 -应变关系，混凝 土的徐变； 3、钢筋的锚固与搭接构造要求。
本章难点：
1、混凝土在一次短期加载、荷载长期作用和多次重复荷载
作用下的变形性能。
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一、钢筋的强度和变形
1. 钢筋的成分、级别和品种
按化学成分
低碳钢（含碳量<0.25%）
碳素钢（铁、碳、硅、 锰、硫、磷等元素）
中碳钢（含碳量0.25~0.6%） 高碳钢（含碳量0.6~1.4%） 硅系
普通低合金钢（另加 硅、锰、钛、钒、铬 等）
硅钒系 硅钛系 硅锰系 硅铬系
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一、钢筋的强度和变形
1. 钢筋的成分、级别和品种
按加工
热轧钢筋：热轧光面钢筋HPB300，热轧带肋钢筋HRB33更多内容请访问久久建筑网
5、HRB400、 HRB500，结晶粒带肋钢筋HRBF33更多内容请访问久久建筑网
5、HRBF400、 HRBF500，余热处 理钢筋RRB400 冷拉钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成 碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应变消除、矫正、回火处理而成
钢筋
钢丝
钢绞线：多根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起
冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成
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一、钢筋的强度和变形
1. 钢筋的成分、级别和品种
按表面形状
光圆钢筋 变形钢筋
钢筋的应用范围
非预应力钢筋：HPB300，HRB335，HRB400，HRB500，RRB400 HRBF335, HRBF400，HRBF500
※推荐优先选用HRB400、HRB500、 HRBF400，HRBF500
预应力钢筋：碳素钢丝，钢绞线，热处理钢筋，冷拉钢筋
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一、钢筋的强度和变形
2. 钢筋的应力-应变曲线
上屈服点不稳定 出现颈缩
?
D
B’ 标距 A E
? ?0.2
拉断
B
C
BC段为屈服平台 CD段为强化段
下屈服点
?
0.2%
?
有明显流幅的钢筋
无明显流幅的钢筋
钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同
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一、钢筋的强度和变形
2. 钢筋的应力-应变曲线
?
D
强度指标
* 明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强度作为设
A
B’
B C
E
计强度的依据，因为，钢筋屈服后会产生大的塑 性变形，钢筋混凝土构件会产生不可恢复的变形 和不可闭合的裂缝，以至不能使用
?
?
* 无明显流幅的钢筋：残余应变为0.2%时所对应
?0.2
的应力作为条件屈服强度
0.2%
?
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一、钢筋的强度和变形
2. 钢筋的应力-应变曲线
强度指标的确定 强度
强 度 标 准 值
随机变量 根据统计资料，运用 数理统计方法确定的 具有一定保证率（钢 筋为97.73%）的统计 特征值：
强度标准值=强度平均值2×均方差
概率 密度
强度 平均 值
强度 标准 值
材料强度
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一、钢筋的强度和变形
2. 钢筋的应力-应变曲线
?
D
变形指标
A
B’
B C
E
?伸长率：钢筋拉断后的伸长与原长的比值
(不能反映钢材脆化的倾向)
? ?0.2
?
* 冷弯要求：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
0.2%
?
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一、钢筋的强度和变形
3. 钢筋的冷加工和热处理
冷拉
?
B K’ K Z 无时效 Z’ 经时效
K点的选择：应力控制和应变控制
温度的影响：温度达700o C时恢复 到冷拉前的状态，先焊后拉
特性：
1、只提高抗拉强度，不提高抗压强度，
强度提高，塑性下降
?
