第二章 混凝土结构材料的物理力学性能

2.2.2钢筋的强度与变形

1. 有明显屈服点的钢筋（软钢）

上图所示为有明显流幅的钢筋的应力-应变曲线。图中可见，在A点以前，应力-应变曲线为直线，A点对应的应力称为比例极限。OA为理想弹性阶段，卸载后可完全恢复，无残余变形。过A点后，应变较应力增长得快，曲线开始弯曲，到达B‘ 点后钢筋开始塑流，B‘点称为屈服上限，当点应力降至下屈服点B点，此时，应力基本不增加，而应变急剧增长，曲线出现一个波动的小平台，这种现象称为屈服。B点到C点的水平距离称为流幅或屈服台阶，上屈服点通常不稳定，下屈服点B数值比较稳定，称为屈服点或屈服强度，有明显流幅的热轧钢筋的屈服强度是按下屈服点来确定的。曲线过C点后，应力又继续上升，说明钢筋的抗拉能力又有所提高。曲线达最高点D，相应的应力称为钢筋的极限强度，CD段称为强化阶段。D点后，试件在最薄弱处会发生较大的塑性变形，截面迅速缩小，出现颈缩现象，变形迅速增加，应力随之下降，直至E点断裂破坏。 对有明显屈服点的钢筋，屈服点所对应的应力为屈服强度，是重要的力学指标。在钢筋混凝土结构中，当钢筋超过屈服强度时就会发生很大的塑性变形，此时混凝土结构构件也会出现较大变形或裂缝，导致构件不能正常使用。所以，在计算承载力时，以屈服点作为钢筋强度值。

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2、无明显屈服点的钢筋（硬钢）

上图所示为无明显流幅的钢筋应力-应变曲线，大约在极限抗拉强度的65%以前，应力-应变关系为直线，此后，钢筋表现出塑性性质，直至到曲线最高点之前都没有明显的屈服点，曲线最高点对应的应力称为极限抗拉强度?b。对无明显流幅的钢筋，如预应力钢丝、钢绞线、和热处理钢筋，GB 50010—2002规定在构件承载力设计时，取极限抗拉强度?b的85%作为条件屈服点，加载至该点后对应的残余应变为0.2%，钢筋强度的取值为0.85?b，称条件屈服强度，?b为国家标准规定的极限抗拉强度。钢筋的伸长率、冷弯性能的概念与有明显流幅的钢筋相同。

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3、钢筋的塑性变形能力

钢筋除了要有足够的强度外，还应具有一定的塑性变形能力，通常用伸长率和冷弯性能两个指标衡量钢筋的塑性。

伸长率：钢筋拉断后的伸长值与原长的比率称为伸长率，表示材料在破坏时产生的应变大小，伸长率越大，说明材料的塑性越好。用公式表示为：

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l?l0l0

冷弯性能是指钢筋在常温下达到一定弯曲程度而不破坏的能力。冷弯试验是将直径为d的钢筋绕弯芯直径D弯曲到规定的角度，通过检查被弯曲后的钢筋试件是否发生裂纹、断裂及起层来判断合格与否，如下图所示。弯芯的直径D越小，弯转角越大，说明钢筋的塑性越好。国家标准规定了各种钢筋必须达到的伸长率和冷弯时相应的弯心直径和弯曲角的要求。有关参数可参照相应的国家标准。

有时还用钢筋的屈强比反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.6~0.7。

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2.2.3钢筋应力－应变曲线的数学模型 1、描述完全弹塑性的双直线模型

有明显屈服点钢筋的应力-应变关系、流幅较长的低强度钢材一般可采用双线性的理想弹塑性关系。

图中，B点为屈服下限，BC段为完全塑性阶段，化起点，对应的应变为?s,h。

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C点为应力强