2．鋼筋的應(yīng)力—應(yīng)變曲線和力學(xué)性能指標(biāo)
鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中所用的鋼筋可分為兩類：有明顯屈服點的鋼筋(一般稱為軟鋼)和無明顯屈服點的鋼筋(一般稱為硬鋼)。

　有明顯屈服點的鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖11-30所示。圖中，a點以前應(yīng)力與應(yīng)變按比例增加，其關(guān)系符合虎克定律，這時如卸去荷載，應(yīng)變將恢復(fù)到0，即無殘余變形，a點對應(yīng)的應(yīng)力稱為比例極限；過ad點后，應(yīng)變較應(yīng)力增長為快；到達(dá)b點后，應(yīng)變急劇增加，而應(yīng)力基本上不變，應(yīng)力—應(yīng)變曲線呈現(xiàn)水平段cd，鋼筋產(chǎn)生相當(dāng)大的塑性變形，此階段稱為屈服階段。b、c兩點分別稱為上屈服點和下屈服點。由于上屈服點b為開始進(jìn)入屈服階段的應(yīng)力，呈不穩(wěn)定狀態(tài)，而下屈服點c比較穩(wěn)定，因此，將下屈服點c的應(yīng)力稱為“屈服強度”。當(dāng)鋼筋屈服塑流到一定程度，即到達(dá)圖中的d點，cd段稱為屈服臺階，過d點后，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系又形成上升曲線，但曲線趨平，其最高點為e，de段稱為鋼筋的“強化階段”，相應(yīng)于e點的應(yīng)力稱為鋼筋的極限強度，過e點后，鋼筋薄弱斷面顯著縮小，產(chǎn)生“頸縮”現(xiàn)象(圖11-31)，此時變形迅速增加，應(yīng)力隨之下降，直至到達(dá)f點時，鋼筋被拉斷。

　鋼筋的力學(xué)性能指標(biāo)有4個，即屈服強度、極限抗拉強度、伸長率和冷彎性能。
(1)屈服強度
如上所述，對于軟鋼，取下屈服點c的應(yīng)力作為屈服強度。對無明顯屈服點的硬鋼，設(shè)計上通常取殘余應(yīng)變?yōu)?．2％時所對應(yīng)的應(yīng)力作為假想的屈服點，稱為條件屈服強度，用σ0．2來表示。對鋼絲和熱處理鋼筋的0．2，規(guī)范統(tǒng)一取0．8倍極限抗拉強度。
　(2)極限抗拉強度
對于軟鋼，取應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的最高點e為極限抗拉強度；對于硬鋼，規(guī)范規(guī)定，將應(yīng)力—應(yīng)變曲線的最高點作為強度標(biāo)準(zhǔn)值的依據(jù)。
(3)伸長率
伸長率是衡量鋼筋塑性性能的一個指稱，用δ表示。δ為鋼筋試件拉斷后的殘余應(yīng)變，其值為：

　式中 l1——鋼筋試件受力前的量測標(biāo)距長度；
12——試件經(jīng)拉斷并重新拼合后的量測得到的標(biāo)距長度。
應(yīng)變量測標(biāo)距按規(guī)定有l(wèi)1=5d(d為試件直徑)、10d，和按固定長度100mm三種， 相應(yīng)的伸長率分別為δ5、δ10、δ100，標(biāo)距越短，平均殘余應(yīng)變越大，因此，一般δ5>δ10>δ100。
伸長率大的鋼筋塑性性能好，拉斷前有明顯的預(yù)兆；伸長率小的鋼筋塑性性能差，其破壞會突然發(fā)生，呈脆性特征，具有明顯屈服點的鋼筋有較大的伸長率，而無明顯屈服點的鋼筋伸長率很小。
　(4)冷彎試驗
冷彎試驗是檢驗鋼筋塑性的另一種方法。伸長率一般不能反映鋼筋的脆化傾向，而冷彎性能可間接地反映鋼筋的塑性性能和內(nèi)在質(zhì)量。冷彎試驗的兩個主要參數(shù)是彎心直徑D和冷彎角度α。將要試驗的鋼筋(直徑為d)繞某一規(guī)定直徑的鋼輥軸(直徑為D)進(jìn)行彎曲(圖11-33)。冷彎試驗合格的標(biāo)準(zhǔn)為在規(guī)定的D和α下冷彎后的鋼筋無裂紋、鱗落或斷裂現(xiàn)象。

