高强钢筋在混凝土结构工程中的应用.pdf

第5 期 2 0 0 8 年5 月 广东土 木与 建筑 GUAN GDONG ARC Hn_EC TU RE C I VI L E NGI NE ER I NG N0 ． 5 MA Y 2 o 0 8 高强钢筋在混凝土结构工程中的应用 李 空军 1 杨 勇新 2 王希伟 2 1 、 茂尔盛咨询 深圳 有限公司 深圳5 1 8 0 0 1 ；2 、 国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心 北京 1 0 0 0 8 8 摘要 介绍高强钢筋的力学性 能特 点， 结合 目前我 国混凝土结构采用 高强钢筋的现状 ， 说 明发展 高强钢筋的重 要 意义、 前景及工程应 用 中的存在 问题 ， 为工程 中推 广应 用高强钢筋提供参考。 关键 词 高强钢筋 ；力学性 能；工程应 用 高强度 钢筋在 我国建 筑工程 中应用 的代表 是 HR B 5 0 0和 HR B 4 0 0级钢筋． 它们一般是通过对钢筋 成分的微合金化而开发出来的， 具有材质稳定 、 物理 性能 良好等特点 。 代表钢种我国现行主要为 2 0 Mn ． s i V、 2 O Mn S i V N 、 2 0 Mn S i Nb等 。 早 在 1 9 9 8年 ． G B 1 4 9 9 9 8 混凝 土 用热 轧带 肋 钢筋 就 已把微 合金 H R B 4 0 0 、H R B 5 0 0 新 Ⅲ 、 1 V 热轧带肋钢筋纳入其 中． 2 0 0 5年新修订的 混凝 土 用热轧带肋 钢筋 报批稿 中， 又将高强度钢筋纳入。 2 0 0 2年新颁布的 G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 混凝土结构设计 规范明确 了将 HR B 4 0 0级钢筋作为建筑用主导钢 筋 ． 并优先 推广 采用 1 高强钢筋的力学性能特点 H R B 5 0 0和 HR B 4 0 0级 热轧 带 肋 钢筋 与 以往 的 H R B 3 3 5 Ⅱ 级钢筋相比。 具有强度高 、 延伸性好 、 可 焊性和可塑性均好 、 强度价格 比高 、 安全储备大 、 抗 震性好 、 节约钢材等特点 。除强度提高外 。 高强钢筋 避免 了 Ⅱ级钢筋尺寸效应大、 大直径 2 5 m m 强度 下降、 应变时效使延伸率下降 2 0 ％ 2 9 ％[ 3 ] 等问题 。 完 全满足建筑用钢要求 ； 填补了过去无小规格 ≤1 2 m m 带肋钢筋的历史． 而且同样具有 良好的强度与延性 最重要 的是全面提高与改善 了钢筋性能 ． HR B 4 0 0 级热轧带肋钢筋性能较老 Ⅲ级钢筋性能更稳定 高强钢筋 良好的力学性能主要包括屈服强度 、 抗拉强度和伸长率等 ． G B 1 4 9 9 - 9 8 混凝土用热轧带 肋钢筋 6 ． 3中对 H R B 4 0 0和 H R B 5 0 0有如 下规定 ① 钢筋 的力学性能应符合表 1 的规定 ⑦ 钢筋在最大力下的总伸长率不小于 2 ． 5 ％； ③ 钢筋实测抗拉强度与实测屈服点之 比不小 于 1 ． 2 5 实测屈服点与表 1 数值之比不大于 1 ． 3 O 表 1 GB 1 4 9 9 1 9 9 8对高强钢筋 的力学性能要求 注 R 表示规定残余延伸率为 O ，2 ／ ,0 的应力值 ； 表 中钢筋 强度标准值的含义是实际大于或等于它的概率为 9 5 0／ ,0 。 