第二章 钢筋和混凝土的材料性能
2.1 钢 筋 Steel Reinforcement
一、钢筋的品种 (Reinforcement types)
热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing Bar
HPB235级, HRB335级, HRB400级, RRB400级
HPB
Hot rolled
Plain
Bar
HRB
Hot rolled
Rolled
Bar
RRB
Rolled
Ribbed
Bar
屈服强度 fyk（ 标准值 =钢材废品限值，保证率 97.73%）
HPB235级, fyk = 235 N/mm2
HRB335级, fyk = 335 N/mm2
HRB400级, RRB400级, fyk = 400 N/mm2
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
?HPB235级 (Ⅰ 级 )钢筋多为光面钢筋（ Plain Bar），
多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋
?HRB335级 (Ⅱ 级 )和 HRB400级 (Ⅲ 级 )钢筋 强度较高，
多 作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构
件，也有用 Ⅱ 级钢筋作箍筋的 为增强与混凝土的粘
结（ Bond），外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢
筋（ Deformed Bar） 。
?Ⅳ 级钢筋 强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中
的配筋,一般冷拉后作预应力筋
?延伸率（ Percentage of elongation）,d5=25,16,14、
10%,直径 8~40。
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
钢丝 Wire,中强钢丝的强度为 800~1200MPa，高强钢丝、钢绞
线 (Strand or Tendon)的为 1470 ~1860MPa； 延伸率 d10=6%，
d100=3.5~4%；钢丝的直径 3~9mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋
三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径 9.5~15.2 mm。
中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。
冷加工钢筋 Cold working rebar,是由热轧钢筋和盘条经冷拉、
冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工的目的是为了提高钢筋
的强度，节约钢材。 但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。 近年
来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。
热处理钢筋 Heat treatment, 是将 Ⅳ 级钢筋通过加热、淬火和
回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率
降低不多。用于预应力混凝土结构。
s
e
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
二、钢筋的应力 -应变关系 Stress-Strain Relation
◆ 有明显屈服点的钢筋 Rebar with yield point
a’为比例极限 proportional limit
s =Ese
a’
a为弹性极限 elastic limit a
de为强化段 strain hardening stage
b
b为屈服上限 upper yield strength
c为屈服下限，即 屈服强度 fy
lower yield strength
c d
cd为屈服台阶 yield plateau
e f
u
e为极限抗拉强度 fu
ultimate tensile strength
fy
f
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
几个指标 (Index),
屈服强度 yield strength,是钢筋强度的设计依据,因为钢筋屈服
后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形 不可恢复,这会使钢
筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加
载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。
延 伸 率 elongation strain：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性
性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好
0
0
10o r 5 l
ll ??d
屈 强 比 反映钢筋的强度储备，
fy/fu=0.6~0.7。
s
e
2D óà ±? D? e
r
μˉ D? ±? D? e
e均匀延伸率 dgt对应最大应力时应变，
包括了残余应变和弹性应变，反映
了钢筋真实的变形能力 (≥2.5%)
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
有明显屈服点钢筋的应力 -应变关系
一般可采用双线性的理想弹塑性关系
Bilinear elasto-plastic relation
yy
ys
f
E
ees
eees
??
??
f
y
e
y
1
Es
?????????????? ( N / m m
2
)
?? àà E s
HP B 23 5 ?? ·? ?? 2,1 ?á 10
5
H R B 3 35 ?? ·? ?? ?￠ H R B 4 00 ?? ·? ?? ?￠ RR B 4 00 ?? ·? ?? ?￠
è ′| àí ·? ??
