一 钢筋的物理力学性能(2)

n值约在7～30之间，n值愈大非弹性部分应力应变曲线愈平缓。

钢筋应力应变曲线完整的方程式为：

?S≤?e ?S??S/ES（1-3a）

?S＞?e ?S??S/ES?eP???S??e?/??P??e??n（1-3b）

?e—钢筋弹性比例极限。

还有如Goldberg、Richard采用Ramberg-Osgood多项式的倒数形式，Prager用带有三角函数的经验公式的数学模型等

5 加载速度对应力应变的影响

钢筋的屈服强度随着加载速度提高而提高。但随着钢筋强度的提高，提高值则逐渐减少。清华大学对3号、45MnSiv等16个钢种700多个试件进行快速加载试验，加载速度?为0.05～0.25cm／cm／秒，3号钢屈服强度提高30％，16Mn钢筋提高12％，25MnSi钢筋提高8％。强度相近的钢种加载速度的影响相近，钢种的强度愈高，强度提高的比值愈低，没有屈服台阶的钢种?02值在快速变形下的提高比值与同等强度但具有屈服台阶的钢种相近。图1-9为钢筋强度提高与加载速度的关系。美国ACl439委员会也得到相似结果。表1-2为其中一部分结果，由表可知钢筋强度的提高不但与加载速度和钢筋强度有关，而且与屈服上限和下限提高值也有关。但钢筋屈服上限值离散程度较大，不易确定。

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1．2钢筋的冷加工

1钢筋的冷拉和时效

1)．钢筋的冷拉

冷拉是常温下把钢筋拉到超过屈服强度。是提高钢筋屈服强度的一种冷加工强化方法，如图当钢筋拉到超过屈服强度某一应力a时，已经产生较大的塑性变形，放松后重新施加拉力时，应力轨迹将沿Oacd行进，经过时效后沿Oacd行进，屈服强度有了明显提高，提高的程度与钢筋强度有关，强度高的钢筋提高不多。但塑性却降低了。

选择合理的冷拉强度，a点太高，强度虽然提高，但塑性差了。因此，既要考虑冷拉强度的提高，也要保证有一定的塑性性能。例如我国钢筋混凝土工程施工及验收规范对冷拉Ⅳ级钢筋，要求冷拉后延伸率?10仍需有6％以上。

金相学分析冷拉钢筋应力状态认为，当热轧钢筋接近正火状态，所有晶粒的方向从宏观力学角度看，认为是各向同性的。钢筋经冷拉后，产生形变强化，提高了屈服强度是由于位错密度增加，互相阻凝，阻塞了滑移，提高了屈服强度，但延伸率下降。

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图1-10所示为钢筋母材，冷拉未经时效和冷拉时效后的应力应变曲线。

如何控制冷拉钢筋的质量，实际上各种强度等级的钢筋的抗拉强度是在一定范围内变动的，如图1-11所示为Ⅳ级钢筋(45MnSiV，44Mn2Si)实际应力应变曲线变化的一些例子，当冷拉控制应力一定时，例如图中应力为75kg／mm2时，冷拉率(即冷拉时伸长率)的变化约在1～4％左右，图1-12所示为四川建筑科学研究所等单位根据现场调查Ⅳ级钢筋不同抗拉强度与冷拉率在冷拉控制应力为75kg／mm2时的相关曲线。从图中曲线可知钢筋强度高时，达到控制冷拉应力时所需冷拉率较小，而钢筋强度低时，达到控制冷拉应力时，所需冷拉率大，会影响冷拉后钢筋的延伸率。

通过同时控制冷拉钢筋的强度和冷拉率，来保证钢筋冷拉后的质量。

但如果将冷拉率控制得过小，则容易将抗拉强度合格的钢筋从检验上和判断上认为不合格(即所谓错判)。如果将冷拉率控制值订得过大，又会将钢筋强度不合格的判认为合格？。因此冷拉率控制值订在发生这两种错误可能性都较小时最为理想。

我国钢筋混凝土结构设计规范规定Ⅰ级至Ⅳ级冷拉钢筋控制应力和冷拉率如表1-3所示。

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2）．钢筋的冷拉时效

钢筋冷拉后未经时效，没有明显的屈服台阶(如图1-10)，经过自然条件或人工加热后恢复了屈服台阶，并提高了屈服强度称之为时效。普通碳素钢筋冷拉后自然条件下即能发生时效，且屈服点随自然时效的时间而增加。但普通低合金钢筋在自然条件下时效，其机械性能变化十分缓慢，且钢种级别愈高，变化愈小。为了使普通低合金钢筋冷拉后发生时效，进行加热处理，时效制度一般为加热250°C半小时。但对某些低合金高强度钢筋，当含氢量在0.005％以下，可以有效地防止机械时效。低碳钢中掺入0.25％的钛可以使时效不起作用。 冷拉钢筋人工时效对弹性模量有影响，一般低合金钢经冷拉后弹性模量由2.0×10kg262

／cm下降到1.8×10kg／cm，而经人工时效后，E值又几乎恢复到原材数值。

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低合金钢筋冷拉后弹性模量的变化，是由于用静力法测得E值，冷拉后由于内部有内应力，用静力法测得的E值不是真正的弹性模量值。当加热人工时效后，消除了内应力，因此测得的E值又有所恢复，如用高频疲劳机测钢筋的E值，可以避免内应力的影响，所测得的结果不随冷拉和冷拉时效而改变，如表1-4所示。

2 钢筋的冷拔

冷拔就是把钢筋拉过比它本身直径小的硬质合金模，如图1-13所示。冷拔使钢筋受到很大侧向挤压力，从而使钢筋截面积减小，长度增加。

随着引拔拉力和横向挤压力的增加，钢筋的强度也逐渐提高，而延伸率则随之急剧降低。 冷拔的截面压缩率小于20％～30％时，钢筋强度的提高，主要是由于位错密度增加，如压缩率超过50％后，逐渐发出“择优取向”，即各种晶粒中不但发生滑移，而且滑移面转动，拉伸时滑移面转向拉力轴方向，因此产生各向异性，此时强度提高除主要由于位错密度增加外，同时也考虑各向异性的影响。

冷拔低碳钢丝力学性能如表1-5，其应力应变曲线如图1-14。

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冷拔低碳钢丝比例极限与抗拉强度平均比值为0.71～0.84，条件流限(?02)与抗拉强度的平均比值为0.9～1.0，其弹性模量为(1.76～2.37)×106kg／cm2，平均延伸率?100％为(2.35～3.52)％。

冷拔低碳钢丝存在的问题是强度波动较大。强度标准差σ为(3.27-10)kg／mm2，其变异系数Cv％为(4.1～13.6)％。冷拔低碳钢丝延伸率较小，有可能使结构出现脆性破坏。 影响冷拔低碳钢丝强度除原材料的强度外，主要是引拔后截面总压缩率。截面压缩率与钢丝强度影响关系如图1—15。截面压缩率大时，钢丝强度亦高；反之则低。在总压缩率相同时，引拔次数对钢丝强度影响不大。

冷拔低碳钢丝的延伸率，直接影响构件的破坏特征。冷拔低碳钢丝延伸率随着截面总压缩率的增大而降低。图1-16为直径7mm盘条引拔至各种直径钢丝时延伸率变化示意图。在相同截面总压缩率情况下，引拔次数愈多，延伸率愈小。强度与伸长率有一定关系，一般强度高的延伸率小。

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