(三)鋼筋的種類及其力學(xué)性能
1．鋼筋的品種和級(jí)別
在鋼筋混凝土中，采用的鋼材型式有兩大類：一類是勁性鋼筋，由型鋼(如角鋼、槽鋼、工字鋼等)組成。在鋼筋混凝土構(gòu)件中置人型鋼的稱為勁性鋼筋混凝土，通常在荷重大的構(gòu)件中才采用。另一類是柔性鋼筋，即通常所指的鋼筋。柔性鋼筋又包括鋼筋和鋼絲兩類。鋼筋按外形分為光圓鋼筋和變形鋼筋兩種。鋼筋的品種很多，可分為碳素鋼和普通低合金鋼。碳素鋼按其含碳量的多少，分為低碳鋼(含碳<0.25％)，中碳鋼(含碳0．25％—0．6％)和高碳鋼(含碳0．6％-1．4％)。低碳鋼強(qiáng)度低但塑性好，稱為軟鋼；高碳鋼強(qiáng)度高但塑性、可焊性差，稱為硬鋼。普通低合金鋼，除了含有碳素鋼的元素外，又加入了少量的合金元素，如錳、硅、礬、鈦等，大部分低合金鋼屬于軟鋼。
建筑工程中，常用的鋼筋按加工藝的不同分為：熱軋鋼筋、冷拉鋼筋。冷軋帶肋鋼筋、冷軋扭鋼筋、熱處理鋼筋、碳素鋼絲、刻痕鋼絲、冷拔低碳鋼絲、鋼絞線等。對(duì)熱軋鋼筋，按其強(qiáng)度分為HPB235、HRB335、HRB400、RRB400四種。鋼筋級(jí)別越大強(qiáng)度越高，但塑性越低。HPB235鋼為普通碳素鋼筋，HBB335、HRB400、RRB400級(jí)鋼筋均為普通低合金鋼。
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(diǎn)的鋼筋(一般稱為軟鋼)和無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋(一般稱為硬鋼)。
鋼筋的力學(xué)性能指標(biāo)有4個(gè)，即屈服強(qiáng)度、極限抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和冷彎性能。
(1)屈服強(qiáng)度
對(duì)于軟鋼，取下屈服點(diǎn)的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度。對(duì)無明顯屈服點(diǎn)的硬鋼，設(shè)計(jì)上通常取殘余應(yīng)變?yōu)?.2％時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為假想的屈服點(diǎn)，稱為條件屈服強(qiáng)度，用σ0．2來表示。對(duì)鋼絲和熱處理鋼筋的σ0．2，規(guī)范統(tǒng)一取0.8倍極限抗拉強(qiáng)度。
(2)極限抗拉強(qiáng)度
對(duì)于軟鋼，取應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的點(diǎn)為極限抗拉強(qiáng)度；對(duì)于硬鋼，規(guī)范規(guī)定，將應(yīng)力-應(yīng)變曲線的點(diǎn)作為強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的依據(jù)。
(3)伸長(zhǎng)率
伸長(zhǎng)率是衡量鋼筋塑性性能的一個(gè)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(cè)標(biāo)距長(zhǎng)度；
12--試件經(jīng)拉斷并重新拼合后的量測(cè)得到的標(biāo)距長(zhǎng)度。
應(yīng)變量測(cè)標(biāo)距按規(guī)定有l(wèi)1=5d(d為試件直徑)、l0d，和按固定長(zhǎng)度l00mm三種，相應(yīng)的伸長(zhǎng)率分別為δ5、δ10、δ100，標(biāo)距越短，平均殘余應(yīng)變?cè)酱?，因此，一般?>δ10>δ100。
伸長(zhǎng)率大的鋼筋塑性性能好，拉斷前有明顯的預(yù)兆；伸長(zhǎng)率小的鋼筋塑性性能差，其破壞會(huì)突然發(fā)生，呈脆性特征，具有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋有較大的伸長(zhǎng)率，而無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋伸長(zhǎng)率很小。
(4)冷彎試驗(yàn)
冷彎試驗(yàn)是檢驗(yàn)鋼筋塑性的另一種方法。伸長(zhǎng)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(yàn)的兩個(gè)主要參數(shù)是彎心直徑D和冷彎角度a。將要試驗(yàn)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。冷彎試驗(yàn)合格的標(biāo)準(zhǔn)為在規(guī)定的D和a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(xiàng)指標(biāo)中，對(duì)有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋均須進(jìn)行測(cè)定，對(duì)無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋則只測(cè)定后3項(xiàng)。
3．鋼筋強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值
