1.4　钢筋的性能

1.4.1　钢筋的力学性能

1.抗拉性能

钢筋的抗拉性能，一般是以钢筋在拉力作用下的应力-应变图来表示。热轧钢筋具有软钢性质，有明显的屈服点，其应力-应变关系，如图1-17 所示。

（1）弹性阶段　图中的OA段，施加外力时，钢筋伸长；除去外力，钢筋恢复到原来的长度。这个阶段称为弹性阶段，在此段内发生的变形称为弹性变形。A点所对应的应力叫作弹性极限或比例极限，用σp表示。OA呈直线状，表明在OA阶段内应力与应变的比值为一常数，此常数被称为弹性模量，用符号E表示。弹性模量E反映了材料抵抗弹性变形的能力。工程上常用的HPB300 级钢筋，其弹性模量E=（2.0～2.1）×105N/mm2。

（2）屈服阶段　图中的B上B段。应力超过弹性阶段，达到某一数值时，应力与应变不再成正比关系，在B下B段内图形成呈锯齿形，这时应力在一个很小范围内波动，而应变却自动增长，犹如停止了对外力的抵抗，或者说屈服于外力，所以叫作屈服阶段。

钢筋到达屈服阶段时，虽尚未断裂，但一般已不能满足结构的设计要求，所以设计时是以这一阶段的应力值为依据，为了安全起见，取其下限值。这样，屈服下限也叫屈服强度或屈服点，用“Rel”表示。如HPB300 级钢筋的屈服强度（屈服点）为不小于300N/mm2。

（3）强化阶段（BC段）经过屈服阶段之后，试件变形能力又有了新的提高，此时变形的发展虽然很快，但它是随着应力的提高而增加的。BC段称为强化阶段，对应于最高点C的应力称为抗拉强度，用“Rm”表示。如：HPB300 级钢筋的抗拉强度Rm≥370N/mm2。

屈服点Rel与抗拉强度Rm的比值叫屈强比。屈强比Rel/Rm愈小，表明钢材在超过屈服点以后的强度储备能力愈大，则结构的安全性愈高，但屈服比太小，则表明钢材的利用率太低，造成钢材浪费。反之屈服比大，钢材的利用率虽然提高了，但其安全可靠性却降低了。HPB300 级钢筋的屈强比为0.71 左右。

（4）颈缩阶段（CD）如图1-17 中的CD段，当试件强度达到C点后，其抵抗变形的能力开始有明显下降，试件薄弱部件的断面开始出现显著缩小，此现象称为颈缩，如图1-18 所示。试件在D点断裂，故称CD段为颈缩阶段。

硬钢（高碳钢-余热处理钢筋和冷拔钢丝）的应力-应变曲线，如图1-19 所示。从图上可看出其屈服现象不明显，无法测定其屈服点。一般以发生0.2%的残余变形时的应力值当作屈服点，用“σ0.2”表示，σ0.2也称为条件屈服强度。

2.塑性变形

通过钢材受拉时的应力-应变图，可对其延性（塑性变形）性能进行分析。钢筋的延性必须满足一定的要求，才能防止钢筋在加工时弯曲处出现毛刺、裂纹、翘曲现象及构件在受荷过程中可能出现的脆裂破坏。

影响延性的主要因素是钢筋材质。热轧低碳钢筋强度虽低但延性好。随着加入合金元素和碳当量加大，强度提高但延性减小。对钢筋进行热处理和冷加工同样可提高强度，但延性降低。

钢筋的延性通常用拉伸试验测得的断后伸长率和截面收缩率表示。

（1）断后伸长率用A表示，它的计算式为

由于试件标距的长度不同，所以伸长率的表示方法也不一样。一般热轧钢筋的标距取10 倍钢筋直径长和5 倍钢筋直径长，其伸长率分别用A10和A5来表示。钢丝的标距取100倍直径长，用A100表示。钢绞线标距取200 倍直径长，用A200来表示。

伸长率为衡量钢筋（钢丝）塑性性能的重要指标，伸长率越大，钢筋的塑性就越好。这是钢筋冷加工的保证条件。

（2）断面收缩率的计算公式为

3.冲击韧度

冲击韧度是指钢材抵抗冲击荷载的能力。其指标是通过标准试件的弯曲冲击韧度试验确定的。

钢材的冲击韧度是衡量钢材质量的一项指标。特别对经常承受冲击荷载作用的构件，要经过冲击韧度的鉴定，比如重量级的吊车梁等。冲击韧度越大，就表示钢材的冲击韧度越好。

4.耐疲劳性

钢筋混凝土构件在交变荷载的反复作用下，往往在应力远小于屈服点时，发生突然的脆性断裂，这种现象称为疲劳破坏。

5.冷弯性能

冷弯性能是指钢筋在常温（20 ±3）℃条件下承受弯曲变形的能力。冷弯是检验钢筋原材料质量和钢筋焊接接头质量的重要项目之一；借助冷弯试验拉应力试验更容易暴露钢材内部存在的夹渣、气孔、裂纹等缺陷；特别是焊接接头如有缺陷时，在进行冷弯试验过程中能够敏感地暴露出来。

冷弯性能指标通过冷弯试验确定，常用弯曲角度（α）和弯心直径（d）对试件的厚度或直径（a）的比值来表示。弯曲角度越大，弯心直径对试件厚度或者直径的比值就越小，表明钢筋的冷弯性能越好，如图1-20 所示。

1.4.2　钢筋的焊接性能

钢材的焊接性能是指被焊钢材在采用一定焊接材料、焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即钢材对焊接加工的适应性。它包括以下两个方面。

1.工艺焊接性（接合性能）

工艺焊接性（接合性能）是指在一定焊接工艺条件下焊接接头中出现各种裂纹及其他工艺缺陷的敏感性和可能性。这种敏感性和可能性越大，则其工艺焊接性越差。

2.使用焊接性

使用焊接性是指在一定焊接条件下焊接接头对使用要求的适应性，以及影响使用可靠性的程度。这种适应性和使用可靠性越大，则其使用焊接性越好。

钢筋的化学成分对钢筋的焊接性能有很大的影响，具体影响因素见表1-36。