高强钢筋在混凝土结构中的应用评析.pdf
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1、2 0 1 2 年 第 9 期 (总 第 2 7 5 期 1 Nu mb e r 9 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 PRACTI CAL TECHNOL OGY d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 0 9 0 3 9 高强钢筋在混凝土结构中的应用评析 杜毛毛 ( 华侨大学 土木工程学院,福建 厦门 3 6 1 0 2 1 ) 摘要: 5 0 0 MP a 钢筋是我国冶金行业新研制开发的高强钢筋。 结合我国现阶段要大力推广应用 5 0
2、 0 MP a 高强钢筋这一现实情况, 主要 介绍了高强钢筋在混凝土结构中的应用现状, 指出了高强钢筋推广应用中存在的关键技术瓶颈, 阐述了在推广应用高强钢筋的过程中我 国制定的一些相关政策, 为推进 5 0 0 1V I P a 高强钢筋在实际工程中真正得以推广应用提供参考。 关键词: 高强钢筋;混凝土结构;裂缝宽度 中图分类号 : T U5 1 1 3 2 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 9 0 1 2 1 -02 Com me nt on t he a ppl i c a t i on o f hi gh s t r en g
3、t h s t e el bar s i n c onc r e t e s t r u c t u r es DU M a o - ma o ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g , H u a q i a o Un i v e r s i t y , Xi a me n 3 6 1 0 2 1 , C h i n a ) Ab s t r a ct: 5 0 0 MP a s t e e l b a r i s a n e w t y p e h i g h s t r e n g t h b a r d e v e l o
4、 p e d b y me t a l l u r gic a l i n d u s t r y i n C h i n a C o mb i n e d wi t h the a c tu a l s i t u i o n o f wi d e l y d i s s e mi na t i ng a n d a p p l y i n g 5 00 M Pa h i g h s t r e ng t h s t e e l b a r s i n O ur c o u nt r y a t p r e s e n t , the p r e s e n t s i t u i o n
5、o f a p p l i c a t i o n o f h i g h s t r e n g t h s t e e l b ars i n c o n c r e t e s t r u c t ur e s wa s i n t r o d u c e d Th e k e y t e c h n i c a l b o t t l e n e c k e x i s t e d i n the d i s s e mi n a t i o n a n d a p pl i c ati o n o f hi g h s t r e n g t h s t e e l b a r s
6、wa s p o i n t e d O l l t Th e r e l a t e d p ol i c i e s wh i c h ma d e i n O ur c o u n t r y i n the d i s s e mina t i o n a n d a p p l i c a t i o n o f h i g h s t r e ng t h s t e e l b ar s we r e e x p o un d e d Th i s c o u l d p r o v i d e r e f e r e n c e f o r p r o mo t i ng th