(1)鋼筋強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值
規(guī)范規(guī)定，鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值具有不小于95％的保證率。
對(duì)熱軋鋼筋和冷軋鋼筋(工程中稱為軟鋼)的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)屈服強(qiáng)度確定，其保證率為 97．73％。
對(duì)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(qiáng)度”。
(2)鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值
將受拉鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以鋼材的材料分項(xiàng)系數(shù)7，后即得受拉鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
熱軋鋼筋的材料分項(xiàng)系數(shù)由可靠度分析確定；其他鋼筋根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)校準(zhǔn)確定；預(yù)應(yīng) 力鋼筋的材料分項(xiàng)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 張拉鋼絲時(shí)允許有5％的鋼絲被拉斷等原因。
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(duì)低、中碳鋼進(jìn)行冷加工，可提高鋼材的強(qiáng)度。
(1)冷拉鋼筋
將鋼筋拉到超過屈服強(qiáng)度的某一應(yīng)力，然后卸荷至零，此時(shí)將產(chǎn)生殘余變形。如立即重新加荷，應(yīng)力-應(yīng)變曲線將沿進(jìn)行，屈服強(qiáng)度提高至，鋼筋冷拉后強(qiáng)度得以提高。如冷拉卸荷后，經(jīng)過一段時(shí)間再加荷，則應(yīng)力-應(yīng)變曲線將沿繼續(xù)進(jìn)行，屈服強(qiáng)度提高，此變化稱為“冷拉時(shí)效”。經(jīng)冷拉時(shí)效后的鋼筋，其強(qiáng)度有所提高而延伸率卻減小了。因此，如果合理地選擇一個(gè)點(diǎn)，就可以使鋼筋強(qiáng)度有所提高的同時(shí)，又保持了一定的塑性。
(2)冷拔鋼絲
將鋼筋施加強(qiáng)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(qiáng)度比原來提高很多，但塑性卻降低。
冷拉只能提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度，因此不宜作為受壓鋼筋，冷拔則可同時(shí)提高鋼材的抗拉及抗壓強(qiáng)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(diǎn)，按其抗拉強(qiáng)度分為L(zhǎng)L550、LL650、LL 800三個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。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(jí)的冷軋帶肋鋼筋，由于強(qiáng)度較低，主要用以代替I級(jí)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。L L650級(jí)和LL 800級(jí)的冷軋帶肋鋼筋，強(qiáng)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—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(qiáng)度過高的鋼筋。這是因?yàn)榛炷恋目估瓘?qiáng)度很低，若鋼筋強(qiáng)度過高，則當(dāng)混凝土中的拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫時(shí)，鋼筋強(qiáng)度還遠(yuǎn)未屈服，致使鋼筋強(qiáng)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HBB400級(jí)和HBB335級(jí)鋼筋，也可采用HPB235級(jí)和RRB400級(jí)鋼筋。
(2)預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用高強(qiáng)的預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鋼絲，也可采用熱處理鋼筋。
對(duì)中、小型構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力鋼筋，宜采用Lift50級(jí)或IL800級(jí)冷軋帶肋鋼筋，也可采用甲級(jí)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值大于300N／mm2時(shí)，仍應(yīng)按300N／mm2取用。
