第二章 钢筋与混凝土材料的物理力学性能
   混凝土结构是由钢筋、混凝土两种力学性能不同的材料组成的。为了掌握混凝土结构的受力特征、计算原理和设计方法，必须了解钢筋和混凝土各自的力学性能和二者共同工作的机理。
   {dy}节 钢  筋
   一、钢筋的化学成分、种类和等级
   建筑用的钢筋，要求具有较高的强度，良好的塑性，以便于加工和焊接。掌握钢筋的化学成分、生产工艺和加工条件，弄清钢筋的种类和强度等级，才能选到具有上述性能的钢筋。
   钢筋的化学成分主要是铁，在炼制过程中，不可避免地包含了一些其它的化学元素，如少量的碳、硅、锰、硫、磷等。有时为了改善钢筋的性能，需要加入其它一些化学元素，如少量的合金元素硅、锰、钛、钒、铬等。因此在钢筋混凝土中采用的钢材，按照钢筋的化学成分不同，町以分为碳素钢和普通低合金钢。碳素钢根据钢中含碳量的多少，又可以划分为低碳钢(含碳量<0．25％)、中碳钢(含碳量0．25％--0．6％)和高碳钢(含碳量0．6％--1．4％)。含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性越低，反之则强度越低，塑性和可焊性好。在建筑工程中，主要使用低碳钢和中碳钢。在普通碳素钢的基础上，加入少量的合金元素，可以有效地提高钢材的强度和改善钢材的其它性能，这就是所谓的普通低合金钢，如在钢中加入少量锰、硅元素可提高钢的强度，并能保持一定的塑性。在钢中加入少量的钛、钒可显著提高钢的强度，并可提高其塑性和韧性，改善焊接性能。目前，我国普通低合金钢按其加入元素的种类划分为以下体系：锰系(20锰硅、25锰硅)；硅钒系(40硅2锰钒、45硅锰钒)；硅钛系(45硅2锰钛)；硅锰系(40硅2锰、48硅2锰)；硅铬系(45硅2铬)。在钢的冶炼过程中，会出现xx不掉的有害元素：磷和硫。它们的含量过多会使钢的塑性变差，易于脆断，并影响焊接质量。所以，合格的钢筋产品必须按相关标准限制这两种元素的含量，通常热轧带肋钢筋的磷和硫含量均不大于0．045％。
   《规范》规定钢筋混凝土结构(包括预应力钢筋混凝土结构)中用的钢筋有以下几种：
   (1)热轧钢筋：是低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成，包括光圆钢筋和带肋钢筋。等级分为HPB235级(1级)，HRB335级(Ⅱ级)，HRB400级(Ⅲ级)。
   (2)余热处理钢筋：热轧后立即穿水，进行表面控制冷却，然后利用芯部余热自身完成闩火处理所得的成品钢筋。钢筋混凝土中常用RRI~00级。
   (3)热处理钢筋：是将热轧钢筋在通过加热、淬火和回火等调质工艺处理的钢筋。热处理后钢筋强度能得到较大幅度的提高，而塑性降低并不多；常用的有三种，分别是
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40si2Mn，48Si2Mn，45Si2Cr。
   (4)冷轧带肋钢筋：采用强度较低、塑性较好的普通低碳钢或低合金钢热轧圆盘条作为母材，经冷轧减径后其表面形成二面或三面有月牙肋的钢筋，根据其力学指标的高低，分为LIJ50，L“50，LL800三种。
   《规范》规定预应力钢筋混凝土结构中用的钢丝按外形有下列几类：
   (1)光面钢丝(xx应力钢丝)：是用高碳xx钢轧制成圆盘后经过多道冷拔并进行应力xx矫直回火处理而成。
   (2)刻痕钢丝：在光面钢丝的表面上进行机械刻痕处理，以增加与混凝土的粘结能力。
   (3)螺旋肋钢丝：是用普通低碳钢或低合金钢热轧的圆盘条作为母材，经冷轧减径在其表面形成二面或三面有月牙肋的钢丝。
   (4)钢绞线：是由多根高强钢丝捻制在一起并经低温回火处理xx内应力后而制成。可分为2股、3股、7股3种，

   另外，为节约钢材，可以采用冷加工的办法提高热轧钢筋的强度，常用的冷加工方法有冷拉或冷拔。冷拉钢筋的冷拉应力值必须超过钢筋的屈服强度，例如将钢筋拉到超过屈服强度的一定应力水平(如图2-1所示K点)，然后卸荷为零，应力—应变关系曲线沿直线下降，但最终无法回归零点，这时钢筋存在残余变形。如果立即重新张拉时，应力—应变曲线中的曲折点应力比初始的曲折点应力有所提高。如果卸载后停留一段时间再张拉时，则应力—应变曲线将沿新的曲线变化，其屈服点有一定程度的提高(如图2-1所示K，点)，这就是所谓的时效硬化。时效硬化和温度有很大关系，如HPB235钢时效硬化在常温时需要20天，若温度为100℃时，仅需要2个小时即可完成；但是如果继续加温有可能产生相反的效果，如加温至450C时强度反而有所降低，塑性性能有所增加。加温至700C时，钢材会恢复到冷拉前的力学性能，即失去了冷拉的意义。为了避免冷拉钢筋在焊接时由于高温软化，应将需要冷拉的钢筋先行焊接再进行冷拉。钢筋经过时效硬化后，能提高其抗拉屈服强度，但其塑性却有所降低，为了保证钢筋冷拉后既提高强度又保证其一定的塑性水平，冷拉时对适宜的冷拉卸荷启的选择是很重要的，该点的应力水平称为冷拉控制应力，对应的应变为冷拉率。冷拉时要控制好应力和应变。
   冷拔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，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，经过几次冷拔，钢丝的抗拉和抗压强度强度都比原来有很大提高，但塑性降低很多。冷拔后的钢丝没有明显的屈服点和流幅，如图2-2所示。
   由于近年来，我国强度高、性能好的钢筋(钢丝、钢绞线)已可充分供应，因此冷拔低碳钢丝和冷拉钢筋山于其陛能缺陷未列入《规范》，另外冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋因亦有了专