2．钢筋的应力—应变曲线和力学性能指标
钢筋混凝土及预应力混凝土结构中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋(一般称为软钢)和无明显屈服点的钢筋(一般称为硬钢)。
有明显屈服点的钢筋的应力-应变曲线如图11-30所示。图中，a点以前应力与应变按比例增加，其关系符合虎克定律，这时如卸去荷载，应变将恢复到0，即无残余变形，a点对应的应力称为比例极限；过ad点后，应变较应力增长为快；到达b点后，应变急剧增加，而应力基本上不变，应力—应变曲线呈现水平段cd，钢筋产生相当大的塑性变形，此阶段称为屈服阶段。b、c两点分别称为上屈服点和下屈服点。由于上屈服点b为开始进入屈服阶段的应力，呈不稳定状态，而下屈服点c比较稳定，因此，将下屈服点c的应力称为“屈服强度”。当钢筋屈服塑流到一定程度，即到达图中的d点，cd段称为屈服台阶，过d点后，应力应变关系又形成上升曲线，但曲线趋平，其最高点为e，de段称为钢筋的“强化阶段”，相应于e点的应力称为钢筋的极限强度，过e点后，钢筋薄弱断面显著缩小，产生“颈缩”现象(图11-31)，此时变形迅速增加，应力随之下降，直至到达f点时，钢筋被拉断。
钢筋的力学性能指标有4个，即屈服强度、极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能。
(1)屈服强度
如上所述，对于软钢，取下屈服点c的应力作为屈服强度。对无明显屈服点的硬钢，设计上通常取残余应变为0．2％时所对应的应力作为假想的屈服点，称为条件屈服强度，用σ0．2来表示。对钢丝和热处理钢筋的0．2，规范统一取0．8倍极限抗拉强度。
(2)极限抗拉强度
对于软钢，取应力-应变曲线中的最高点e为极限抗拉强度；对于硬钢，规范规定，将应力—应变曲线的最高点作为强度标准值的依据。
(3)伸长率
伸长率是衡量钢筋塑性性能的一个指称，用δ表示。δ为钢筋试件拉断后的残余应变，其值为：
式中 l1——钢筋试件受力前的量测标距长度；
12——试件经拉断并重新拼合后的量测得到的标距长度。
应变量测标距按规定有l1=5d(d为试件直径)、10d，和按固定长度100mm三种， 相应的伸长率分别为δ5、δ10、δ100，标距越短，平均残余应变越大，因此，一般δ5>δ10>δ100。
伸长率大的钢筋塑性性能好，拉断前有明显的预兆；伸长率小的钢筋塑性性能差，其破坏会突然发生，呈脆性特征，具有明显屈服点的钢筋有较大的伸长率，而无明显屈服点的钢筋伸长率很小。
(4)冷弯试验
冷弯试验是检验钢筋塑性的另一种方法。伸长率一般不能反映钢筋的脆化倾向，而冷弯性能可间接地反映钢筋的塑性性能和内在质量。冷弯试验的两个主要参数是弯心直径D和冷弯角度α。将要试验的钢筋(直径为d)绕某一规定直径的钢辊轴(直径为D)进行弯曲(图11-33)。冷弯试验合格的标准为在规定的D和α下冷弯后的钢筋无裂纹、鳞落或断裂现象。
上述钢筋的4项指标中，对有明显屈服点的钢筋均须进行测定，对无明显屈服点的钢筋则只测定后3项。 3．钢筋强度的标准值和设计值
(1)钢筋强度的标准值
规范规定，钢筋强度标准值具有不小于95％的保证率。
对热轧钢筋和冷轧钢筋(工程中称为软钢)的强度标准值根据屈服强度确定，其保证率为97．73％。
对钢丝、钢绞线、冷拔低碳钢丝、热处理钢筋、冷轧带肋钢筋(工程中称为硬钢)，取残余应变为0．2％的应力σ0.2作为“条件屈服强度”。
(2)钢筋强度的设计值
将受拉钢筋的强度标准值除以钢材的材料分项系数γs后即得受拉钢筋的强度设计值。
热轧钢筋的材料分项系数由可靠度分析确定；其他钢筋根据工程经验校准确定；预应钢筋的材料分项系数在取值上略高于非预应力钢筋，主要是考虑其质量还不够稳定以及拉钢丝时允许有5％的钢丝被拉断等原因。
钢筋抗压强度设计值f’y的取值原则是以钢筋压应变ε’s=0．002作为取值条件，并取f’y=Esε’s和f’y=fy中的较小值。
热轧钢筋的强度标准值系根据屈服强度确定，用fyk表示。预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的强度标准值系根据极限抗拉强度确定，用fptk表示。
普通钢筋的强度标准值和设计值应按《混凝土规范》表4．2．2-1采用；预应力钢筋的强度标准值应按表4．2．2-2采用。普通钢筋强度设计值fy、f’y预应力钢筋强度设计值fpy，f’py，分别按《混凝土规范》表4．2．3-1和表4．2．3-2采用。