2,0 ?á 10
5
?? 3y ó| á| ·? ?? ?￠ ?Y Dy à? ·? ?? ?￠ ?ì o? ·? ?? 2,05 ?á 10
5
·? ?ê ?? 1,95 ?á 10
5
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
◆ 无明显屈服点的钢筋 Rebar without yield point
a
0.2%
s
0, 2
f
u
a点：比例极限，约为 0.65fu
a点前：应力 -应变关系为线弹性
a点后：应力 -应变关系为非线性，
有一定塑性变形，且没有明显的屈
服点
强度设计指标 —— 条件屈服点
(Equivalent yield point)
残余应变为 0.2%所对应的应力
,规范, 取 s0.2 =0.85 fu
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
三、钢筋的强度标准值 ( Characteristic or Unfactored Strength)
按冶金钢材质量控制标准，钢筋的强度标准值是取其出厂时
的废品限值，其数值相当于 fy,m-3s，具有 97.73%的保证率，满足
,建筑结构设计统一标准, 材料强度标准值保证率 95%的要求。
普通钢筋强度标准值 （ N / m m
2
）
种 类 符号 f yk
H PB 2 3 5 ( Q 2 3 5 ) 235
H R B 3 3 5 ( 2 0 M n S i ) 335
热
轧
钢
筋
H R B 4 0 0 ( 2 0 M n S i V, 2 0 M n S i N b, 2 0 M n T i )
R R B 4 0 0 ( 2 0 M n S i )
400
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
预应力钢筋强度标准值 （ N/ m m
2
）
种 类 f
p t k
消除应力钢丝
螺旋肋钢丝
4~ 9
1470
1570
1670
1770
刻痕钢丝
5, 7
1470
1570
二股
d= 10,0
d= 12,0
1720
三股
d= 10,8
d= 12,9
1720
钢绞线
七股
d= 9,5
d= 1 1,1
d= 12,7
d= 15,2
1860
1860
1860
1860, 1820, 1720
热处理钢筋 40S i
2
M n ( d= 6)
48S i
2
M n ( d= 8,2)
45S i
2
C r ( d= 10)
1470
1, 钢绞线直径 d 系指钢绞线外接圆直径
2, 各种直径、钢丝、钢绞线的截面积见附录
2.2 混凝土
? 2.2.1 混凝土的强度
? 混凝土的抗压强度 立方体抗压强度
轴心抗压强度
混凝土的抗拉强度
混凝土在复合应力作用下的强度
混凝土立方体抗压强度
? 以边长为 150mm的立方
体在 20± 3?C的温度和相
对湿度在 90%以上的潮
湿空气中养护 28天，依
照标准试验方法测得的具
有 95%保证率的抗压强
度（以 N/mm2计）作为
混凝土的强度等级，并用
符号
? 表示混凝土的强度等级一
般可划分为,C15 C20
C25 C30 C35 C40
C45 C50 C55 C60
C65 C70 C75 C80
混凝土立方体的破坏情况
?,箍套, 作用
混凝土轴心抗压强度
? 采用 150mmx150mmx300mm棱柱体作为
轴心抗压强度的标准试件
? 轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系为,
混凝土抗拉强度
? 混凝土的抗拉强
?度比抗压强度低
?得多，一般只有
?抗压强度的
? 5%~10%
混凝土在复合应力作用下的强度
? 混凝土的双向
受力强度
双向受拉,强度接近
单向 受拉强度
双向受压,抗压强度和极
限压应变均有 所提高
一拉一压,强度降低
混凝土在正应力和剪应力作用下的复合强度
在有剪应力作用时，混凝土的抗压强度将低于单轴抗压强度
? 混凝土的三向受压强度
三向受压时，混凝土的抗压强度和极限变形都有较大提高
2.2.2 混凝土的变形
? 混凝土的变形分为两类,
混凝土的受力变形
混凝土的非受力变形
混凝土的受力变形
? 受压混凝土一次短期加荷的应力 —应变曲线
? 混凝土的变形模量
? 混凝土的弹性模量测定
?
)(
7.34
2.2
10 5
M P a
f
E
cu
c
?
?