　上述鋼筋的4項指標(biāo)中，對有明顯屈服點的鋼筋均須進(jìn)行測定，對無明顯屈服點的鋼筋則只測定后3項�！�3．鋼筋強度的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值
(1)鋼筋強度的標(biāo)準(zhǔn)值
規(guī)范規(guī)定，鋼筋強度標(biāo)準(zhǔn)值具有不小于95％的保證率。
對熱軋鋼筋和冷軋鋼筋(工程中稱為軟鋼)的強度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)屈服強度確定，其保證率為97．73％。
對鋼絲、鋼絞線、冷拔低碳鋼絲、熱處理鋼筋、冷軋帶肋鋼筋(工程中稱為硬鋼)，取殘余應(yīng)變?yōu)?．2％的應(yīng)力σ0.2作為“條件屈服強度”。
(2)鋼筋強度的設(shè)計值
將受拉鋼筋的強度標(biāo)準(zhǔn)值除以鋼材的材料分項系數(shù)γs后即得受拉鋼筋的強度設(shè)計值。
熱軋鋼筋的材料分項系數(shù)由可靠度分析確定；其他鋼筋根據(jù)工程經(jīng)驗校準(zhǔn)確定；預(yù)應(yīng)鋼筋的材料分項系數(shù)在取值上略高于非預(yù)應(yīng)力鋼筋，主要是考慮其質(zhì)量還不夠穩(wěn)定以及拉鋼絲時允許有5％的鋼絲被拉斷等原因。
鋼筋抗壓強度設(shè)計值f’y的取值原則是以鋼筋壓應(yīng)變ε’s=0．002作為取值條件，并取f’y=Esε’s和f’y=fy中的較小值。
熱軋鋼筋的強度標(biāo)準(zhǔn)值系根據(jù)屈服強度確定，用fyk表示。預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鋼絲和熱處理鋼筋的強度標(biāo)準(zhǔn)值系根據(jù)極限抗拉強度確定，用fptk表示。
普通鋼筋的強度標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值應(yīng)按《混凝土規(guī)范》表4．2．2-1采用；預(yù)應(yīng)力鋼筋的強度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按表4．2．2-2采用。普通鋼筋強度設(shè)計值fy、f’y預(yù)應(yīng)力鋼筋強度設(shè)計值fpy，f’py，分別按《混凝土規(guī)范》表4．2．3-1和表4．2．3-2采用。
4．鋼筋的冷加工
對低、中碳鋼進(jìn)行冷加工，可提高鋼材的強度。
(1)冷拉鋼筋
將鋼筋拉到超過屈服強度的某一應(yīng)力，如圖11-34中的點a，然后卸荷至零，此時將產(chǎn)生殘余變形oo’。如立即重新加荷，應(yīng)力-應(yīng)變曲線將沿o’acd進(jìn)行，屈服強度提高至a點，鋼筋冷拉后強度得以提高。如冷拉至a點卸荷后，經(jīng)過一段時間再加荷，則應(yīng)力—應(yīng)變曲線將沿o’a’c’d’進(jìn)行，屈服強度提高至a’點，aa’的變化稱為“冷拉時效”。從圖中可以看出，經(jīng)冷拉時效后的鋼筋，其強度有所提高而延伸率卻減小了。因此，如果合理地選擇一個a點，就可以使鋼筋強度有所提高的同時，又保持了一定的塑性。
(2)冷拔鋼絲
將鋼筋施加強力，使其通過比其直徑小的硬質(zhì)合金拔絲模，就可拔成直徑較細(xì)的鋼絲。經(jīng)多次冷拔后，鋼絲的強度比原來提高很多，但塑性卻降低。
圖11-35表示將φ6的I級鋼筋經(jīng)過三次冷拔到φ3鋼絲的應(yīng)力—應(yīng)變曲線的比較。經(jīng)過冷拔后，鋼絲沒有明顯的流幅，強度雖然由260N／㎜2提高到750N／mm2，但延伸率卻由21．9％降為3．3％。這種將I級鋼經(jīng)冷拔而成的鋼絲稱為冷拔低碳鋼絲。


