图2-20骨料对徐变的影响 2》)环境因素一养护及使用时的温度、湿度 养护时温度高、湿度大，水泥水化作用充分，徐变越小：而使用受到荷载作用 后所处的环境温度越高、湿度越低，则徐变越大。 3)应力条件—混凝土的应力大小 混凝土的应力越大徐变也越大。 (⑤)徐变对混凝土结构和构件的工作性能的影响 由于混凝土的徐变，会使构件的变形增加，在钢筋混凝土截面中引起应力重分 布。在预应力混凝土结构中会造成预应力损失。 3.混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形） 混凝土的疲劳是在荷载重复作用下产生的。混凝士在荷载重复作用下引起的破 坏称为疲劳破坏。疲劳现象大量存在于工程结构中，钢筋混凝土吊车梁受到重复荷 载的作用，钢筋混凝土道桥受到车辆振动的影响以及港口海岸的混凝土结构受到波 浪冲击而损伤等都属于疲劳破坏现象。疲劳破坏的特征是裂缝小而变形大。 (1)混凝土在荷载重复作用下的应力-一应变曲线 1)0,或o2<f。时：对混凝土棱柱体试件，一次加载应力0，或o2小于混凝 土疲劳强度f时，其加载卸载应力-一应变曲线OB形成了一个环状。而在多次加载、 卸载作用下，应力-一应变环会越来越密合，经过多次重复，这个曲线就密合成一条 直线。 2)0>时：开始，混凝土应力-应变曲线凸向应力轴，在重复荷载过程中 逐渐变成直线，再经过多次重复加卸载后，其应力一应变曲线由凸向应力轴而逐渐 凸向应变轴，以致加卸载不能形成封闭环，这标志着混凝土内部微裂缝的发展加剧 趋近破坏。随着重复荷载次数的增加，应力一应变曲线倾角不断减小，至荷载重复 到某一定次数时，混凝土试件会因严重开裂或变形过大而导致破坏。 图2-21混凝土在重复荷载作用下的应力一应变曲线 (2)混凝土的疲劳强度f。 1)测定方法 混凝土的疲劳强度用疲劳试验测定。疲劳试验采用100mm×100mm×300mm或 150mm×150mm×450mm的棱柱体，把能使棱柱体试件承受200万次或其以上循环荷载 16
16 图2-20 骨料对徐变的影响 2) 环境因素──养护及使用时的温度、湿度 养护时温度高、湿度大，水泥水化作用充分，徐变越小；而使用受到荷载作用 后所处的环境温度越高、湿度越低，则徐变越大。 3) 应力条件──混凝土的应力大小 混凝土的应力越大徐变也越大。 (5) 徐变对混凝土结构和构件的工作性能的影响 由于混凝土的徐变，会使构件的变形增加，在钢筋混凝土截面中引起应力重分 布。在预应力混凝土结构中会造成预应力损失。 3. 混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形） 混凝土的疲劳是在荷载重复作用下产生的。混凝土在荷载重复作用下引起的破 坏称为疲劳破坏。疲劳现象大量存在于工程结构中，钢筋混凝土吊车梁受到重复荷 载的作用，钢筋混凝土道桥受到车辆振动的影响以及港口海岸的混凝土结构受到波 浪冲击而损伤等都属于疲劳破坏现象。疲劳破坏的特征是裂缝小而变形大。 (1) 混凝土在荷载重复作用下的应力-应变曲线 1）σ1 或σ2＜fc f 时: 对混凝土棱柱体试件，一次加载应力σ1 或σ2 小于混凝 土疲劳强度 fc f时，其加载卸载应力-应变曲线 OAB 形成了一个环状。而在多次加载、 卸载作用下，应力-应变环会越来越密合，经过多次重复，这个曲线就密合成一条 直线。 2）σ3＞fc f时: 开始，混凝土应力-应变曲线凸向应力轴，在重复荷载过程中 逐渐变成直线，再经过多次重复加卸载后，其应力-应变曲线由凸向应力轴而逐渐 凸向应变轴，以致加卸载不能形成封闭环，这标志着混凝土内部微裂缝的发展加剧 趋近破坏。随着重复荷载次数的增加，应力-应变曲线倾角不断减小，至荷载重复 到某一定次数时，混凝土试件会因严重开裂或变形过大而导致破坏。 图2-21 混凝土在重复荷载作用下的应力-应变曲线 (2) 混凝土的疲劳强度fc f 1) 测定方法 混凝土的疲劳强度用疲劳试验测定。疲劳试验采用100mm×l00mm×300mm或 150mm×150mm×450mm的棱柱体，把能使棱柱体试件承受200万次或其以上循环荷载