? 混凝土的徐变 ——在荷载保持不变的情况下随时
间而增长的变形
影响徐变因素及减小徐变措施
混凝土的非受力变形
? 混凝土的收缩与膨胀
– 混凝土在水中或处于饱和湿度情况下硬结时体积增大的现象
称为膨胀
– 混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩
? 混凝土的温度变形 当温度变化时，混凝土也
随之热胀冷缩
? 影响混凝土收缩的原因
? 减小混凝土收缩和温变影响的措施
2.2.3 混凝土的选用原则
? 建筑工程中，钢筋混凝土构件的混凝土强度等级
不应 低于 C15
? 当采用 HRB335级钢筋时,不宜 低于 C20
? 当采用 HRB400和 RRB400级钢筋以及承受重复
荷载的构件,不得 低于 C20
? 预应力混凝土结构 不应 低于 C30
? 采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，
不宜 低于 C40
2.3 钢筋与混凝土之间的粘结与锚固
? 钢筋与混凝土之间的粘结是这两种材料共同工作
的保证，使之能共同承受外力、共同变形、抵抗
相互之间的滑移
? 钢筋能否可靠地锚固在混凝土中则直接影响到这
两种材料的共同工作，从而关系到结构和构件的
安全和材料强度的充分利用
2.3.1 粘结力的定义及组成
? 粘结力的定义 ——若钢筋和混凝土有相对变形（滑
移），就会在钢筋和混凝土交界面上产生沿钢筋轴线方
向的相互作用力，这种力称为钢筋与混凝土的粘结力
? 粘结力的组成
1化学胶结力：混凝土凝结时，由于水泥的水化作用在钢筋与混
凝土接触面上产生的化学吸附作用力
2摩擦力：混凝土收缩后将钢筋紧紧地握裹住而产生的力
3机械咬合力：钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用
而产生的力
4钢筋端部的锚固力：采取锚固措施后所造成的机械锚固力
2.3.2 粘结强度
? 钢筋与混凝土的粘结
强度通常采用拔出试
验来测定。设拔出力
为 F，则 以粘结破坏
（钢筋拔出或混凝土
劈裂）时钢筋与混凝
土截面上的最大平均
粘结应力作为粘结强度
dl
F
b ?? ?
2.3.3 影响粘结强度的因素
? 混凝土强度
? 混凝土保护层厚度和钢筋净距
? 横向配筋 钢筋表面和外形特征
? 受力情况
? 锚固长度
2.3.4 锚固长度
? 进行拔出试验时，受拉钢筋达到屈服的同时发生
粘结破坏，该临界情况的锚固长度称为基本锚固
长度，用 表示
al
d
f
f
d
f
d
Af
l
t
y
b
y
b
sy
a ???? ??? 4
1
2.3.5 保证可靠粘结的构造措施
? 钢筋的间距和混凝土的保护层不能太小
? 优先采用小直径的变形钢筋，光面钢筋末端应
设弯钩
? 钢筋伸入支座应有足够的锚固长度
? 钢筋不宜在混凝土的拉区截断
? 在大直径钢筋的搭接和锚固区域内宜设置横向
钢筋
2.1 钢 筋 Steel Reinforcement
一、钢筋的品种 (Reinforcement types)
热轧钢筋、中高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
热轧钢筋 Hot Rolled Steel Reinforcing Bar
HPB235级, HRB335级, HRB400级, RRB400级
HPB
Hot rolled
Plain
Bar
HRB
Hot rolled
Rolled
Bar
RRB
Rolled
Ribbed
Bar
屈服强度 fyk（ 标准值 =钢材废品限值，保证率 97.73%）
HPB235级, fyk = 235 N/mm2
HRB335级, fyk = 335 N/mm2
HRB400级, RRB400级, fyk = 400 N/mm2
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
?HPB235级 (Ⅰ 级 )钢筋多为光面钢筋（ Plain Bar），
多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋
?HRB335级 (Ⅱ 级 )和 HRB400级 (Ⅲ 级 )钢筋 强度较高，
多 作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构
件，也有用 Ⅱ 级钢筋作箍筋的 为增强与混凝土的粘
结（ Bond），外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢
筋（ Deformed Bar） 。
?Ⅳ 级钢筋 强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中
的配筋,一般冷拉后作预应力筋
?延伸率（ Percentage of elongation）,d5=25,16,14、
10%,直径 8~40。
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
钢丝 Wire,中强钢丝的强度为 800~1200MPa，高强钢丝、钢绞
线 (Strand or Tendon)的为 1470 ~1860MPa； 延伸率 d10=6%，
d100=3.5~4%；钢丝的直径 3~9mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋
三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径 9.5~15.2 mm。
中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。
冷加工钢筋 Cold working rebar,是由热轧钢筋和盘条经冷拉、
冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工的目的是为了提高钢筋
的强度，节约钢材。 但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。 近年
来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。
热处理钢筋 Heat treatment, 是将 Ⅳ 级钢筋通过加热、淬火和
回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率
降低不多。用于预应力混凝土结构。
s
e
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
