钢筋基本知识

三四二一五一、钢筋的基本知识目录一、钢筋的分类及钢筋符号二、钢筋的拉伸试验三、钢筋的机械性能四、钢筋的设计参数五、钢筋与混凝土共同工作的原理六、钢筋的锚固七、钢筋的连接一、钢筋的分类1.钢筋的分类(1)按力学性能①Ⅰ级钢筋-300/420级②Ⅱ级钢筋-335/455级③Ⅲ级钢筋-400/540级④Ⅳ级钢筋-500/630级分子是屈服强度，分母是抗拉强度，单位是Mpa。(2)按直径大小钢丝（直径3~5mm）、细钢筋（直径6~10mm）、粗钢筋（直径大于22m）。(3)按在结构中的作用受压钢筋、受拉钢筋、架立钢筋、分布钢筋、箍筋等。(4)按生产工艺及轧制外形热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋。它的横截面通常为圆形，且表面带有两条纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋，当横肋的纵截面呈月牙形，且与纵肋不相交时，称为月牙形钢筋；当横肋的纵截面高度相等，且与纵肋相交时，称为等高肋钢筋，其形状见图1-1和图1-2。Ⅱ、Ⅲ级带肋钢筋，采用月牙肋表面形状。余热处理钢筋余热处理钢筋是指将钢材热轧成型后立即穿水，进行表面冷却控制，然后利用芯部余热自身完成回火处理所得的成品钢筋，它也是带肋钢筋，目前仅有月牙钢筋，其钢筋表面及截面形状与热轧带肋钢筋相同，余热处理带肋钢筋的级别为Ⅲ级。热轧光圆钢筋普通低碳钢热轧圆盘条(5)按钢筋的外形分类普通钢筋：光面(圆)钢筋、变形钢筋（麻面：月牙纹、螺纹及人字纹）。光圆钢筋螺纹钢筋人字纹钢筋月牙纹钢筋钢丝和钢绞线用作预应力混凝土结构的钢筋：由直径为4-10mm，捻制成钢绞线后也不超过15mm。由2股、3股、7股钢丝捻制而成，均可盘成卷状。钢丝（直径≤φ5mm），钢筋（直径φ5mm）2.钢筋符号HPB300——，(Ⅰ级钢)热轧光圆钢筋HRB335——，(Ⅱ级钢)热轧带肋钢筋HRBF335——F，(Ⅱ级钢)细晶粒热轧带肋钢筋HRB400——，(Ⅲ级钢)热轧带肋钢筋HRBF400——F，(Ⅲ级钢)细晶粒热轧带肋钢筋RRB400——R，(Ⅲ级钢)余热处理带肋钢筋HRB500——，(Ⅳ级钢)普通热轧带肋钢筋HRBF500——F，(Ⅳ级钢)细晶粒热轧带肋钢筋H、P、R、B、F、E分别为热轧（Hotrolled）、光圆（Plain）、带肋（Ribbed）钢筋（Bars）、细粒（Fine）、地震（Earthquake）5个词的英文首位字母。S--------钢绞线S——StrandP---------光面钢丝P——PlainI---------刻痕钢丝I——IndentedH--------螺旋肋钢丝H——HelixHT--------热处理钢筋HT——Heat-treated2.2钢筋的物理力学性能预应力钢筋的符号二、钢筋的拉伸试验钢筋主要机械性能的各项指标是通过静力拉伸试验和冷弯试验来获得的。由静力拉伸试验得出的应力一应变曲线，是描述钢筋在单向均匀受拉下工作特性的重要方式，静力拉伸试验是由四个阶段组成的（见图1-3）。1.弹性阶段（0-A）从图1-3中可以看出，在OA范围内，拉力增加，变形也增加；卸去拉力，试件能恢复原状。材料在卸去外力后能恢复原状的性质，叫做弹性。因此，这一阶段叫做弹性阶段。弹性阶段的最高点（图中的A点）所对应的应力称为弹性极限，因弹性阶段的应力与应变成正比，所以也称比例极限，用f0表示。2.屈服阶段（A-B）当应力超过比例极限后，应力与应变不再成比例增加，开始时图形还接近直线，而后形成接近于水平的锯齿形线，这时，应力在很小的范围内波动，而应变急剧地增长，这种现象好象钢筋对于外力屈服了一样，所以，这一阶段叫做屈服阶段（A-B）。在屈服阶段，钢筋的性质由弹性转化为塑性，如将外力卸去，试件的变形不能完全恢复。不能恢复的变形称为残余变形或称塑性变形。3.强化阶段（B-C）钢筋拉试验过了第二阶段即屈服阶段以后，钢筋内部组织发生了剧烈的变化，重新建立了平衡，钢筋抵抗外力的能力又有了很大的增加。