而发生破坏的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度 2）疲劳应力比值p 混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的幅度有关。在相同的重复次数下， 疲劳强度随着疲劳应力比值的减小而增大。疲劳应力比值p‘按下式计算： pe=e.nia 0 c.m (2-14) 式中o、o表示截面同一纤维上的混凝土最小应力及最大应力。 4.混凝土的收缩与膨胀 混凝土凝结硬化时，在空气中体积收缩，在水中体积膨胀。通常，收缩值比膨 胀值大很多。混凝土的收缩值随着时间而增长，蒸汽养护混凝土的收缩值要小于常 温养护下的收缩值。 图2-22混凝土的收缩 养护不好以及混凝土构件的四周受约束从而阻止混凝土收缩时，会使混凝土构 件表面或水泥地面上出现收缩裂缝。 影响混凝土收缩的因素有： (1)水泥的品种：水泥强度等级越高制成的混凝土收缩越大。 (2)水泥的用量：水泥越多，收缩越大：水灰比越大，收缩也越大。 (3)骨料的性质：骨料的弹性模量大，收缩小。 (④)养护条件：在结硬过程中周围温、湿度越大，收缩越小。 (⑤)混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。 (6)使用环境：使用环境温度、湿度大时，收缩小。 (7)构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。 2.2钢筋的物理力学性能 2.2.1钢筋的品种和级别 1.钢材按化学成分分类 混凝土结构中使用的钢材按化学成分，可分为碳素钢及普通低合金钢两大 类。 (1)碳素钢 除含有铁元素外还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素。根据含碳量的多 17
17 而发生破坏的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度。 2) 疲劳应力比值ρc f 混凝土的疲劳强度与重复作用时应力变化的幅度有关。在相同的重复次数下， 疲劳强度随着疲劳应力比值的减小而增大。疲劳应力比值ρc f按下式计算： ρc f =σc f ,min/ σc f ,max （2-14） 式中 σc f ,min、σc f ,max表示截面同一纤维上的混凝土最小应力及最大应力。 4. 混凝土的收缩与膨胀 混凝土凝结硬化时，在空气中体积收缩，在水中体积膨胀。通常，收缩值比膨 胀值大很多。混凝土的收缩值随着时间而增长，蒸汽养护混凝土的收缩值要小于常 温养护下的收缩值。 图2-22 混凝土的收缩 养护不好以及混凝土构件的四周受约束从而阻止混凝土收缩时，会使混凝土构 件表面或水泥地面上出现收缩裂缝。 影响混凝土收缩的因素有： (1) 水泥的品种：水泥强度等级越高制成的混凝土收缩越大。 (2) 水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，收缩也越大。 (3) 骨料的性质：骨料的弹性模量大，收缩小。 (4) 养护条件：在结硬过程中周围温、湿度越大，收缩越小。 (5) 混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。 (6) 使用环境：使用环境温度、湿度大时，收缩小。 (7) 构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。 2.2 钢筋的物理力学性能 2.2.1 钢筋的品种和级别 1. 钢材按化学成分分类 混凝土结构中使用的钢材按化学成分，可分为碳素钢及普通低合金钢两大 类。 (1) 碳素钢 除含有铁元素外还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素。根据含碳量的多