残余变形
冷拉伸长率
2、冷拉后仍是软钢，应力-应变曲线上 有屈服台阶 3、钢筋设计仍采用冷拉前的截面。
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一、钢筋的强度和变形
3. 钢筋的冷加工和热处理
冷拔：冷拔钢筋是将钢筋用强力拔过比它本身直径还小的硬质合金拔丝模，
这时钢筋同时受到纵向拉力和横向压力的作用，截面变小而长度拔长
经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点 和流幅 特性：冷拔既能提高抗拉强度又能
提高抗压强度
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一、钢筋的强度和变形
3. 钢筋的冷加工和热处理
热处理
不降低强度的前提下，消除 由淬火产生的内力，改善塑 性和韧性
对特定钢号的钢筋进行淬火和回火处理
强度提高， 塑性降低
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一、钢筋的强度和变形
4. 钢筋的徐变和松弛
徐变
应力不变，随时间的增长 应变继续增加
松弛
长度不变，随时间的增长 应力降低
对结构，尤 其是预应力 结构，产生 不利的影响， 需采取必要 的措施
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一、钢筋的强度和变形
5. 钢筋的疲劳
重复荷载作用下，钢筋的强度<静载作用下的强度
规定的应力幅度内，经一定次数的重复荷载后， 发生疲劳破坏的最大应力值称为疲劳强度。对 钢筋用疲劳应力幅来表示其疲劳强度。
单根钢筋的轴拉疲劳 试验方法 钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯
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一、钢筋的强度和变形
6. 混凝土结构对钢筋的要求
?强度要求：屈服强度和极限强度，抗震设计时还要求有一定的屈强比 ?塑性要求：伸长率和冷弯要求
?可焊性
?与混凝土的粘结性
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一、钢筋的强度和变形
7. 钢筋应力-应变曲线的数学模型
?s
fs,u fy fy
?s
?s=Es?s ?
y
?s=Es?s ?s,
h
?s
?
y
?s,h
?s,
u
?s
有明显流幅的钢筋
无明显流幅的钢筋
二、混凝土的强度和变形
1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度
?立方体抗压强度fcu.k
承压板 摩擦力
?压力?试件?裂缝
发展?扩张?整个体 系解体，丧失承载力
试块
?另影响强度的因素
还有：龄期、加载速 率、试块尺寸等
不涂润滑剂
强度大于
涂润滑剂
我国规范的方法：不涂润滑剂
二、混凝土的强度和变形
1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度
立方体抗压强度fcu.k 标准试块：150×150 ×150 非标准试块：100×100 ×100 200×200 ×200
级有：
?C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C5
0，C55，C60，C65，C70， C75，C80
立方体抗 压强度 表示混凝 土Concrete
换算系数 0.95 换算系数 1.05
?立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等
二、混凝土的强度和变形
1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度
?棱柱体轴心抗压强度fck
承压板
标准试块：150×150 ×300（450） 非标准试块：100×100 ×300 200×200 ×300 换算系数 0.95 换算系数 1.05
试 块
?考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，
且有：fck=0.76fcuk (试验结果)
?考虑到构件和试件的区别，取 fck＝0.88α1α2fcuk =0.67fcuk
?对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150, h=300），有fc’=0.79fcu
圆柱体抗 压强度
二、混凝土的强度和变形
2. 单轴受力状态下混凝土的抗拉强度
?混凝土轴心抗拉强度ftk 直接受拉试验ftk
100
150 150 100
500
?试验结果：ftk=0.26fcu k2/3
?考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，加荷 速度等的影响，取ftk=0.23fcu k2/3
二、混凝土的强度和变形
2. 单轴受力状态下混凝土的抗拉强度
劈裂试验fts
F F
?我国根据100mm立方体的
劈裂与抗压试验结果有：
?fts=0.19fcu 3/4
d d
2F f ts ? ?dl
F
fts
F
轴心抗拉强度ftk与立方体抗压强度fcu,k的关系
ftk＝0.88×0.395 fcu,k0.55(1-1.645?) 0.45 × ?2
二、混凝土的强度和变形
3. 复合受力状态下混凝土的抗拉强度
双轴应力下的强度
?2/f
c
1.2 1.0
-0.2
拉 -0.2
?/fc
0.2
0.1
? ? ?
?
?/fc
1.0 1.2 压 -0.1
0.0
0.6
1.0 单轴抗压强度
单轴抗拉强度
?1/fc
双向正应力下的强度曲线
法向应力和剪应力下的强度曲线
二、混凝土的强度和变形
3. 复合受力状态下混凝土的抗拉强度
三向受压时的混凝土强度 圆柱体试验
?1=fcc’ ?2= ?3= fL
fL----侧向约束压 应力（加液压）
f cc ' ? f c '?4.1 f L
无侧向约 束时圆柱 体的单轴 抗压强度
?1=fcc’
有侧向约 束时的抗 压强度
二、混凝土的强度和变形
4. 混凝土的疲劳强度
?3
破坏 fc
f
?2
疲劳强度<fc
?1
?
?fcf的确定原则： 100×100 ×300或 150×150 ×450 的棱柱 体试块承受200万次（或 以上）循环荷载时发生 破坏的最大压应力值
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