一、钢筋的种类

在钢筋混凝土结构中，我国目前通用的普通钢筋，按化学成分的不同，分为碳素结构钢和普通低合金钢两类。碳素钢是以铁为主，加少量C、Mn等。按含碳量多少又分为低碳钢（C≤0.25%）、中碳钢（C=0.25%～0.6%）、高碳钢（C=0.6%～1.4%），含碳越高则强度越高，但塑性和可焊性降低。普通低合金钢除碳素钢已有的成分外，再加入少量的（一般不超过3%）合金元素，如硅、锰、钛、钒和铬等，就能有效地提高钢材的强度和改善钢材的性能。

按钢筋的加工方法，可分为热轧钢筋、冷拉钢筋、冷轧带肋钢筋、热处理钢筋和钢丝五大类。用于钢筋混凝土结构的钢筋主要选取热轧钢筋、碳素钢丝和精扎螺纹钢筋三类。钢筋的形式如图2-12所示。

1.热轧钢筋

热轧钢筋是由低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成。热轧钢筋分普通热轧钢筋和细晶粒热轧钢筋。热轧钢筋按外形分为光面钢筋和带肋钢筋。根据《钢筋混凝土用钢热轧光圆钢筋》（GB1499.1—2008）规定，热轧直条光圆钢筋牌号为HPB235，普通热轧钢筋牌号由HRB和屈服强度特征值构成，有HRB335、HRB400、HRB500，其中，H、R、B分别为热轧（Hotrolling）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）三个词的英文首位字母；细晶粒热轧钢筋牌号由HRBF和屈服强度特征值构成，有HRBF335、HRBF400、HRBF500，其中，F为“细”的英文（Fine）的首位字母。

图2-12 钢筋的形式

1）光圆钢筋（HPB300）是一种低碳钢。强度较低，外形光圆，厂家生产的公称直径的范围为8～20mm，它与混凝土的粘结强度较低，但塑性与可焊性较好，主要用做板的受力钢筋、箍筋以及构造钢筋。

2）HRB335级钢筋，低合金钢。为增加钢筋与混凝土之间的粘结力，表面轧制成外形为等高肋（螺纹），现在生产的外形均为月牙肋，厂家生产的公称直径的范围为6～50mm，推荐采用直径一般不超过32mm，是我国钢筋混凝土结构构件钢筋用材最主要品种之一。

3）HRB400级钢筋，低合金钢。外形为月牙肋，有足够的塑性和良好的焊接性能，公称直径的范围为6～50mm，主要用于大中型钢筋混凝土结构和高强混凝土结构构件的受力钢筋，是我国今后钢筋混凝土结构构件受力钢筋用材最主要品种之一。

4）KL400为经热轧后，余热处理的钢筋，即钢筋经过热轧后立即穿水，进行表面冷却，然后利用心部余热自身完成回火处理，厂家的公称直径范围为8～40mm。这种钢筋强度较高，有足够塑性和韧性，但当采用闪光对焊时，强度有不同程度的降低，即塑性和可焊性较差，使用时应加以注意。这种钢筋一般经冷拉后做预应力钢筋。

2.碳素钢丝

碳素钢丝又称高强钢丝，一般将热轧ϕ8高碳钢盘条加热到850～950℃，并经在500～600℃的铅浴中淬火，使其具有较高的塑性，再经酸洗、镀铜、拉拔、矫直、回火、卷盘等工艺生产而得。

（1）消除应力钢丝（光面钢丝） 消除应力钢丝是将钢筋拉拔后，校直，经中温回火消除应力并稳定化处理的光面钢丝。一般以多根钢丝组成钢丝束或若干根钢丝扭结成钢绞线的形式应用。桥梁中常用的钢绞线有：1×2（二股）、1×3（三股）、1×7（七股）。其中采用最多的是七股钢绞线。其公称直径为9.5mm、11.1mm、12.7mm和15.2mm四种规格。

（2）螺旋肋钢丝和刻痕钢丝 螺旋肋钢丝是以普通低碳钢或低合金钢热轧的圆盘条为母材，经冷轧减径后，在其表面冷轧成二面或三面有月牙肋的钢筋。刻痕钢丝是在光面钢丝的表面上进行机械刻痕处理，以增加与混凝土的粘结能力，我国生产的规格直径可分为ϕ4、ϕ5、ϕ6、ϕ7、ϕ8、ϕ9六个级别。