4．钢筋的冷加工
对低、中碳钢进行冷加工，可提高钢材的强度。
(1)冷拉钢筋
将钢筋拉到超过屈服强度的某一应力，如图11-34中的点a，然后卸荷至零，此时将产生残余变形oo’。如立即重新加荷，应力-应变曲线将沿o’acd进行，屈服强度提高至a点，钢筋冷拉后强度得以提高。如冷拉至a点卸荷后，经过一段时间再加荷，则应力—应变曲线将沿o’a’c’d’进行，屈服强度提高至a’点，aa’的变化称为“冷拉时效”。从图中可以看出，经冷拉时效后的钢筋，其强度有所提高而延伸率却减小了。因此，如果合理地选择一个a点，就可以使钢筋强度有所提高的同时，又保持了一定的塑性。
(2)冷拔钢丝
将钢筋施加强力，使其通过比其直径小的硬质合金拔丝模，就可拔成直径较细的钢丝。经多次冷拔后，钢丝的强度比原来提高很多，但塑性却降低。
图11-35表示将φ6的I级钢筋经过三次冷拔到φ3钢丝的应力—应变曲线的比较。经过冷拔后，钢丝没有明显的流幅，强度虽然由260N／㎜2提高到750N／mm2，但延伸率却由21．9％降为3．3％。这种将I级钢经冷拔而成的钢丝称为冷拔低碳钢丝。
冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，因此不宜作为受压钢筋，冷拔则可同时提高钢材的抗拉及抗压强度。
(3)冷轧带肋钢筋
冷轧带肋钢筋是将热轧圆盘条经过冷轧或冷拔减轻后，在其表面形成三面(或两面)有肋的钢筋，肋呈月牙形。
冷轧带肋钢筋属硬钢，无明显的屈服点，按其抗拉强度分为LL350、LL650、LL800三个强度等级。由于表面带肋，故增加了钢筋与混凝土之间的咬合力，具有良好的锚固性能。
LL550级的冷轧带肋钢筋，由于强度较低，主要用以代替I级光面钢筋，可用于板的受力筋或梁的架立筋中，直径一般为4～12mm。LL650级和LL800级的冷轧带肋钢筋，强度较高，可用于取代冷拔钢丝用于预应力中，小型构件中，直径一般为4～6mm。 5．钢筋材料的选用
钢筋混凝土材料中不宜采用强度过高的钢筋。这是因为混凝土的抗拉强度很低，若钢筋强度过高，则当混凝土中的拉应力超过抗拉强度而产生裂缝时，钢筋强度还远未屈服，致使钢筋强度不能充分发挥作用。钢筋的采用可参照下述规定：
(1)普通钢筋(普通钢筋系指用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋)宜采用HRB400级和HRB335级钢筋，也可采用HPB235级和RRB400级钢筋。
(2)预应力钢筋宜采用高强的预应力钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。
对中、小型构件中的预应力钢筋，宜采用LL650级或LL800级冷轧带肋钢筋，也可采用甲级冷拔低碳钢丝。
(3)在钢筋混凝土结构中，轴心受拉和小偏心受拉构件的钢筋抗拉强度设计值大于300N／mm2时，仍应按300N／mm2取用。
(四)钢筋的混凝土之间的黏结力
钢筋混凝土构件在外力作用下，在钢筋与混凝土接触面上将产生剪应力，这种剪应力称为黏结力。
钢筋与混凝土之间的粘结力由以下三部分组成：
(1)由于混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力；
(2)由于混凝土颗粒的化学作用产生的混凝土与钢筋之间的胶合力；
(3)由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力。
上述三部分中，以机械咬合力作用最大，约占总黏结力的一半以上。变形钢筋比光圆钢筋的机械咬合力作用大。此外，钢筋表面的轻微锈蚀也可增加它与混凝土的黏结力。
黏结力的测定通常采用拔出试验方法(图11-36)。将钢筋的一端埋人混凝土内，在另一端施加拉力将钢筋拔出，则粘结强度为：
式中 P——拔出力；
d——钢筋直径；
J——钢筋埋人长度。
根据拔出试验可知：
(1)粘结应力按曲线分布，最大粘结应力在离试件端头某一距离处，且随拔出力的大小而变化；
(2)钢筋锚入长度越长，拔出力越大，但埋入过长时则尾部的黏结应力很小，甚至为零；
(3)粘结强度随混凝土强度等级的提高而增大；
(4)带肋钢筋的黏结强度比光圆钢筋的大。根据试验资料，光圆钢筋的黏结强度为1．5～3．5N／mm2，螺纹钢筋的黏结强度为2．5～6．ON／mm2，其中较大的值系由较高的混凝土强度等级所得。
(5)在光圆钢筋末端做弯钩可以大大提高拔出力。