1．鋼筋的品種和級(jí)別
在鋼筋混凝土中，采用的鋼材型式有兩大類：一類是勁性鋼筋，由型鋼(如角鋼、槽鋼、工字鋼等)組成。在鋼筋混凝土構(gòu)件中置人型鋼的稱為勁性鋼筋混凝土，通常在荷重大的構(gòu)件中才采用。另一類是柔性鋼筋，即通常所指的鋼筋。柔性鋼筋又包括鋼筋和鋼絲兩類。鋼筋按外形分為光圓鋼筋和變形鋼筋兩種。鋼筋的品種很多，可分為碳素鋼和普通低合金鋼。碳素鋼按其含碳量的多少，分為低碳鋼(含碳<0.25％)，中碳鋼(含碳0．25％—0．6％)和高碳鋼(含碳0．6％-1．4％)。低碳鋼強(qiáng)度低但塑性好，稱為軟鋼；高碳鋼強(qiáng)度高但塑性、可焊性差，稱為硬鋼。普通低合金鋼，除了含有碳素鋼的元素外，又加入了少量的合金元素，如錳、硅、礬、鈦等，大部分低合金鋼屬于軟鋼。
建筑工程中，常用的鋼筋按加工藝的不同分為：熱軋鋼筋、冷拉鋼筋。冷軋帶肋鋼筋、冷軋扭鋼筋、熱處理鋼筋、碳素鋼絲、刻痕鋼絲、冷拔低碳鋼絲、鋼絞線等。對(duì)熱軋鋼筋，按其強(qiáng)度分為HPB235、HRB335、HRB400、RRB400四種。鋼筋級(jí)別越大強(qiáng)度越高，但塑性越低。HPB235鋼為普通碳素鋼筋，HBB335、HRB400、RRB400級(jí)鋼筋均為普通低合金鋼。
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(diǎn)的鋼筋(一般稱為軟鋼)和無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋(一般稱為硬鋼)。
鋼筋的力學(xué)性能指標(biāo)有4個(gè)，即屈服強(qiáng)度、極限抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和冷彎性能。
(1)屈服強(qiáng)度
對(duì)于軟鋼，取下屈服點(diǎn)的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度。對(duì)無明顯屈服點(diǎn)的硬鋼，設(shè)計(jì)上通常取殘余應(yīng)變?yōu)?.2％時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為假想的屈服點(diǎn)，稱為條件屈服強(qiáng)度，用σ0．2來表示。對(duì)鋼絲和熱處理鋼筋的σ0．2，規(guī)范統(tǒng)一取0.8倍極限抗拉強(qiáng)度。
(2)極限抗拉強(qiáng)度
對(duì)于軟鋼，取應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的點(diǎn)為極限抗拉強(qiáng)度；對(duì)于硬鋼，規(guī)范規(guī)定，將應(yīng)力-應(yīng)變曲線的點(diǎn)作為強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的依據(jù)。
(3)伸長(zhǎng)率
伸長(zhǎng)率是衡量鋼筋塑性性能的一個(gè)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(cè)標(biāo)距長(zhǎng)度；
12--試件經(jīng)拉斷并重新拼合后的量測(cè)得到的標(biāo)距長(zhǎng)度。
應(yīng)變量測(cè)標(biāo)距按規(guī)定有l(wèi)1=5d(d為試件直徑)、l0d，和按固定長(zhǎng)度l00mm三種，相應(yīng)的伸長(zhǎng)率分別為δ5、δ10、δ100，標(biāo)距越短，平均殘余應(yīng)變?cè)酱?，因此，一般?>δ10>δ100。
伸長(zhǎng)率大的鋼筋塑性性能好，拉斷前有明顯的預(yù)兆；伸長(zhǎng)率小的鋼筋塑性性能差，其破壞會(huì)突然發(fā)生，呈脆性特征，具有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋有較大的伸長(zhǎng)率，而無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋伸長(zhǎng)率很小。
(4)冷彎試驗(yàn)
冷彎試驗(yàn)是檢驗(yàn)鋼筋塑性的另一種方法。伸長(zhǎng)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(yàn)的兩個(gè)主要參數(shù)是彎心直徑D和冷彎角度a。將要試驗(yàn)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。冷彎試驗(yàn)合格的標(biāo)準(zhǔn)為在規(guī)定的D和a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(xiàng)指標(biāo)中，對(duì)有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋均須進(jìn)行測(cè)定，對(duì)無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋則只測(cè)定后3項(xiàng)。
3．鋼筋強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值