二、钢筋的强度和变形

钢筋的力学性能指钢筋的强度和变形性能。钢筋的强度和变形性能可以由钢筋单向拉伸的应力—应变曲线来分析说明。钢筋的应力—应变曲线可以分为两类：一是有明显流幅的，即有明显屈服点和屈服台阶的；二是没有流幅的，即没有明显屈服点和屈服台阶的。热轧钢筋属于有明显流幅的钢筋，强度相对较低，但变形性能好；热处理钢筋、钢丝和钢铰线等属于无明显屈服点的钢筋，强度高，但变形性能差。

1.钢筋的应力—应变曲线

（1）有明显流幅的钢筋的强度和变形 有明显屈服点的钢筋单向拉伸的应力—应变曲线见图2-13a。曲线由四个阶段组成：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。①在a点以前的阶段称弹性阶段，a点称比例极限点。在a点以前，钢筋的应力随应变成比例增长，即钢筋的应力—应变关系为线性关系。②过a点后，应变增长速度大于应力增长速度，应力增长较小的幅度后达到b点，钢筋开始屈服。随后应力稍有降低达到c点，钢筋进入流幅阶段或屈服台阶，曲线接近水平线，应力不增加而应变持续增加。b点和c点分别称为上屈服点和下屈服点。上屈服点不稳定，受加载速度、截面形式和表面光洁度等因素的影响；下屈服点一般比较稳定，以对应的应力作为有明显流幅钢筋的屈服强度。③过d点以后为强化阶段，应力又继续上升，说明钢筋的抗拉能力又有所提高。随着曲线上升到最高点e相应的应力称为钢筋的极限强度。④过了e点到达颈缩阶段，试件薄弱处的截面将会突然显著缩小，发生局部颈缩，变形迅速增加，应力随之下降，达到f点时试件被拉断。

在钢筋混凝土构件计算中，一般取钢筋的屈服强度作为强度计算指标。尽管热轧低碳钢和低合金钢都属于有明显流幅的钢筋，但不同强度等级的钢筋的屈服台阶的长度是不同的，强度越高，屈服台阶的长度越短，塑性越差。

（2）无明显屈服点的钢筋的典型应力—应变曲线 由图2-13b可见，硬钢没有明显的屈服平台，在应力达到比例极限a点（约为极限强度的0.65倍）之前，应力应变关系呈直线变化，钢筋具有明显的弹性性质。超过a点后，钢筋表现出越来越明显的塑性性质，但应力应变持续增加。到b点后，同样出现钢筋的颈缩现象，应力应变曲线为下降段。至c点钢筋被拉断，硬钢强度很高，但延伸率大为降低，塑性性能减弱。设计上取相应于残余应变为0.2%的应力为名义屈服强度，也就是假定屈服点。

图2-13为各级钢筋的应力—应变曲线。可以看出，普通钢筋应力—应变曲线都有明显的屈服点，这种钢筋即为低碳钢，亦称软钢。没有明显屈服点的热处理钢筋和钢丝，称为硬钢。

2.钢筋的塑性性能

反映钢筋的塑性性能的基本指标是钢筋的伸长率和冷弯性能。钢筋试件拉断后的伸长值与原长的比值称为伸长率，按进行计算。钢筋伸长率是指钢筋试件上标距为10d或5d（d为钢筋试件直径）范围内的极限伸长率，记为δ₁₀或δ₅。伸长率大，钢筋的塑性性能好，破坏时有明显的拉断预兆；钢筋的弯曲性能好，构件破坏时不致发生脆断。因此，对钢筋品种的选择，应考虑强度和塑性两方面的要求。

冷弯是指将直径为d的钢筋围绕某个规定直径D（1d、2d、3d、4d、5d）的辊轴弯曲成一定的角度（90°或180°），弯曲后钢筋应无裂纹、鳞落或断裂现象。弯心的直径越小，弯转角越大，说明钢筋的塑性好。

