是鋼筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)結構中承受拉力的主要材料,用來補強混凝土的抗拉強度,提高結構的整體承載力與耐久性。
一、發展歷史
(1) 19 世紀:鋼筋混凝土的誕生
- 1850 年代:法國園藝師 Joseph Monier 發明鋼筋混凝土,最初用於強化花盆與水槽。
- 1879 年:美國工程師 Thaddeus Hyatt 進行鋼筋混凝土梁的試驗,證明鋼筋能提高混凝土的抗拉強度。
- 1892 年:德國工程師 Gustave Wayss 取得鋼筋混凝土專利,並投入商業應用。
(2) 20 世紀:標準化與高強度鋼筋發展
- 20 世紀初:鋼筋混凝土技術普及,應用於橋梁、樓房與水壩建設。
- 1950 年代:預應力鋼筋(Prestressing Steel)技術發展,促進預力混凝土(Prestressed Concrete)應用。
- 1970 年代:高強度鋼筋(如 SD390、SD490) 開始應用於高層建築與耐震設計。
(3) 21 世紀:耐蝕與新型鋼筋
- 不銹鋼鋼筋(Stainless Steel Rebar):提高耐蝕性,應用於海工與基礎建設。
- 玻璃纖維鋼筋(GFRP)、碳纖維鋼筋(CFRP):適用於高腐蝕環境,如海水或化學工業建築。
二、鋼筋的分類
(1)製造分類
- 熱軋鋼筋(Hot-Rolled Rebar):經過高溫軋製成型,強度適中,為最常見的鋼筋。
- 冷拉鋼筋(Cold-Drawn Rebar):在室溫下拉伸以提高強度,強度較高,但延展性較差。
- 軋紋鋼筋(Deformed Rebar):表面具有紋路,提高混凝土附著力,增加結構耐久性。
- 不銹鋼鋼筋(Stainless Steel Rebar):以鉻鎳合金製成,耐腐蝕,適用於高腐蝕環境,如海洋結構。
- 纖維強化聚合物鋼筋(FRP Rebar):由玻璃纖維、碳纖維製成,耐腐蝕、輕量,但成本較高。
(2) 用途分類
- 主筋(Main tendon):負責承受結構的主要拉應力。
- 箍筋(Stirrups):限制混凝土的剪力破壞,增加結構韌性。
- 分布筋(Distribution Bars):均勻分布荷載,避免裂縫產生。
- 溫度筋(Shrinkage Reinforcement):防止因溫度變化而產生裂縫。
- 預應力鋼筋(Prestressed steel bars):施加預拉應力,提高結構承載力。
三、鋼筋的等級與標準
對鋼筋的強度等級有不同標準,通常以 降伏強度(Yield Strength, Fy)來劃分。
- 台灣CNS 標準
等級 | 降伏強度 (MPa) | 主要應用 |
SD280 | 280 | 一般結構 |
SD390 | 390 | 抗震結構 |
SD490 | 490 | 高強度建築、橋梁 |
SD590 / SD690 | 590 / 690 | 超高強度建築 |
美國 ASTM 標準
等級 | 降伏強度 (MPa) | 主要應用 |
Grade 40 | 280 | 一般建築 |
Grade 60 | 420 | 標準建築 |
Grade 75 | 520 | 高強度應用 |
Grade 100 | 690 | 超高強度建築 |
四、鋼筋的材料試驗
為確保鋼筋的性能,需要進行以下材料試驗:
(1) 拉伸試驗(Tensile Test)
- 測試項目:降伏強度、抗拉強度、延展率。
- 標準:ASTM A615 / CNS 560。
(2) 彎曲試驗(Bend Test)
- 目的:測試鋼筋的可塑性,檢查是否有脆性破壞。
- 標準:ASTM A615。
(3) 銹蝕試驗(Corrosion Test)
- 目的:模擬環境影響,評估鋼筋的耐蝕性。
- 應用:海洋工程、高鹽環境。
(4) 疲勞試驗(Fatigue Test)
- 目的:測試鋼筋在重複荷載作用下的耐久性。
- 應用:橋梁、高層建築、抗震設計。