高强钢筋的研究及使用现状(yue)
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四川建筑 第29卷3期 2009.06
高强钢筋的研究及使用现状王信君(成都职业技术学院房地产系,四川成都610016)
【摘 要】 使用高强钢筋可以节约资源,实现经济的可持续发展。目前,日本、美国、新西兰、欧洲国家已不同程度的将高强钢筋应用于实际工程,为尽快使我国混凝土结构用钢筋实现与世界接轨,我国对较高强度的HRB500钢筋进行了试验研究。文中就高强钢筋在国内外的研究及使用现状进行了分析。【关键词】 高强钢筋; 材料性能; 研究; 使用
【中图分类号】 TU511.3
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2 【文献标识码】 A
[收稿日期]2008-09-22
[作者简介]王信君(1981～),女,山东人,硕士,从事结构工程类教学。
1 高强钢筋在国外的研究及使用现状目前,高强钢筋在国外已得到较广泛应用。在日本对钢筋混凝土高层建筑而言,经常采用直径达41mm(D41),屈服强度为390MPa(SD390)的受力纵筋。新钢筋混凝土项目[1](这是一全国性的项目,全名为“采用高强混凝土和钢筋开发先进的钢筋混凝土建筑”,在日本建设省的领导下,已于1988～1993年之间进行,建筑研究所是关键的研究单位。)开始的1988年,日本工业标准(JIS)对受力钢筋已经包括了SD490,它的屈服强度为490MPa,并对使用此类钢筋进行了尝试。在新钢筋混凝土项目进行的最后一年,USD685A,USD685B,USD980,USD785和USD1275这5种高强钢筋的标准建议被提交给钢筋委员会,并在项目完成后5年将此建议全文发表。其中USD685A,USD685B和USD980被用作梁柱纵向钢筋,USD785和USD1275仅用作横向钢筋。美国ACI318-05规范[2]关于配筋的设计强度做了如下规定:除预应力筋和螺旋横向配筋外,在设计计算中使用的fyk和fyvk应不超过80000psi(551.6MPa)。用在壳体和折板中的以及用于专门抗震规定控制的结构中的最大规定屈服强度fy均为60000psi(413.7MPa)。包括螺旋钢筋在内的横向钢筋的fyvk值不应超过60000psi(413.7MPa)。新西兰规范[3]规定,当纵筋是普通钢筋时fyk不应大于HRB500,箍筋不应大于800MPa。强度大于300MPa的普通钢筋应有持久认证。目前欧洲国家[4]非预应力混凝土结构采用的钢筋强度为fyk=HRB500。2 高强钢筋在国内的研究及使用现状我国混凝土结构工程目前普遍应用的非预应力钢筋强度为300～400MPa,比发达国家低1～2个等级。《混凝土结构设计规范》GB50010-2002[5]及《建筑抗震设计规范》GB50011-2001[6]中规定在非预应力混凝土结构中采用的钢筋强度分别为fyk=235MPa(HRB235)、fyk=335MPa(HRB335级)和fyk=400MPa(HRB400级或RRB400级),而其中400MPa级的钢筋用量仅占钢筋总用量的10%左右。对于更高强度的fyk=500MPa(HRB500级或超细晶粒500级)的钢筋尚未列入规范。为节约资源,实现我国经济可持续发展,尽快使我国混凝土结构用钢筋实现与国际接轨,在我国工程界中亟需推广和应用更高强度的钢筋。2004年,国家“863”课题“高性能钢铁材料的应用与超级钢应用技术规范”成立,项目编号:2004AA33G050。目前该课题已完成了HRB500钢筋的研制开发,为将该种钢筋尽快纳入工程建设标准中,还需对配有HRB500钢筋的各类钢筋混凝土构件的受力及抗震性能进行检验。这部分检验工作也将作为中国建筑科学研究院主持对现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)进行修订的配套研究课题。进行的主要研究内容有:
2.1 HRB500钢筋的静力粘结锚固性能试验研究从2002年起,郑州大学、首钢总公司、中国建筑科学研究院结构所和河南省第一建筑工程有限责任公司对HRB500
级钢筋工程应用进行了较为系统的研究[7],通过一系列的试
验及一项试点工程实例的研究分析,发现:
(1)我国冶金行业新研制开发的HRB500钢筋具有强度高、
延性好的优良性能,这不仅达到了我国国家标准的要求,也达到了欧洲规范规定的S级(优级)延性钢筋指标的要求[8];
(2)HRB500钢筋用于混凝土结构的试验研究表明,这
种新型钢筋用于混凝土结构工程时其承载力、挠度、裂缝宽度的计算,以及锚固搭接长度和钢筋连接等,均可按照现行《混凝土结构设计规范》中的相关规定进行[8];
(3)由于HRB500钢筋强度较高,破坏时大部分箍筋的
应力达不到420MPa,建议在受剪承载力计算中取箍筋屈服强度设计值为f
yk=360MPa[8];
(4)采用HRB500钢筋代替HRB335和HRB400级钢
筋,可明显减少钢筋用量,也可显著改善目前框架结构中梁、柱节点和框架柱中钢筋拥挤的现象,提高工程质量,取得较
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好的社会效益和经济效益[9]。2.2 配置HRB500钢筋的柱、梁静力承载能力试验研究此研究项目由同济大学完成[10]。试验结果与郑州大学的试验结果基本相同,证明HRB500钢筋可用于抗震设计。2.3 配置HRB500钢筋的梁静力承载能力试验研究此研究项目由天津大学完成[11]。试验结果与上述两单位的试验结果基本相同,证明HRB500钢筋可用于抗震设计。2.4 配置HRB500钢筋的梁柱节点抗震性能试验研究此研究项目由重庆大学负责完成。该项目开始时间比以上3所单位稍晚一些,于2006年,在白绍良教授和傅剑平教授的带领下着手进行。本课题研究组根据已完成的配置HRB500钢筋的框架节点试件抗震性能试验得出如下结论:配置HRB500钢筋的框架节点基本能达到规范规定的延性。3 高强钢筋的优点和问题3.1 对结构构件配置高强钢筋的优点(1)当采用高强钢筋时,受弯构件的配筋可能由裂缝和变形控制,承载力安全储备得到有效提高。(2)当采用高强混凝土减少构件截面尺寸时,使用高强钢筋能够避免钢筋拥挤,易于施工和保证浇筑质量;同时减轻了结构自重,节省了资源。3.2 高强钢筋应用还需要解决的问题(1)当结构构件和整体结构由正常使用阶段的裂缝和挠度控制设计时(如对裂缝限制过严),使用高强钢筋将不能降低钢筋用量。(2)对于由承载力极限状态控制的结构构件,高强钢筋能降低钢筋用量,但是钢筋强度的增加会造成粘结和锚固长度的增加并导致施工时钢筋布置的拥挤和困难。因此有必要确定高强钢筋新的设计及施工标准,以解决上述问题及保证上述优点的发挥。(3)小轴压比的试件的粘结锚固性能差,梁筋滑移量大,与轴压比偏高的试件相比可以看出,在轴压比不算过高的情况下,适当提高轴压比,即提高了柱轴力,增加了混凝土对钢筋的握裹力,对粘结锚固有利。4 小结(1)如前所述,采用高强钢筋代替HRB335和
HRB400
级钢筋,可明显减少钢筋用量,也可显著改善目前框架结构中梁、柱节点和框架柱中钢筋拥挤的现象,提高工程质量,取得较好的社会效益和经济效益[9]。(2)高强钢筋在国外已得到广泛应用,为节约资源,实现我
国经济可持续发展,尽快使我国混凝土结构用钢筋实现与国际接轨,在我国工程界中急需推广和应用更高强度的钢筋。(3)高强钢筋应用于实际工程中还有很多问题有待解决
这就需要进行大量的试验进行高强钢筋的抗震性能研究。
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