应力与应变的关系表现为上升的曲线，这个阶段称为强化阶段。与强化阶段最高点C相对应的应力就是钢筋的极限强度，称为抗拉强度，用fu表示。4、颈缩阶段（C-D）当应力达到拉伸曲线的最高点C后，试件的薄弱截面开始显著缩小，产生颈缩现象（见图1-4），即进入颈缩阶段。由于试件颈缩处截面急剧缩小，能承受的拉力随着下降，塑性变形迅速增加，最后该处发生断裂。图1-3是软钢（I-Ⅳ级钢筋属于软钢）的拉伸曲线图。在软钢中，钢筋的屈服阶段较为明显；而硬钢（碳素钢丝、刻痕钢丝、冷拔低碳钢丝属于硬钢）在拉伸试验中屈服则很不明显，也没有明显的屈服点，如图1-5所示。两者对比，可以看出，硬钢的特点是抗拉强度高和伸长率小，没有明显的屈服阶段，弹性阶段长从图1-5中可以看出，a点以前为弹性阶段，a点应力称比例极限（约为极限强度的0.65倍）。a点以后，钢筋表现出一定的塑性，到b点达到极限强度，b点以后会因“颈缩”现象而具有下降阶段bc.而塑性阶段短，试件破坏时没有明显的信号而突然断裂。因此，在构件中采用硬钢配筋时，必须注意这些特点。三、钢筋的机械性能钢筋的机械性能通过试验来测定，微量钢筋质量标准的机械性能有屈服点、抗拉强度、伸长率，冷弯性能等指标。1、屈服点(fy)当钢筋的应力超过屈服点以后，拉力不增加而变形却显著增加，将产生较大的残余变形时，以这时的拉力值除以钢筋的截面积所得到的钢筋单位面积所承担的拉力值，就是屈服点σs。2、抗拉强度（fu）抗拉强度就是钢筋被拉断前所能承担的最大拉力值除以钢筋截面积所得的拉力值，抗拉强度又称为极限强度。它是应力一应变曲线中最大的应力值，是钢筋机械性能中必不可少的保证项目。因为：（1）抗拉强度是钢筋在承受静力荷载的极限能力，可以表示钢筋在达到屈服点以后还有多少强度储备，是抵抗塑性破坏的重要指标。（2）钢筋有熔炼、轧制过程中的缺陷，以及钢筋的化学成分含量的不稳定，常常反映到抗拉强度上。（3）抗拉强度的高低，对钢筋混凝土结构抵抗反复荷载的能力有直接影响。3、伸长率伸长率是应力一应变曲线中试件被拉断时的最大应变值，又称延伸率，它是衡量钢筋塑性的一个指标，与抗拉强度一样，也是钢筋机械性能中必不可少的保证项目。伸长率的计算，是钢筋在拉力作用下断裂时，被拉长的那部分长度占原长的百分比。把试件断裂的两段拼起来，可量得断裂后标距段长L1(见图1-6），减去标距原长L0就是塑性变形值，此值与原长的比率用δ表示，即伸长率δ值越大，表明钢材的塑性越好。伸长率与标距有关，对热轧钢筋的标距取试件直径的10倍长度作为测量的标准，其伸长率以δ10表示。对于钢丝取标距长度为100mm作为测最检验的标准，以δ100表示。对于钢绞线则为δ200。4、冷弯性能冷弯性能是指钢筋在经冷加工（即常温下加工）产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。冷弯试验是测定钢筋在常温下承受弯曲变形能力的试验。试验时不应考虑应力的大小，而将直径为d的钢筋试件，绕直径为D的弯心（D规定有1d、3d、4d、5d）弯成180°或90°（见图1-7）。然后检查钢筋试样有无裂缝、鳞落、断裂等现象，以鉴别其质量是否合乎要求，冷弯试验是一种较严格的检验，能揭示钢筋内部组织不均匀等缺陷。四、钢筋的设计参数1.普通钢筋的强度标准值按下表采用2.普通钢筋的强度设计值按下表采用当构件中配有不同种类的钢筋时，每种钢筋应采用各自的强度设计值。横向钢筋的抗拉强度设计值fyv应按表中fy的数值采用；当用作受剪、受扭、受冲切承载力计算时，其数值大360时应取360。3.普通钢筋在最大力下的总伸长率δgt不应小于下表中的数值：4.弹性模量弹性是指金属品格受力后发生畸变。即在和方向，原子间距离增大或缩短（拉伸或压缩)，但在作用力去除后能恢复原状的一种性能。弹性的大小用弹性模量表示，弹性模量是物质本身固有的一种量。当材料的单向拉伸应力超过材料的比例极限时，材料的应力与应变成正比，该比例常数E称为弹性模量。下表为各种钢筋的弹性模量。