二、钢筋的应力 -应变关系 Stress-Strain Relation
◆ 有明显屈服点的钢筋 Rebar with yield point
a’为比例极限 proportional limit
s =Ese
a’
a为弹性极限 elastic limit a
de为强化段 strain hardening stage
b
b为屈服上限 upper yield strength
c为屈服下限，即 屈服强度 fy
lower yield strength
c d
cd为屈服台阶 yield plateau
e f
u
e为极限抗拉强度 fu
ultimate tensile strength
fy
f
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
几个指标 (Index),
屈服强度 yield strength,是钢筋强度的设计依据,因为钢筋屈服
后将很大的塑性变形，且卸载时这部分变形 不可恢复,这会使钢
筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加
载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。
延 伸 率 elongation strain：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性
性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好
0
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fy/fu=0.6~0.7。
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e均匀延伸率 dgt对应最大应力时应变，
包括了残余应变和弹性应变，反映
了钢筋真实的变形能力 (≥2.5%)
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
有明显屈服点钢筋的应力 -应变关系
一般可采用双线性的理想弹塑性关系
Bilinear elasto-plastic relation
yy
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第二章 钢筋和混凝土的材料性能
◆ 无明显屈服点的钢筋 Rebar without yield point
a
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a点：比例极限，约为 0.65fu
a点前：应力 -应变关系为线弹性
a点后：应力 -应变关系为非线性，
有一定塑性变形，且没有明显的屈
服点
强度设计指标 —— 条件屈服点
(Equivalent yield point)
残余应变为 0.2%所对应的应力
,规范, 取 s0.2 =0.85 fu
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
三、钢筋的强度标准值 ( Characteristic or Unfactored Strength)
按冶金钢材质量控制标准，钢筋的强度标准值是取其出厂时
的废品限值，其数值相当于 fy,m-3s，具有 97.73%的保证率，满足
,建筑结构设计统一标准, 材料强度标准值保证率 95%的要求。
普通钢筋强度标准值 （ N / m m
2
）
种 类 符号 f yk
H PB 2 3 5 ( Q 2 3 5 ) 235
H R B 3 3 5 ( 2 0 M n S i ) 335
热
轧
钢
筋
H R B 4 0 0 ( 2 0 M n S i V, 2 0 M n S i N b, 2 0 M n T i )
R R B 4 0 0 ( 2 0 M n S i )
400
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
预应力钢筋强度标准值 （ N/ m m
2
）
种 类 f
p t k
消除应力钢丝
螺旋肋钢丝
4~ 9
1470
1570
1670
1770
刻痕钢丝
5, 7
1470
1570
二股
d= 10,0
d= 12,0
1720
三股
d= 10,8
d= 12,9
1720
钢绞线
七股
d= 9,5
d= 1 1,1
d= 12,7
d= 15,2
1860
1860
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1860, 1820, 1720
热处理钢筋 40S i
2
M n ( d= 6)
48S i
2
M n ( d= 8,2)
45S i
2
C r ( d= 10)
1470
1, 钢绞线直径 d 系指钢绞线外接圆直径
2, 各种直径、钢丝、钢绞线的截面积见附录
2.2 混凝土
? 2.2.1 混凝土的强度
? 混凝土的抗压强度 立方体抗压强度
轴心抗压强度
混凝土的抗拉强度
混凝土在复合应力作用下的强度
混凝土立方体抗压强度
? 以边长为 150mm的立方
体在 20± 3?C的温度和相
对湿度在 90%以上的潮
湿空气中养护 28天，依
照标准试验方法测得的具
有 95%保证率的抗压强
度（以 N/mm2计）作为
混凝土的强度等级，并用
符号
? 表示混凝土的强度等级一
般可划分为,C15 C20
C25 C30 C35 C40
C45 C50 C55 C60
C65 C70 C75 C80
混凝土立方体的破坏情况
?,箍套, 作用
混凝土轴心抗压强度
? 采用 150mmx150mmx300mm棱柱体作为
轴心抗压强度的标准试件
? 轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系为,
混凝土抗拉强度
? 混凝土的抗拉强
?度比抗压强度低
?得多，一般只有
?抗压强度的
? 5%~10%
混凝土在复合应力作用下的强度
? 混凝土的双向
受力强度
双向受拉,强度接近
单向 受拉强度
双向受压,抗压强度和极
限压应变均有 所提高
一拉一压,强度降低
混凝土在正应力和剪应力作用下的复合强度
在有剪应力作用时，混凝土的抗压强度将低于单轴抗压强度
? 混凝土的三向受压强度
三向受压时，混凝土的抗压强度和极限变形都有较大提高
2.2.2 混凝土的变形
? 混凝土的变形分为两类,
混凝土的受力变形
混凝土的非受力变形
混凝土的受力变形
? 受压混凝土一次短期加荷的应力 —应变曲线
? 混凝土的变形模量
? 混凝土的弹性模量测定
?