少，碳素钢又可分为低碳钢（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，但是塑性和可焊性会 降低。 (2)普通低合金钢 除碳素钢中已有的成分外，再加入少量的硅、锰、钛、钒、铬等合金元素， 可有效地提高钢材的强度和改善钢材的其他性能。目前我国普通低合金钢按加入 元素种类有以下几种体系：锰系(20MnSi,25MnSi)、硅钒系(40 SiMnV、45 SiMnV) 硅钛系(45 SiaMnTi)、硅锰系(40Si,Mn,48SiMn)、硅铬系(45Si,Cr)。 2.钢筋的品种和级别 《混凝土结构设计规范》规定，用于钢筋混凝土结构的国产普通钢筋可使用 热轧钢筋。用于预应力混凝土结构的国产预应力钢筋可使用消除应力钢丝、螺旋 肋钢丝、刻痕钢丝、钢绞线，也可使用热处理钢筋。 (1)热轧钢筋 热轧钢筋是低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成。热轧钢筋为软钢， 其应力应变曲线有明显的屈服点和流幅，断裂时有“颈缩”现象，伸长率比较大。 热轧钢筋根据其力学指标的高低，分为以下四个种类： PB235级(I级，符号中) HRB335级 (Ⅱ级，符号中) HRB400级 (Ⅲ级，符号中) RRB400级 (余热处理Ⅲ级，符号中) I级钢筋的强度最低，Ⅱ级钢筋的次之，Ⅲ级钢筋的最高。钢筋混凝土结构 中的纵向受力钢筋宜优先采用HB4O0级钢筋。 (2)预应力钢筋 1)消除应力钢丝 消除应力钢丝是将钢筋拉拔后，校直，经中温回火消除应力并稳定化处理的 光面钢丝。 2)螺旋肋钢丝 螺旋肋钢丝是以普通低碳钢或低合金钢热轧的圆盘条为母材，经冷轧减径后 在其表面冷轧成二面或三面有月牙肋的钢筋。 光面钢丝和螺旋肋钢丝按直径可分为中4、中5、中6、中7、中8、中9六个级 别。 3)刻痕钢丝 18
18 少，碳素钢又可分为低碳钢（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，但是塑性和可焊性会 降低。 (2) 普通低合金钢 除碳素钢中已有的成分外，再加入少量的硅、锰、钛、钒、铬等合金元素， 可有效地提高钢材的强度和改善钢材的其他性能。目前我国普通低合金钢按加入 元素种类有以下几种体系：锰系（20MnSi,25MnSi）、硅钒系(40Si2MnV、45SiMnV )、 硅钛系(45Si2MnTi)、硅锰系(40Si2Mn,48Si2Mn)、硅铬系(45Si2Cr)。 2. 钢筋的品种和级别 《混凝土结构设计规范》规定，用于钢筋混凝土结构的国产普通钢筋可使用 热轧钢筋。用于预应力混凝土结构的国产预应力钢筋可使用消除应力钢丝、螺旋 肋钢丝、刻痕钢丝、钢绞线，也可使用热处理钢筋。 (1) 热轧钢筋 热轧钢筋是低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成。热轧钢筋为软钢， 其应力应变曲线有明显的屈服点和流幅，断裂时有“颈缩”现象，伸长率比较大。 热轧钢筋根据其力学指标的高低，分为以下四个种类： HPB235级 （Ⅰ级，符号φ） HRB335级 （Ⅱ级，符号φ） HRB400级 （Ⅲ级，符号φ） RRB400级 （余热处理Ⅲ级，符号φ） Ⅰ级钢筋的强度最低，Ⅱ级钢筋的次之，Ⅲ级钢筋的最高。钢筋混凝土结构 中的纵向受力钢筋宜优先采用HRB400级钢筋。 (2) 预应力钢筋 1) 消除应力钢丝 消除应力钢丝是将钢筋拉拔后，校直，经中温回火消除应力并稳定化处理的 光面钢丝。 2) 螺旋肋钢丝 螺旋肋钢丝是以普通低碳钢或低合金钢热轧的圆盘条为母材，经冷轧减径后 在其表面冷轧成二面或三面有月牙肋的钢筋。 光面钢丝和螺旋肋钢丝按直径可分为φ4、φ5、φ6、φ7、φ8、φ9六个级 别。 3) 刻痕钢丝
