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 σ _p 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）×10 ⁵ N/mm ² 。

（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“ R _el ”表示。如HPB300级钢筋的屈服强度（屈服点）为不小于300N/mm ² 。

（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“ R _m ”表示。如：HPB300级钢筋的抗拉强度 R _m ≥370N/mm ² 。

屈服点 R _el 与抗拉强度 R _m 的比值叫屈强比。屈强比 R _el / R _m 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“ σ _{0 .2} ”表示， σ _0.2 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 A ₁₀ 和 A ₅ 来表示。钢丝的标距取100倍直径长，用 A ₁₀₀ 表示。钢绞线标距取200倍直径长，用 A ₂₀₀ 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。