五、钢筋与混凝土共同工作的原理混凝土与钢筋的粘结是指钢筋与周围混凝土之间的相互作用，主要包括沿钢筋长度的粘结与钢筋端部的锚固两种方式。混凝土与钢筋之间的粘结是二者形成整体、协调工作的基础。1.粘结力在受力时钢筋与混凝土接触面上产生剪应力以抵抗钢筋与混凝土相对位移，这种剪应力称为粘结力。粘结力包括：化学胶结力、摩阻力和机械咬合力构成粘结力。光圆钢筋的粘结力主要是胶结力；带肋钢筋粘结力主要来自摩阻力；变形钢筋的粘结力以机械咬合力为主。2.锚固建筑大体分为三大结构体系：框架结构、剪力墙结构、砌体结构。六大构件系统：基础、柱、梁、墙、板、楼梯。构件无支座时：钢筋收头或封边，有支座时：在支座内锚固。锚固长度的基本原则是：在钢筋受力屈服的同时正好发生锚固破坏。锚固方式：直锚、弯锚、机械锚固。(1)常用锚固长度计算公式《混凝土结构设计规范》（GB50010）中锚固长度计算公式：yatfldf钢筋类型光面钢筋-带钩带肋钢筋螺旋肋钢筋三股钢绞线七股钢绞线0.160.140.130.160.17—钢筋外形系数(2)11G101-1中关于锚固长度的规定基本锚固长度的确定与环境类别、混凝土强度、钢筋强度、混凝土保护层厚度、抗震类别等因素有关。11G101-1中规定的受拉钢筋基本锚固长度见下表：(3)钢筋弯钩和机械锚固的形式和技术要求当纵向受拉普通钢筋末端采用弯钩或机械锚固措施时，包括弯钩或锚固端头在内的锚固长度（投影长度）可取为基本锚固长度的60%。弯钩和机械锚固的形式和技术要求应符合下表的规定。七、钢筋的搭接1.搭接方式：绑扎搭接：算量时计算搭接长度；机械连接：算量时计算接头个数；焊接：算量时计算接头个数。2.搭接原则：受力钢筋接头设置在受力较小处；相邻绑扎接头宜错开，接头端面保持一定间距。3.机械连接接头机械连接接头有套筒挤压连接技术、锥螺纹连接技术及直螺纹连接技术等。3.机械连接注意事项(1)机械连接接头连接区段长度取为35d；(2)同一连接区纵向受拉钢筋接头面积百分比不宜大于50%，纵向受压钢筋不受限制；(3)直接承受动力荷载的接头。面积百分比不宜大于50%；(4)机械连接接头连接件的混凝土保护层厚度宜满足纵向受力钢筋的最小保护层厚度的要求。4.焊接接头注意事项(1)纵向钢筋焊接接头应相互错开。连接区段长度35d，且不小于500mm；(2)同一连接区焊接接头面积百分比，对于受拉钢筋接头，不宜大于50%，受压钢筋接头面积百分比不受限制；(3)需进行疲劳验算的构件，如吊车梁等，起纵向受拉钢筋不得采用绑扎搭接接头，也不宜采用焊接接头，且严禁在钢筋上焊有任何附件。5.钢筋搭接注意事项（1）受力筋的接头宜设在受力较小处；同一受力筋上宜少设接头；结构重要构件和关键传力部位，纵向受力筋不宜设接头。（2）轴心受拉及小偏心受拉杆件的纵向受力筋不得采用绑扎搭接；其他构件中的钢筋采用绑扎搭接时，受力筋直径不宜大于25mm，受压钢筋直径不宜大于28mm。（3）同一构件中相邻纵向受力筋的绑扎搭接接头互相错开。（4）纵向受力筋的机械连接接头宜相互错开。钢筋机械连接区段长度为35d，d为连接钢筋的较小直径。凡接头中点位于连接区段长度内的机械连接接头均属于同一连接区段。位于同一连接区段内的纵向受拉筋接头面积百分率不宜大于50%；但对板、墙、柱及预制构件连接处，可根据实际情况放款，纵向受压钢筋的接头百分率可不受限制。（5）构件中的纵向受压钢筋当采用搭接时，其受压搭接长度不应小于纵向受力筋搭接长度的70%，且不应小于200mm。（6）机械连接套筒的保护层厚度宜满足有关钢筋最小保护层厚度的规定。机械连接套筒的横向净间距不宜小于25mm；套筒处箍筋的间距仍应满足相应的构造要求。（7）直接承受动力荷载结构构件中的机械连接接头，除应满足设计要求的抗疲劳性能外，位于同一连接区段内的纵向受力钢筋接头面积百分率不应大于50%。（8）余热处理钢筋不宜焊接。纵向受力钢筋的焊接接头应相互错开。钢筋焊接接头连接区段的长度为35d且不小于500mm，d为连接钢筋的较小直径，凡接头中点位于该连接区段长度内的焊接接头均属于同一连接