刻痕钢丝是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，分中'5、中'7两种 4)钢绞线 钢绞线是由多根高强钢丝捻制在一起经过低温回火处理清除内应力后而制 成，分为2股、3股和7股三种。 5)热处理钢筋 热处理钢筋是将特定强度的热轧钢筋再通过加热、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。热处 理钢筋是硬钢。其应力应变曲线没有明显的屈服点，伸长率小，质地硬脆。热处 理钢筋有40SiMn、48SiMn和45 SizCr三种。 3.钢筋的冷加工方法 冷拉或冷拔的冷加工方法可以提高热轧钢筋的强度。 )冷拉：钢筋的冷拉应力值必须超过钢筋的屈服强度。冷拉后，经过一段 时间钢筋的屈服点比原来的屈服点有所提高，这种现象称为时效硬化。钢筋经过 冷拉和时效硬化以后，能提高屈服强度、节约钢材，但冷拉后钢筋的塑性（伸长 率)有所降低。为了保证钢筋在强度提高的同时又具有一定的塑性，冷拉时应同 时控制应力和控制应变。 2)冷拔：冷拔钢筋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，这时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，钢丝的强度比原来有很大提高，但塑性降低很多。 冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，冷拔则可同时提高抗拉及抗压强度。冷加工 钢筋应用时可参照相应的行业标准。 4.钢筋的形式 钢筋的形式有光圆和带肋两类，带肋钢筋又分等高肋和月牙肋两种。【级钢筋 是光圆钢筋，Ⅱ级、Ⅲ级钢筋是带肋的，统称为变形钢筋。钢丝的外形通常为光圆， 也有在表面刻痕的。 图2-23钢筋的形式 2.2.2钢筋的强度和变形 19
19 刻痕钢丝是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，分φⅠ 5、φⅠ 7两种。 4) 钢绞线 钢绞线是由多根高强钢丝捻制在一起经过低温回火处理清除内应力后而制 成，分为2股、3股和7股三种。 5) 热处理钢筋 热处理钢筋是将特定强度的热轧钢筋再通过加热、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。热处 理钢筋是硬钢。其应力应变曲线没有明显的屈服点，伸长率小，质地硬脆。热处 理钢筋有40Si2Mn、48Si2Mn和45Si2 Cr三种。 3. 钢筋的冷加工方法 冷拉或冷拔的冷加工方法可以提高热轧钢筋的强度。 1) 冷拉: 钢筋的冷拉应力值必须超过钢筋的屈服强度。冷拉后，经过一段 时间钢筋的屈服点比原来的屈服点有所提高，这种现象称为时效硬化。钢筋经过 冷拉和时效硬化以后，能提高屈服强度、节约钢材，但冷拉后钢筋的塑性（伸长 率）有所降低。为了保证钢筋在强度提高的同时又具有一定的塑性，冷拉时应同 时控制应力和控制应变。 2) 冷拔: 冷拔钢筋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，这时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，钢丝的强度比原来有很大提高，但塑性降低很多。 冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，冷拔则可同时提高抗拉及抗压强度。冷加工 钢筋应用时可参照相应的行业标准。 4. 钢筋的形式 钢筋的形式有光圆和带肋两类，带肋钢筋又分等高肋和月牙肋两种。Ⅰ级钢筋 是光圆钢筋，Ⅱ级、Ⅲ级钢筋是带肋的，统称为变形钢筋。钢丝的外形通常为光圆， 也有在表面刻痕的。 图 2-23 钢筋的形式 2.2.2 钢筋的强度和变形