7、 e r e a l d i s s e mi n a t i o n an d a p pl i c a t i o n o f 5 0 0 M P a h i g h s tre n g t h s t e e l b a r s i nthe p r a c t i c a l e n gin e e ri n g Ke y wor ds : h i g h - s tre n g t h s t e e l bar; c o n c r e t e s t r u c t u r e ; c r a c k wi d th 0 引言 高强钢筋是指强度级别为 4 0 0 、 5 0 0
8、l l P a的热轧带肋钢筋。 2 0 1 1 年 7月 1日, 我国新版 G B 5 0 0 1 ( k - - 2 0 1 O ( 混凝土结构设计 规范 【 l 1 ( 以下简称新规范) 开始正式实施。 在钢筋强度方面 , 新 规范增加了强度级别为 5 0 0 MP a的热轧带肋钢筋 , 明确了将 4 0 0 、 5 0 0 M r P a高强热轧带肋钢筋作为纵向受力的主导钢筋 , 限 制并逐步淘汰 HR B3 3 5 级热轧带肋钢筋的应用, 另外还将新的 H P B 3 0 0级光圆钢筋代替老的HP B 2 3 5 级光圆钢筋。 在钢筋品 种方面, 新规范在推广应用具有较好的延性、 可焊
9、性、 机械连接 性能及施 工适应性 的 H R B系列普 通热轧带肋 钢筋 的同时 , 还 增加了采用控温轧制技术生产的 H R BF系列细晶粒热轧带肋 钢筋。 结合我国现阶段要大力推广应用 5 0 0 MP a 高强钢筋这一 现实情况2 - 3 , 主要介绍了高强钢筋在混凝土结构中的应用现状, 指出了高强钢筋推广应用中存在的关键技术瓶颈, 最后阐述了 在推广应用高强钢筋的过程中我国制定的一些相关政策, 这可 为推进 5 0 0 MP a高强钢筋在实际工程中真正得以推广应用提 供一定 的参考 。 1 高强钢筋亟需推广应用 目前 , 世界各国的建筑 已向大型化发展 , 为提高大型建筑 物的安全性
10、, 国外建筑行业早已普遍采用焊接性能好、 强度等 级高的钢筋【 4 。 例如俄罗斯 1 9 9 3年钢筋产品标准增加了 5 0 0 、 6 0 0 MP a 钢筋, 美 国 1 9 9 6年钢筋产品标准增加了 5 2 0 MP a 钢 筋翔 。 美国规范 A C I 3 1 8 0 8 【6 允许普通纵向受力钢筋的最高屈 服强度为 5 5 0 l P a , 欧洲规范 E N 1 9 9 2 一l 一 1 : 2 0 0 4 t 允许普通 纵向受力钢筋的最高屈服强度则为 6 0 0 MP a 。 在国外发达 国 家, 4 0 0 MP a以下的钢筋使用量很少, 4 0 0 6 0 0 MP a
11、 级钢筋用量 达到钢筋总用量的 9 5 以上8 1 。 与发达国家相比, 我 国建筑行业所用钢筋的强度普遍低 1 2个等级翻 。 在新规范实施的前些年, 国内建筑工程中使用的 普通纵向受力钢筋多以H R B 3 3 5级钢筋为主, 辅助钢筋大多为 强度更低的 H P B 2 3 5级钢筋。 采用低强度钢筋带来的配筋率增 加, 不仅使经济效益降低 , 还造成因配筋密集而难以设计、 施工 困难等问题。 因此, 开发应用具有更高强度的钢筋是发展的必 然趋势。 5 0 0 M rP a钢筋是我国冶金行业新研制开发的高强热轧带 肋钢筋, 包括添加钒、 钛、 铌等低合金元素轧制的 H R B 5 0 0级
12、普 通热轧带肋钢筋和采用控温技术( 不加或少加低合金元素) 轧 制的HR B F 5 0 0级细晶粒热轧带肋钢筋。 虽然早在 1 9 9 8年, 我 国已经将 HR B5 0 0级钢筋纳入 G B 1 4 9 9 -1 9 9 8 ( 钢筋混凝土用 热轧带肋钢筋 【 中, 但因缺乏相应混凝土构件的试验资料而未 收稿 日期 :2 0 1 2 - 0 4 - 0 6 基金项目:中央高校基本科研业务费资助项 目( 鹏 Z R 1 2 3 0 ) ; 福建省 自然科学基金计划项目( 2 0 1 2 J 0 1 2 2 2 ) ; 华侨大学高层次人才科研启动费项目 ( 1 1 BS 1 0 6 ) 1
13、21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 将其列入老版规范 G B 5 0 0 1 0 -2 0 0 2 混凝土结构设计规范)7 1 o l ( 以下简称老规范) 中。 2 0 0 7年颁布的 G B 1 4 9 9 2 2 0 0 7 钢筋 混凝土用钢第 2部分 : 热轧带肋钢筋 1 】 】增加了 H RB F 5 0 0级细 晶粒钢筋。 与 H R B 5 0 0级钢筋相比, HR B F 5 0 0级细晶粒钢筋在 生产过程中不加或少加低合金元素, 因而其成本更低。 中国建 筑科学研究院自2 0 0 2 年开始便组织开展了对 5 0 0 MP a 高强钢 筋的科