图2-13 钢筋的应力—应变曲线

a）有明显屈服点 b）没有明显屈服点钢筋

3.钢筋的冷加工

为了节约钢材，在常温下对有明显屈服点的钢筋（软钢）进行机械冷加工，可以使钢材内部结构发生变化，从而提高钢材的强度，但其塑性有所降低。机械冷加工可分为冷拉和冷拔。

1）冷拔是将钢筋（盘条）用强力拔过比它本身直径还小的硬质合金拔丝模，这是钢筋同时受到纵向拉力和横向压力的作用以提高其强度的一种加工方法。钢筋经多次冷拔后，截面变小而长度增长，强度比原来提高很多，但塑性降低，硬度提高，冷拔后钢丝的抗压强度也获得提高。

2）冷拉钢筋是先将钢筋在常温下拉伸超过屈服强度达到强化阶段，然后卸载，并经过一定时间的时效硬化而得到的钢筋。如图2-14所示，钢筋拉伸达到K点卸载，若立即再次拉伸钢筋，其应力—应变曲线将沿O′KDE变化。钢筋的强度没有变化，但塑性降低；若经过一定的时间后再拉伸，钢筋的应力—应变曲线将沿O′K′D′E′变化，屈服台阶有所恢复，钢筋的强度明显提高，塑性降低，也就是冷拉后，经过一段时间钢筋的屈服点比原来的屈服点有所提高，这种现象称为时效硬化。

钢筋强度提高的程度与冷拉前钢筋的强度有关，强度越高，强度提高的幅度越小。所以为了保证冷拉钢筋具有一定的塑性，应合理地选择张拉控制应力和冷拉率。张拉控制应力点对应的拉伸率称冷拉率。工程上若只控制应变称为单控，若同时控制张拉应力和应变称为双控，一般情况下应尽量采用双控。时效硬化与温度和时间有关，在常温下，时效硬化需要20小时左右完成，在100℃的温度下需要2小时完成，250℃时仅需要0.5小时，超过250℃钢筋会随温度的提高而软化。

从图2-15可见，钢筋经拉拔后，原有的明显屈服点消失，无屈服平台。冷拔既可以提高抗拉强度，也可以提高抗压强度，而冷拉只能提高抗拉强度。

图2-14 钢筋的冷拉应力—应变曲线

图2-15 钢筋的冷拔应力—应变曲线

4.钢筋的强度标准值和设计值

为了使钢筋强度标准值与钢筋的检验标准统一，对有明显流幅的热轧钢筋，钢筋的抗拉强度标准值采用国家标准中规定的屈服强度标准值（废品限值，其保证率不小于95%）；对于无明显流幅的钢筋，如钢丝、钢绞线等，根据国家标准中规定的极限抗拉强度确定，其保证率也不低于95%。

桥规规定，对热轧钢筋和精轧螺纹钢筋的材料性能分项系数取1.2，对钢绞线、钢丝的材料性能分项系数取1.47。将钢筋的强度标准值除以相应的材料性能分项系数，即得到钢筋抗拉强度设计值。

钢筋的强度标准值和设计值见下表2-3～表2-5。

表2-3 普通钢筋强度标准值和设计值 （单位：N/mm²）

表2-4 预应力钢筋强度标准值 （单位：N/mm²）

表2-5 预应力钢筋强度设计值 （单位：N/mm²）

5.钢筋的弹性模量

钢筋的弹性模量是一项稳定的材料常数，即使强度等级相差很大的钢筋，弹性模量也很接近，并且强度高的钢筋弹性模量反而低。钢筋的弹性模量见表2-6。

表2-6 钢筋弹性模量 （单位：N/mm²）

三、钢筋的接头、弯钩和弯折(www.daowen.com)

1.钢筋的接头

为了运输方便，除小直径的钢筋按盘圆供应外，每条钢筋长度多为10～12m，所以在施工时就要把钢筋接长到设计长度。钢筋的连接可分为三类：焊接接头、绑扎搭接及机械连接。钢筋的接头宜优先考虑焊接接头和机械连接接头，只有当没有焊接条件或施工有困难时才采用绑扎接头。直径不大于25mm的螺纹钢筋和光圆钢筋可采用铁丝绑扎接头，但对于轴心受拉和小偏心受拉构件中主筋均应焊接，不得采用绑扎接头。

