钢筋的力学性能与种类解析：现代建筑中不可或缺的支撑力量

钢筋是现代建筑楼房的重要组成部分，如同“骨骼”一般。骨骼需要具备足够的“力”，以此来支撑“身体”。现代建筑离不开钢筋的支撑，所以钢筋的力学性能必须达到足够的强度。钢筋力学性能指的是钢材料在不同的环境（包括温度、介质、湿度等）中，在承受各种外加载荷（如拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所展现出的力学特征。

钢筋

图1 盘圆钢筋

图2 带肋钢筋

图3 混凝土施工现场

图4 钢筋混凝土梁的图纸表达

01 钢筋的种类和级别

我国常用的钢筋（钢丝）包含多种类型。有热轧钢筋，按外形可分为光圆钢筋和变形钢筋，按强度高低又有 HPB300、HRB400、HRBF400、RRB400、HRB500、HRBF500 等；还有中强度预应力钢丝、清除应力钢丝、钢绞线以及预应力螺纹钢筋等。

图5 热轧钢筋的外形

钢筋混凝土结构中的纵向受力钢筋可选用 HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500 钢筋；还能采用 HPB300 和 RRB400 钢筋。RRB400 级钢筋的可焊性、机械连接性能以及施工适应性有所降低，通常可用于延性及加工性能要求不高的构件，像基础、大体积混凝土以及楼板、墙体等。它不宜用作重要部位的受力钢筋，也不能用于直接承受疲劳荷载的构件。

表1 热轧钢筋符号

混凝土结构所用钢材，按化学成分划分，有碳素钢和普通低合金钢。从钢材含碳量角度来看，碳素钢一般可分为低碳钢，其含碳量少于 0.25%；中碳钢，含碳量在 0.25%至 0.6%之间；高碳钢，含碳量在 0.6%至 1.4%之间。钢筋中碳的含量一旦增加，强度就会随之提升，但塑性和可焊性会降低。

《混凝土结构设计规范》表明，在钢筋混凝土结构以及预应力混凝土结构里，普通钢筋能够采用热轧钢筋；而在预应力混凝土结构中，预应力筋则可以采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。

图6 多股钢绞线

02钢筋的十大力学性能

脆性指材料在损坏前未发生塑性变形的一种特性，它与韧性和塑性相反。脆性材料没有屈服点，有断裂强度和极限强度，且二者几乎相同。像铸铁、陶瓷、混凝土及石头这些都是脆性材料。与其他许多工程材料相比，脆性材料在拉伸方面的性能比较弱，对于脆性材料通常会采用压缩试验来进行评定。

强度是一个较为常用的术语。

金属材料在载荷作用下会产生永久变形且不会被破坏，这就是塑性。当金属材料承受的应力超过弹性极限，并且在载荷去除之后，塑性变形就会发生。此时，材料会保留一部分或全部在载荷作用时产生的变形。

4、硬度：金属材料表面抵抗比他更硬的物体压入的能力。

韧性是金属材料抵抗冲击载荷而不被破坏的一种能力。在拉应力作用下，金属材料在发生断裂前会有一定塑性变形，这就是韧性的特性。像金、铝、铜这类金属材料属于韧性材料，它们很容易被拉制成导线。

6、疲劳强度：材料零件和结构零件对疲劳破坏的抗力。

弹性指的是金属材料在外力消失后，能够让材料恢复到原先尺寸的一种特性。钢材在尚未到达弹性极限之前是具有弹性的。

延展性指的是材料在拉应力或者压应力的作用之下，在材料断裂之前能够承受一定塑性变形的这种特性。通常情况下，塑性材料会采用轧制和锻造的工艺。而钢材既具有塑性，又具备延展性。

刚性指的是金属材料能够承受较高应力且不会发生很大应变的这种特性。对刚性大小的评价是通过测量材料的弹性模量 E 来进行的。

屈服点或屈服应力是金属所具有的一种应力水平，其以 MPa 为度量单位。在达到屈服点之后，即便将外来载荷撤除，金属的变形依然会存在，这意味着金属材料发生了塑性变形。