)(
7.34
2.2
10 5
M P a
f
E
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c
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?
? 混凝土的徐变 ——在荷载保持不变的情况下随时
间而增长的变形
影响徐变因素及减小徐变措施
混凝土的非受力变形
? 混凝土的收缩与膨胀
– 混凝土在水中或处于饱和湿度情况下硬结时体积增大的现象
称为膨胀
– 混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩
? 混凝土的温度变形 当温度变化时，混凝土也
随之热胀冷缩
? 影响混凝土收缩的原因
? 减小混凝土收缩和温变影响的措施
2.2.3 混凝土的选用原则
? 建筑工程中，钢筋混凝土构件的混凝土强度等级
不应 低于 C15
? 当采用 HRB335级钢筋时,不宜 低于 C20
? 当采用 HRB400和 RRB400级钢筋以及承受重复
荷载的构件,不得 低于 C20
? 预应力混凝土结构 不应 低于 C30
? 采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，
不宜 低于 C40
2.3 钢筋与混凝土之间的粘结与锚固
? 钢筋与混凝土之间的粘结是这两种材料共同工作
的保证，使之能共同承受外力、共同变形、抵抗
相互之间的滑移
? 钢筋能否可靠地锚固在混凝土中则直接影响到这
两种材料的共同工作，从而关系到结构和构件的
安全和材料强度的充分利用
2.3.1 粘结力的定义及组成
? 粘结力的定义 ——若钢筋和混凝土有相对变形（滑
移），就会在钢筋和混凝土交界面上产生沿钢筋轴线方
向的相互作用力，这种力称为钢筋与混凝土的粘结力
? 粘结力的组成
1化学胶结力：混凝土凝结时，由于水泥的水化作用在钢筋与混
凝土接触面上产生的化学吸附作用力
2摩擦力：混凝土收缩后将钢筋紧紧地握裹住而产生的力
3机械咬合力：钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用
而产生的力
4钢筋端部的锚固力：采取锚固措施后所造成的机械锚固力
2.3.2 粘结强度
? 钢筋与混凝土的粘结
强度通常采用拔出试
验来测定。设拔出力
为 F，则 以粘结破坏
（钢筋拔出或混凝土
劈裂）时钢筋与混凝
土截面上的最大平均
粘结应力作为粘结强度
dl
F
b ?? ?
2.3.3 影响粘结强度的因素
? 混凝土强度
? 混凝土保护层厚度和钢筋净距
? 横向配筋 钢筋表面和外形特征
? 受力情况
? 锚固长度
2.3.4 锚固长度
? 进行拔出试验时，受拉钢筋达到屈服的同时发生
粘结破坏，该临界情况的锚固长度称为基本锚固
长度，用 表示
al
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1
2.3.5 保证可靠粘结的构造措施
? 钢筋的间距和混凝土的保护层不能太小
? 优先采用小直径的变形钢筋，光面钢筋末端应
设弯钩
? 钢筋伸入支座应有足够的锚固长度
? 钢筋不宜在混凝土的拉区截断
? 在大直径钢筋的搭接和锚固区域内宜设置横向
钢筋