2高强钢筋的应用现状及发展趋势 从钢筋的使用强度看来 ．目前 国内工程中普遍 使用的主力受力钢筋 为 HR B 3 3 5 ．辅助钢筋大多为 HP B 2 3 5 ． 与发达国家相比其强度 等级普遍要低 1 2 级 ． 国外大多使用的是 4 0 0 MP a或 5 0 0 MP a 级 ． 还有 向更高级发展的趋势 从高强钢筋 的用量看来 ．欧美 国家 4 0 0 6 0 0 MP a 级 钢筋 用量 达到 9 5 ％[4 ] 以上 ． 而 我 国 目前 仅 4 0 0 级钢筋用量还不足 2 0 ％t5 1 。大部分仍采用 Ⅱ级钢筋 。 建设部 曾要求 2 0 0 2年 HR B 4 0 0级钢筋用量达到螺 纹钢总量 的 5 0 ％， “ 十五” 末期达到 8 0 ％． 但由于宣传 和推广力度不够 ．使用量还是大大低于 H R B 3 3 5级 普通 螺纹 钢筋 ．因此 还需 对 H R B 4 0 0钢 筋进 行 大力 宣传和推广 目前热轧带肋钢筋 的发展趋势是继续提高钢筋 强度 ． 向更高的强度发展 ． 同时又要求钢筋具有较高 的韧性及 良好 的焊接性能 ．也就是要求钢筋应具有 较高的综合性能 3 应 用 高强 钢筋 的意 义 3 ． 1必要性 1 作为基本建设必需的原材料 ， 随着城市市政 工程和高层建筑等工程结构对钢筋性能要求 的不断 1 5 维普资讯 2 0 0 8 年5 月 第5 期 李空 军 等 高 强钢 筋在混 凝土结 构工程中 的应用 M A Y 2 O o 8 N 0 ．5 提高 ． 建筑结构的安全性和抗震性等问题引起了普 遍关注 ， 其关键是提高钢筋的强度及其综合性能； 2 随着高层、 大跨度 和大负荷建筑的增多 ， 需 要使用高强钢筋来满足设计及土建施工的需要 3 我国的经济发展模式正 由粗放耗能型向集 约型发展 ， 采用高强钢筋是节约能源 ， 促进可持续发 展的有效方式之一 4 目前发达国家 已不再生产和使用钢筋强度 4 0 0 MP a以下 的品种 ．我国一些国外企业 的设计施 工也 已用到5 0 0 MP a 高强钢筋 ． 但却没有相应的规范 进行有效的监督制约 ， 为了与世界接轨 ， 推广使用高 强钢筋势在必行。 3 ． 2 对经济 、 社会和科技发展的作用 1 经济效益方面 若 HR B 5 0 0 、 H R B 4 0 0 、 H R B 3 3 5钢筋 的设计强度 分别取 4 2 0 ， 3 6 0 ， 3 0 0 M P a ， 则采用 H R B 5 0 0钢筋代替 HR B 3 3 5 、 H R B 4 0 0钢筋 ，可节约材料分别为 2 8 ％和 1 4 ％以上 ， 并可节约大量 的能源 、 电力、 运输 、 加工费 等 ， 减少烟气、 粉尘和污染物的排放。 2 可持续发展方面[ 7 ] 应用高强钢筋后 ． 延长建筑物的设计使用年限 是可取 的 ， H R B 5 0 0 、 H R B 3 3 5钢筋 分别为 1 0 0年 和 5 O年， 在相同的荷载 、 内力组合、 构件截面、 混凝土 强度条件下 。 如采用相同的钢筋直径和配筋量 ， 则配 HR B 5 0 0钢筋的构件承载力可提高约 4 0 ％。 如果从承 载力极限状态考虑 ．超出使用年限 1 0 0年 的工程要 求 ， 重要性系数不小于 1 ． 1 ， 即承载力只需提高 1 0 ％， 可见用 H R B 5 0 0钢远可满足要求 ．由此可知在建筑 结构按相 同安全等级设计 的情况下 ． 采用高强钢筋 可提高结构的安全性能。 