　冷拉只能提高鋼筋的抗拉強度，因此不宜作為受壓鋼筋，冷拔則可同時提高鋼材的抗拉及抗壓強度。
(3)冷軋帶肋鋼筋
冷軋帶肋鋼筋是將熱軋圓盤條經(jīng)過冷軋或冷拔減輕后，在其表面形成三面(或兩面)有肋的鋼筋，肋呈月牙形。
冷軋帶肋鋼筋屬硬鋼，無明顯的屈服點，按其抗拉強度分為LL350、LL650、LL800三個強度等級。由于表面帶肋，故增加了鋼筋與混凝土之間的咬合力，具有良好的錨固性能。
LL550級的冷軋帶肋鋼筋，由于強度較低，主要用以代替I級光面鋼筋，可用于板的受力筋或梁的架立筋中，直徑一般為4～12mm。LL650級和LL800級的冷軋帶肋鋼筋，強度較高，可用于取代冷拔鋼絲用于預(yù)應(yīng)力中，小型構(gòu)件中，直徑一般為4～6mm�！� 5．鋼筋材料的選用
鋼筋混凝土材料中不宜采用強度過高的鋼筋。這是因為混凝土的抗拉強度很低，若鋼筋強度過高，則當(dāng)混凝土中的拉應(yīng)力超過抗拉強度而產(chǎn)生裂縫時，鋼筋強度還遠(yuǎn)未屈服，致使鋼筋強度不能充分發(fā)揮作用。鋼筋的采用可參照下述規(guī)定：
(1)普通鋼筋(普通鋼筋系指用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的非預(yù)應(yīng)力鋼筋)宜采用HRB400級和HRB335級鋼筋，也可采用HPB235級和RRB400級鋼筋。
(2)預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用高強的預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鋼絲，也可采用熱處理鋼筋。
對中、小型構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力鋼筋，宜采用LL650級或LL800級冷軋帶肋鋼筋，也可采用甲級冷拔低碳鋼絲。
(3)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，軸心受拉和小偏心受拉構(gòu)件的鋼筋抗拉強度設(shè)計值大于300N／mm2時，仍應(yīng)按300N／mm2取用。
(四)鋼筋的混凝土之間的黏結(jié)力
鋼筋混凝土構(gòu)件在外力作用下，在鋼筋與混凝土接觸面上將產(chǎn)生剪應(yīng)力，這種剪應(yīng)力稱為黏結(jié)力。
鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力由以下三部分組成：
(1)由于混凝土收縮將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力；
(2)由于混凝土顆粒的化學(xué)作用產(chǎn)生的混凝土與鋼筋之間的膠合力；
(3)由于鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機械咬合力。
上述三部分中，以機械咬合力作用最大，約占總黏結(jié)力的一半以上。變形鋼筋比光圓鋼筋的機械咬合力作用大。此外，鋼筋表面的輕微銹蝕也可增加它與混凝土的黏結(jié)力。

　黏結(jié)力的測定通常采用拔出試驗方法(圖11-36)。將鋼筋的一端埋人混凝土內(nèi)，在另一端施加拉力將鋼筋拔出，則粘結(jié)強度為：

　式中 P——拔出力；
d——鋼筋直徑；
J——鋼筋埋人長度。
根據(jù)拔出試驗可知：
(1)粘結(jié)應(yīng)力按曲線分布，最大粘結(jié)應(yīng)力在離試件端頭某一距離處，且隨拔出力的大小而變化；
(2)鋼筋錨入長度越長，拔出力越大，但埋入過長時則尾部的黏結(jié)應(yīng)力很小，甚至為零；
　(3)粘結(jié)強度隨混凝土強度等級的提高而增大；
　(4)帶肋鋼筋的黏結(jié)強度比光圓鋼筋的大。根據(jù)試驗資料，光圓鋼筋的黏結(jié)強度為1．5～3．5N／mm2，螺紋鋼筋的黏結(jié)強度為2．5～6．ON／mm2，其中較大的值系由較高的混凝土強度等級所得。
(5)在光圓鋼筋末端做彎鉤可以大大提高拔出力。