（1）焊接接头 钢筋焊接接头的方式有很多，闪光接触对焊、电弧焊、电渣压力焊、气压焊等，在工程中应用最多的是闪光接触对焊和电弧焊。

①闪光接触对焊。钢筋的纵向焊接应采用闪光对焊，将两根钢筋安放成对接形式，利用电阻热使接触点金属熔化，产生强烈飞溅，形成闪光，迅速完成的一种压焊方法，如图2-16a所示。

为保证对焊接头质量，被焊接钢筋的焊接端应裁切平整，端部断面应与钢筋轴线垂直，两焊接断面应彼此平行，焊接时被挤出接头外的熔渣应予除去。

②钢筋电弧焊。将一根导线接在被焊钢筋上，另一根导线接在夹有焊条的焊钳上，合上开关，将接触焊件接通电源，此刻立即将焊条提起2～3cm，产生电弧，电弧温度高达4000℃，将焊条和钢筋熔化并汇合成一条焊缝，焊接结束。

钢筋电弧焊有搭接焊和帮条焊两种形式。钢筋接头采用搭接电弧焊，是两钢筋搭接端部应预先折向一侧，使两接合钢筋轴线一致。如图2-16b所示钢筋接头采用帮条电弧焊时，用短钢筋或短角钢等作为帮条，将两根钢筋对接拼焊，帮条应采用与主筋同级别的钢筋，其总截面面积不应小于被焊钢筋的截面积。如图2-16c所示双面焊缝的长度不应小于5d，单面焊缝的长度不应小于10d（d为钢筋直径）。

图2-16 钢筋的焊接接头

a）闪光对焊 b）搭接焊 c）帮条焊

钢筋焊接前，必须根据施工条件进行试焊，并按国家规定标准《钢筋焊接接头试验方法》进行试验，其施工技术条件和质量要求符合《钢筋焊接及验收规程》的有关规定，确认试焊合格后方可施焊。

当焊接受力钢筋接头时，设置在同一构件内的焊接接头应相互错开，在任意一焊接接头中心至长度为钢筋直径的35倍，且不小于500mm的区段范围内，同一根钢筋不得有两个接头；在该区段内有接头的受力钢筋截面面积占受力钢筋总截面面积的百分率应不超过50%，对受压区及装配式构件连接处可不受此限制，受力钢筋接着面积的最大百分率见表2-7。

（2）机械连接接头 机械连接接头是通过连接件的机械咬合作用或钢筋端面的承压作用，将一根钢筋中的力传递至另一根钢筋的连接方法。具有接头性能可靠、质量稳定、不受气候的影响、连接速度快、安全且不需要较大功率的电源、可焊与不可焊钢筋均能可靠连接等优点。

①挤压套筒接头。通过挤压力使连接用钢套塑性变形与带肋钢筋紧密咬合形成的接头。适用于直径为16～40mm的HRB335、HBB400带肋钢筋的径向挤压连接。直径相差不应大于5mm。当混凝土结构中挤压接头部位的温度低于-20℃时，宜进行专门的试验。

表2-7 接头长度区段内受力钢筋接着面积的最大百分率 （单位：%）

注：1.焊接接头长度区段内是指35d（d为钢筋直径）长度范围内，但不得小于500mm，绑扎接头长度区段是指1.3倍搭接长度。

2.在同一根钢筋上应尽量少设接头。

3.装配式构件连接处的受力钢筋焊接接头可不受此限制。

4.绑扎接头中钢筋的横向净距不应小于钢筋直径且不应小于25mm。

5.环氧树脂涂层钢筋绑扎搭接长度，对受拉钢筋应至少为涂层钢筋锚固长度的1.5倍且不小于375mm，对受压钢筋为无涂层钢筋锚固长度的1.0倍且不小于250mm。

②镦粗直螺纹接头。是将钢筋的连接端先行镦粗，再加工成圆柱螺纹，并用连接套连接的钢筋接头。镦粗直螺纹接头适用于直径为18～40mm的HRB335、HBB400钢筋的连接。