14、研试验, 2 0 0 7 年启动了 混凝土结构设计规范 的第六轮 修订工作, 确定淘汰HP B 2 3 5级钢筋, 并以 4 0 0 、 5 0 0 MP a 高强钢 筋作为主导受力钢筋。 如今新规范已经将 H R B 5 0 0和 H R B F 5 0 0 级钢筋同时列入其中。 近年来 , 5 0 0 MP a 钢筋已在首钢、 宝钢等多家钢厂进行了 批量生产 , 其生产技术已日趋成熟。 据统计 , 2 0 1 0年我国钢筋总 产量超过 1 4 1 亿 t , 其中 4 0 0 、 5 0 0 M_P a高强钢筋的产量所占密 度达到 4 0 左右旧。 文献 1 2 还指出, 若高强钢筋的使用
15、 比例达 到建筑用钢的 8 0 , 则每年可减少钢材消耗 1 0 0 0万 t 左右, 减 少铁矿石消耗 1 5 0 0 万 t 左右, 减少能源消耗 6 0 0万 t 标准煤; 同时, 还可以配合高强度等级水泥的使用, 从而提高建筑质量 和性能; 另外 , 对混凝土结构工程的施工亦将产生积极影响, 例 如可以减少钢筋用量, 钢筋工程施工量也随之减少 , 还可以改 善混凝土结构中节点、 基础等部位钢筋密集分布的现状, 有利 于混凝土浇筑, 从而提高施工质量。 因此 , 节约型绿色建筑用高 强度、 高性能钢筋的开发与应用 , 不仅可以极大地减少钢筋消 耗量、 节省资源和能源, 还可以减少环境污染
16、、 提高建筑安全储 备能力 , 将低碳经济和节能减排推进一步。 推广应用高强钢筋 的经济效益和社会效益显著。 总之 , 4 0 0 、 5 0 0 MP a高强钢筋的推广应用是大势所趋 , 是 我国混凝土结构的发展方向, 是钢铁行业节能减排、 绿色发展 的重要手段之一。 对于改善 昆 凝土结构工程的性能、 满足高层建 筑结构应用高强钢筋的需求、 提高建筑的抗震防灾能力和工程 质量 , 控制资源损失、 降低能源耗费、 减少三废排放以及环境的 可持续发展, 均具有重要的现实意义。 2 推 广应用 高强钢 筋的技 术瓶 颈 建设部的王铁宏总工程师认为2 】 , 高强钢筋在建筑行业未 能得到大力普及应
17、用, 问题主要在于技术和推广措施两个层面。 从技术层面上看, 在提高钢筋强度的同时 , 没有很好地解决钢 筋的延性 、 构件的裂缝控制等问题, 应当通过技术创新来解决 材料本身和其他配套的技术问题。 从推广措施层面上看 , 我国对 相关标准规范的研究、 制定投入不足, 不能满足发展的需要; 同 时, 高强钢筋的理论研究与实际应用脱节, 科研成果向实际应 用的转化速度较慢; 除此之外, 我国设计、 施工等单位对标准规 范的执行力度也不够。 利用 5 0 0 MP a 高强钢筋代替以往普遍使用的 H R B 3 3 5级 钢筋作为钢筋混凝土受弯构件的纵向受力钢筋, 可以提高构件 的受弯承载力 ;
18、或者在相同受弯承载力的情况下, 可以减少钢 筋用量 , 从而取得较好的社会经济效益。 然而, 采用 5 0 0 MP a 高 强钢筋则意味着使用状态下的钢筋应力提高, 构件的裂缝宽度 将增大, 刚度将减小; 同时, 我国老规范的裂缝控制标准又偏严【 , 这样就有可能使得钢筋的配置不是由承载力控制, 而是由裂缝 宽度和刚度要求来控制 , 从而使得 5 0 0 MP a高强钢筋的强度得 不到充分利用, 限制其强度发挥, 并使得设计人员对其应用持 谨慎态度, 不利于其推广。 在某框架结构的试点工程1 5 中( 主要 】 22 受力钢筋采用 H R B 5 0 0 级钢筋) 就存在这个问题。 针对上述
19、高强钢筋应用中存在的关键技术瓶颈, 新规范在 计算钢筋混凝土受弯构件的最大裂缝宽度时, 调整了计算时的 荷载组合和受力特征系数。 即在计算纵向受拉非预应力筋的应 力时, 采用荷载准永久组合而不是老规范的标准组合 , 并将反 映裂缝间混凝土伸长对裂缝宽度的影响系数从老规范的 O 8 5 降低为 0 7 7 。 经过这样调整后, 新规范的最大裂缝宽度计算值 较之老规范的相应计算值有所降低, 在新老规范裂缝宽度控制 要求基本相同的情况下, 前述问题就有可能得以解决。 新规范 之所以做 出这样的调整, 使得裂缝宽度计算较老规范略有放 松, 主要是考虑到我国现阶段要大力推广应用 5 0 0 MP a高强
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