钢筋的力学性能有强度、变形(包括弹性和塑性变形)等。单向拉伸试验是确定钢筋性能的主要手段。经过钢筋的拉伸试验可以看到,钢筋的拉伸应力应变关系曲线可分为两类:有明显流幅的(图1—1)和没有明显流幅的(图1—2)。图1—1 有明显流幅的钢筋应力应变曲线 图1—2 没明显流幅的钢筋的应力应变曲线
图l—1表示了一条有明显流幅的典型的应力应变曲线。在图1—1中: 为一段斜直线,其应力与应变之比为常数,应变在卸荷后能完全消失,称为弹性阶段,与 相应的应力称为比例极限(或弹性极限)。应力超过 点之后,钢筋中晶粒开始产生相互滑移错位,应变即较应力增长得稍快,除弹性应变外,还有卸荷后不能消失的塑性变形。到达 点后,钢筋开始屈服,即使荷载不增加,应变却继续发展增加很多,出现水平段 , 即称之为流幅或屈服台阶; 点则称屈服点,与 点相应的应力称为屈服应力或屈服强度。经过屈服阶段之后,钢筋内部晶粒经调整重新排列,抵抗外荷载的能力又有所提高, 段即称为强化阶段, 点叫做钢筋的抗拉强度或极限强度,而与 点应力相应的荷载是试件所能承受的最大荷载称为极限荷载。过 点之后,在试件的最薄弱截面出现横向收缩,截面逐渐缩小,塑性变形迅速增大,出现所谓颈缩现象,此时应力随之降低,直至 点试件断裂。对于有明显流幅的钢筋,一般取屈服点作为钢筋设计强度的依据。因为屈服之后,钢筋的塑性变形将急剧增加,钢筋混凝土构件将出现很大的变形和过宽的裂缝,以致不能正常使用。所以,构件大多在钢筋尚未或刚进入强化阶段即产生破坏。但在个别意外的情况和抗震结构中,受拉钢筋可能进入强化阶段,故而钢筋的抗拉强度也不能过低,若与屈服强度太接近则是危险的。试验表明,钢筋的受压性能与受拉性能类同,其受拉和受压弹性模量也是相同的。在图1—1中, 点的横坐标代表了钢筋的伸长率,它和流幅 的长短,都因钢筋的品种而异,均与材质含碳量成反比。含碳量低的叫低碳钢或软钢,含碳量愈低则钢筋的流幅愈长、伸长率愈大,即标志着钢筋的塑性指标好。这样的钢筋不致突然发生危险的脆性破坏,由于断裂前钢筋有相当大的变形,足够给出构件即将破坏的预告。因此,强度和塑性这两个方面的要求,都是选用钢筋的必要条件。图1—2表示没有明显流幅的钢筋的应力应变曲线,此类钢筋的比例极限大约相当于其抗拉强度的65%。一般取抗拉强度的80%,即残余应变为02%时的应力 作为条件屈服点。一般来说,含碳量高的钢筋,质地较硬,没有明显的流幅,其强度高,但伸长率低,下降段极短促,其塑性性能较差。冷弯性能是检验钢筋塑性性能的另一项指标。为使钢筋在加工、使用时不开裂、弯断或脆断,可对钢筋试件进行冷弯试验,见图1—3,要求钢筋弯绕一辊轴弯心而不产生裂缝、鳞落或断裂现象。弯转角度愈大、弯心直径D愈小,钢筋的塑性就愈好。冷弯试验较受力均匀的拉伸试验能更有效地揭示材质的缺陷,冷弯性能是衡量钢筋力学性能的一项综合指标。 此外,根据需要,钢筋还可做冲击韧性试验和反弯试验,以确定钢筋的有关力学性能。我国国家标准GBl499—98对混凝土结构所用钢筋的机械性能作出规定:对于有明显流幅的钢筋,其主要指标为屈服强度、抗拉强度、伸长率和冷弯性能四项;对于没有图1—3 钢筋的冷弯试验 明显流幅的钢筋,其主要指标为抗拉强度、伸长率和冷弯性能三项。
上屈服:是进入屈服的临界点,不加力它还可以反弹回原来的状态
下屈服:是进入极限(不加力也反弹不回去)的临界点,
区别:上屈服-下屈服中间试验机加力也不增长(力值)、下屈服一过力值立刻增长
针对有指针的仪器:上屈服有次大的来回摆动,时间1-3秒,下屈服摆动不大却很短暂
钢筋拉伸,冷弯,屈服强度是钢筋机械性能指标:
(1)拉伸就是拉长。伸长率是应力一应变曲线中试件被拉断时的最大应变值,又称延伸率,它是衡量钢筋塑性的一个指标,与抗拉强度一样,也是钢筋机械性能中必不可少的保证项目。
(2)冷弯就是在常温下进行弯折操作。冷弯性能是指钢筋在经冷加工(即常温下加工)产生塑性变形时,对产生裂缝的抵抗能力。冷弯试验是测定钢筋在常温下承受弯曲变形能力的试验。试验时不应考虑应力的大小,而将直径为d的钢筋试件,绕直径为D的弯心(D规定有1d、3d、4d、5d)弯成180°或90°。然后检查钢筋试样有无裂缝、鳞落、断裂等现象,以鉴别其质量是否合乎要求,冷弯试验是一种较严格的检验,能揭示钢筋内部组织不均匀等缺陷。
(3)屈服强度是钢筋的一种物理性质,受力在屈服强度之前呈线性变形,在屈服强度后变形增大很快,所以在进行结构设计时用的是屈服强度来计算。
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