钢筋的强度和变形性能可以用拉伸试验得到的应力一应变曲线来说明。 钢筋的应力一应变曲线，有的有明显的流幅（例如热轧低碳钢筋PB235级和 热轧低合金钢筋HRB335级、HRB400级、RRB400级)：有的则没有明显的流幅（例 如预应力钢丝、钢绞线和热处理钢筋)。 1.有明显流幅的钢筋的强度和变形 (1)应力-应变曲线（σ-e曲线） 1)OA段一一弹性阶段：应力与应变成比例变化，与A点对应的应力称为比 例极限或弹性极限。 2)AC段一一屈服阶段：过A点后，应力基本不增加而应变急剧增长，曲线 接近水平线。B点到C点的水平距离的大小称为流幅或屈服台阶。B'点称为屈服上 限，B点称为屈服下限，有明显流幅的热轧钢筋屈服强度是按屈服下限确定的。 3)CD段一一强化阶段：过C点以后，应力又继续上升，说明钢筋的抗拉能 力又有所提高。随着曲线上升到最高点D,相应的应力称为钢筋的极限强度。 4)DE段一一颈缩阶段：过了D点，试件薄弱处的截面将会突然显著缩小， 发生局部颈缩，变形迅速增加，应力随之下降，达到E点时试件被拉断。 图2-24有明显流幅钢筋的应力一应变曲线 (2)强度指标 1)屈服强度￡，：有明显流幅的钢筋的应力到达屈服点后，会产生很大的塑性 变形，使钢筋混凝土构件出现很大的变形和过宽的裂缝，以致不能使用，所以对有 明显流幅的钢筋，在计算承载力时以屈服强度作为钢筋强度限值。 2)极限强度f,:在抗震结构设计中，要求结构在罕遇地震下“裂而不倒”， 钢筋应力可考虑进入强化段，要求极限强度f,≥1.25屈服强度f,。 (3)塑性指标 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。 1)伸长率：钢筋拉断后（例如，图2-24中的E点）的伸长值与原长的比率称为 伸长率。伸长率越大塑性越好。国家标准规定了各种钢筋所必须达到的伸长率的最 小值（比如，6m、6和δ分别表示标距L=100d,L=10d和L=5d时伸长率的最小 值)，有关参数可参照相应的国家标准。 2)冷弯性能：冷弯是将直径为的钢筋绕直径为D的弯芯弯曲到规定的角度后
20 钢筋的强度和变形性能可以用拉伸试验得到的应力-应变曲线来说明。 钢筋的应力-应变曲线，有的有明显的流幅（例如热轧低碳钢筋 HPB235 级和 热轧低合金钢筋 HRB335 级、HRB400 级、RRB400 级）；有的则没有明显的流幅（例 如预应力钢丝、钢绞线和热处理钢筋）。 1. 有明显流幅的钢筋的强度和变形 (1) 应力-应变曲线(σ-ε曲线) 1) OA 段 —— 弹性阶段：应力与应变成比例变化，与 A 点对应的应力称为比 例极限或弹性极限。 2) AC 段 —— 屈服阶段：过 A 点后，应力基本不增加而应变急剧增长，曲线 接近水平线。B 点到 C 点的水平距离的大小称为流幅或屈服台阶。B′点称为屈服上 限，B 点称为屈服下限，有明显流幅的热轧钢筋屈服强度是按屈服下限确定的。 3) CD 段 —— 强化阶段：过 C 点以后，应力又继续上升，说明钢筋的抗拉能 力又有所提高。随着曲线上升到最高点 D,相应的应力称为钢筋的极限强度。 4) DE 段 —— 颈缩阶段：过了 D 点，试件薄弱处的截面将会突然显著缩小， 发生局部颈缩，变形迅速增加，应力随之下降，达到 E 点时试件被拉断。 图2-24 有明显流幅钢筋的应力一应变曲线 (2) 强度指标 1) 屈服强度fy: 有明显流幅的钢筋的应力到达屈服点后，会产生很大的塑性 变形，使钢筋混凝土构件出现很大的变形和过宽的裂缝，以致不能使用，所以对有 明显流幅的钢筋，在计算承载力时以屈服强度作为钢筋强度限值。 2) 极限强度ft: 在抗震结构设计中，要求结构在罕遇地震下“裂而不倒”, 钢筋应力可考虑进入强化段, 要求极限强度ft≥1.25屈服强度fy。 (3) 塑性指标 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。 1）伸长率：钢筋拉断后（例如，图2-24中的E点）的伸长值与原长的比率称为 伸长率。伸长率越大塑性越好。国家标准规定了各种钢筋所必须达到的伸长率的最 小值（比如，δ100、δ10和δ5分别表示标距 L=100d，L=l0d和L=5d时伸长率的最小 值），有关参数可参照相应的国家标准。 2) 冷弯性能: 冷弯是将直径为d的钢筋绕直径为D的弯芯弯曲到规定的角度后