（3）绑扎接头 是将两根钢筋搭接一定长度并用铁丝绑扎，通过钢筋与混凝土的粘结力传递内力。绑扎钢筋的直径不宜大于28mm，轴心受压和偏心受压构件中的受压钢筋不大于32mm。轴心受拉和小偏心受拉构件不得采用绑扎接头。

受拉钢筋绑扎接头搭接长度，应符合表2-8的规定；受压钢筋绑扎接头的搭接长度，应取受拉钢筋绑扎接头搭接长度的0.7倍。

表2-8 受拉钢筋绑扎接头的搭接长度

注：1.当带肋钢筋直径d不大于25mm时，其受拉钢筋的搭接长度应按表中值减少5d；当带肋钢筋直径d大于25mm时，其受拉钢筋的搭接长度应按表中值增加5d。

2.当混凝土在凝固过程中受力钢筋易受扰动时，其搭接长度宜适当增加。

3.在任何情况下，纵向受拉钢筋的搭接长度不应小于300mm；受压钢筋的搭接长度不应小于200mm。

4.当混凝土强度等级低于C20时，HPB300、HRB335钢筋的搭接长度应按表中C20的数值相应增加10d。

5.对有抗震要求的受力钢筋的搭接长度，当抗震烈度为七度（及以上）时应增加5d。

6.两根不同直径的钢筋的搭接长度，以较细的钢筋直径计算。

7.在受拉区域内，光圆钢筋接头的末端应做弯钩，变形钢筋可不做弯钩。

8.搭接长度范围内的箍筋应加密。当搭接钢筋为受拉时，其箍筋间距不应大于5d，且不应大于100mm；当搭接钢筋为受压时，其箍筋间距不应大于10d，且不应大于200mm（d为受力钢筋中的最小直径）。

2.钢筋的弯钩与弯折

为了防止承受拉力的光圆钢筋在混凝土内滑动，需把钢筋两端做成半圆弯钩。受压的光圆钢筋可以不设弯钩。带肋的钢筋握裹力好，可不设半圆形弯钩，改用直角形弯钩。

用HPB300钢筋制作的箍筋，其末端应做弯钩，弯钩的弯曲直径应大于受力主钢筋的直径，且不小于箍筋直径的2.5倍。弯钩平直部分的长度，一般结构不宜小于箍筋直径的5倍，有抗震要求的结构，不应小于箍筋直径的10倍。弯钩的形式，如设计无要求时，可按图2-17a、b加工；有抗震要求的结构，应按图2-17c加工。受力主钢筋制作和末端弯钩形状见表2-9。

图2-17 箍筋弯钩形式图

a）90°/180° b）90°/90° c）135°/135°

表2-9 受力主钢筋制作和末端弯钩形状

注：环氧树脂涂层钢筋当进行弯曲加工时，对直径d不大于20mm的钢筋，其弯曲直径不应小于4d，对直径d大于20mm的钢筋，其弯曲直径不小于6d。

四、混凝土结构对钢筋性能的要求

用于混凝土结构中的钢筋，一般应能满足下列要求：

（1）具有适当的屈强比 屈服强度与抗拉强度的比值称为屈强比，它可以代表结构的强度储备，比值小则结构的强度后备大，但比值太小则钢筋强度的有效利用率太低，所以要选择适当的屈强比。

（2）足够的塑性 在混凝土结构中，要求钢筋断裂时要有足够的变形，这样，结构在破坏之前就能显示出预警信号，保证安全。另外在施工时，钢筋要经受各种加工，所以钢筋要保证冷弯试验的要求。屈服强度、抗拉强度、伸长率和冷弯性能是钢筋的强度和变形的四项主要指标。

（3）可焊性 要求钢筋具备良好的焊接性能，保证焊接强度，焊接后钢筋不产生裂纹及过大的变形。

（4）低温性能 在寒冷地区要求钢筋具备抗低温性能，以防钢筋低温冷脆而致破坏。

（5）与混凝土要有良好的粘结力 粘结力是钢筋与混凝土得以共同工作的基础，在钢筋表面上加以刻痕、或制成各种纹形，都有助于或大大提高粘结力。

钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求，概括地说，要求强度高、塑性及焊接性能好。此外，还要求和混凝土有良好的粘结性能。