3 高强钢筋的研发成功 ， 将加速了钢筋产品的 升级换代 ， 减少了资源消耗 ， 推进 了技术进步 ， 符合 国家环保和可持续发展政策 ． 社会效益显著。 3 ． 3 国内的市场前景 根据我国的基本建设发展趋势和经济要求 ． 大 型、 高层、 大跨、 特殊结构不断出现 ， 对高强钢筋等新 型材料的需求将 日益增长 ． 尤其在世界 自然资源 日 益匮乏 ． 发展和应用高性价 比材料的要求成为技术 发展的必然趋势 ， 市场前景广阔。 4工程应用中的存在问题 近年来一大批企业引进市场机制． 积极探索强度 1 6 在 4 0 0 MP a以上钢筋 的应用。 取得了一些成效。但其 应用范围较小 。用量也不大 。占钢筋总量仅 1 O ％～ 2 O ％[ 5 ] ， 未能取得实质性的突破 ， 因此高强钢筋推广 任务还相当艰巨。主要存在问题包括 1 规范问题。 规范 中未列出 H R B 5 0 0钢筋 ， 因此若按照其进行设计 。 则无法使用这种高强钢筋 。 2 试验研究问题。 目前对 H R B 4 0 0 、 H R B 5 0 0钢 筋与高强混凝土在梁中抗弯 ， 柱中抗压 、 抗震 以及粘 结锚 固性能方面的研究尚少 ， 需进一步加强。 3 设计问题。 当结构设计 中验算正常使用极限 状态 挠度 、 裂缝 时 ， 若其 它条件 均相 同， 则采用 HR B 3 3 5 、 H R B 4 0 0或 H R B 5 0 0钢都有出现相同结果 ， 高强度钢筋无助于减小挠度和缩小裂缝 当设计中钢 筋 已经达到正常使用极限状态而远远未达到承载能 力状态时 ， 如何对其加以充分利用还需进一步研究 。 4 成本问题[ 5 ] 。由于国内对钒铁和钒氮合金的 需求大增和国际市场价格 的波动 ．造成了钒铁和钒 氮合金资源紧张 、 价格上涨 ， 导致 H R B 4 0 0 、 H R B 5 0 0 钢筋生产成本过高的问题。从降低生产成本、 科学发 展、 节约资源的角度来看 ， 钢筋厂家和建筑行业都迫 切需要开发低成本 的、 节约合金的高强度钢筋。 5结束语 应用高强钢筋可以提高混凝土 、钢结构的抗震 性能 ， 增强安全度 ， 特别能满足高层建筑 、 大跨度厂 房 、 大型电站、 桥梁、 隧道等的需要 ， 可取得巨大的经 济效益和不可估量 的资源 、 交通 、 能源 、 环保等方面 的社会效益 ， 市场前景广阔。当然 ， 在推广应用 中还 存在各方面的问题 ， 还需进一步研究解决。 参考文献 『 1 ]G B 1 4 9 9 1 9 9 8 钢筋混凝土用热轧带肋 钢[ S ] [ 2 ]G B 5 0 0 1 0 - 2 0 0 2 混凝 土结 构设计规范 [ S ] 『 3 ]裴智 ， 王润晓． 更新换代的建筑钢材一 HR B 4 O O NP a 新 Ⅲ级 钢筋 [ J ] ．山东建材学院学 报 [ 4 ]工学 忠 ， 刘佩 明．HR B 5 0 0钢 筋的研 制与生 产分 析 [ J ] ． 山东冶金 。 2 0 0 5 3 [ 5 ]王丽敏 ， 柳泽燕 ， 王丽萍． 修订热轧钢筋标准要 以技 术进 步带动产业结构调整 [ N] ． 世界金属导报 ， 2 0 o 5 ． 8 ． 1 6 [ 6 ]我 国Ⅳ级钢 筋应 用前景广 阔[ N] ．中国冶金 报 ， 2 0 0 5 ．4 ． 2 6 [ 7 ]裴智 ， 王友 权．H R B 5 0 0钢 筋的研究开 发与应 用 [ J ] ． 建 筑结构 。 2 0 o 3 8 维普资讯