(1)鋼筋強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值
規(guī)范規(guī)定，鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值具有不小于95％的保證率。
對(duì)熱軋鋼筋和冷軋鋼筋(工程中稱為軟鋼)的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)屈服強(qiáng)度確定，其保證率為 97．73％。
對(duì)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(qiáng)度”。
(2)鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值
將受拉鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以鋼材的材料分項(xiàng)系數(shù)7，后即得受拉鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
熱軋鋼筋的材料分項(xiàng)系數(shù)由可靠度分析確定；其他鋼筋根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)校準(zhǔn)確定；預(yù)應(yīng) 力鋼筋的材料分項(xiàng)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 張拉鋼絲時(shí)允許有5％的鋼絲被拉斷等原因。
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(duì)低、中碳鋼進(jìn)行冷加工，可提高鋼材的強(qiáng)度。
(1)冷拉鋼筋
將鋼筋拉到超過屈服強(qiáng)度的某一應(yīng)力，然后卸荷至零，此時(shí)將產(chǎn)生殘余變形。如立即重新加荷，應(yīng)力-應(yīng)變曲線將沿進(jìn)行，屈服強(qiáng)度提高至，鋼筋冷拉后強(qiáng)度得以提高。如冷拉卸荷后，經(jīng)過一段時(shí)間再加荷，則應(yīng)力-應(yīng)變曲線將沿繼續(xù)進(jìn)行，屈服強(qiáng)度提高，此變化稱為“冷拉時(shí)效”。經(jīng)冷拉時(shí)效后的鋼筋，其強(qiáng)度有所提高而延伸率卻減小了。因此，如果合理地選擇一個(gè)點(diǎn)，就可以使鋼筋強(qiáng)度有所提高的同時(shí)，又保持了一定的塑性。
(2)冷拔鋼絲
將鋼筋施加強(qiáng)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(qiáng)度比原來提高很多，但塑性卻降低。
冷拉只能提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度，因此不宜作為受壓鋼筋，冷拔則可同時(shí)提高鋼材的抗拉及抗壓強(qiáng)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(diǎn)，按其抗拉強(qiáng)度分為L(zhǎng)L550、LL650、LL 800三個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。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(jí)的冷軋帶肋鋼筋，由于強(qiáng)度較低，主要用以代替I級(jí)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。L L650級(jí)和LL 800級(jí)的冷軋帶肋鋼筋，強(qiáng)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—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(qiáng)度過高的鋼筋。這是因?yàn)榛炷恋目估瓘?qiáng)度很低，若鋼筋強(qiáng)度過高，則當(dāng)混凝土中的拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫時(shí)，鋼筋強(qiáng)度還遠(yuǎn)未屈服，致使鋼筋強(qiáng)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HBB400級(jí)和HBB335級(jí)鋼筋，也可采用HPB235級(jí)和RRB400級(jí)鋼筋。
(2)預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用高強(qiáng)的預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鋼絲，也可采用熱處理鋼筋。
對(duì)中、小型構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力鋼筋，宜采用Lift50級(jí)或IL800級(jí)冷軋帶肋鋼筋，也可采用甲級(jí)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值大于300N／mm2時(shí)，仍應(yīng)按300N／mm2取用。