高强钢筋（精选9篇）
高强钢筋 篇1
1 高强钢筋在我国的使用
据统计, 在我国建筑市场, 高强钢筋的使用率还不到20%, 这和发达国家相比还存在着很大的差距。在我国, 大部分建筑使用的是400兆帕级的钢筋, 500和600兆帕级还未得到广泛应用, 这和我们力求高性能、高质量的建筑目标要求是相悖的。为此, 今后我们要加强这方面的研发和改进, 使得高强钢筋在建筑业的使用能够普遍推广。
高强钢筋的抗拉屈服强度通常在400兆帕及以上, 它具有强度高、抗震性能好、减少钢材消耗量、综合性能优等特点。因此, 推广高强钢筋在建筑业、房地产业、建材业中的广泛应用, 是加快转变我国经济发展方式的有效途径, 是推动我国钢铁工业和建筑业结构调整、转型升级的突破口。高强钢筋在我国的推广和应用, 对我国减少钢材消耗量、节能减排、绿色发展能够起到至关重要的作用, 不仅造福百姓, 更有利于建筑业、房地产及建材业的转型发展。
2 澳大利亚、韩国及美国的高强钢筋使用情况
2.1 建立完整的法律法规
澳大利亚在建筑行业专门制定了建筑业行业规范, 这为完善建筑行业的整体有序、保障建筑的安全实用性、建设工程的发展奠定了良好的基础。
澳大利亚在建筑标准规范中详细制定了《钢筋的质量标准》, 其中包含钢筋的规格、物理性能、外形标准和生产工艺等, 作为钢筋的生产和检验的规范。韩国则借鉴美国的做法, 制订了钢筋标准《钢筋混凝土用热轧棒钢》规范, 明确了钢筋的性能指标、规格、外形、生产工艺等。美国ASTM标准中的钢筋强度等级分为40级、60级、其中75级与我国钢筋等级的300级、400级与500级钢筋相同, 在我国的建筑用钢筋中这三个等级的钢筋使用较为普遍。
2.2 制定不同强度等级的钢筋
在澳大利亚, 钢筋级别号码设置与我国不同, 但性能与质量大致相同, 只是在数字编码上稍有区别, 例如, 澳大利亚的75级钢筋其性能与强度与我国的300级钢筋强度相等, 而80级钢筋与我国的400级钢筋强度相等;在20世纪初, 澳大利亚在最初的城市建筑中使用的是200级和250级光圆钢筋, 但它的抗弯性能不太理想, 在建筑中容易出现断裂;80年代后采用的是400级钢筋, 淘汰200级及250级钢筋;2001年则开始使用500级钢筋, 淘汰400级钢筋。钢筋根据强屈比分为L (low) 、N (Normal) 、E (Eath quake) 三个等级, 其中L为低等级, 强屈比不小于1.05;N为普通等级, 强屈比不小于1.08;E为普通等级, 强屈比不小于1.15。250MPa钢筋为N级, 300MPa钢筋为E级, 500MPa钢筋含L、N、E三个等级。澳大利亚不考虑地震问题, 因此广泛应用N级等级的钢筋。
在韩国, 高强钢筋更新技术不断发展, 上世纪80年代使用的是300MPa级钢筋, 90年代使用的是400MPa级钢筋, 90年代后期使用的是500MPa级钢筋。在韩国的钢筋等级标准规范《钢筋混凝土热轧钢》中, 设立了SD300、SD350、SD400、SD500、SD600、SD700共6个强度等级的钢筋, 其中SD600、SD700是当年就能够在新生产中投入使用的高强钢筋。尤其重要的是, 在提高钢筋强度的情况下有余热处理、改变其化学成分和物理成分等技术和方法。美国建筑用钢筋有ASTM A615和ASTM A706, ACI318三个钢筋标准, 其中ASTM A615标准中包含了四个等级的钢筋:40级、60级、75级和80级;其中ASTM A706是美国混凝土配筋用低合金钢筋标准, 是根据钢筋的可焊性和高等级抗震弯曲性和控延性制定的;低碳合金钢筋由于加入了许多金属元素 (锰、钒、钛等) , 使得钢筋的性能强度有了明显的提高, 并且具备很好的抗压、抗拉、抗弯和伸展性。同时与低碳钢钢筋相比, 质量和力学性能更加牢固, 强屈比大于1.5, 并且具有较强的延展性。因此, 合金钢筋被广泛适用于地震较为频繁的地区, 为房屋抗震起到了卓越的作用。抗震抗压等物理性能要求的所有受力配筋。规范中的光圆钢筋仅用于制造建筑物的钢筋网片、柱的螺旋箍筋和预应力筋, 箍筋与构造配筋均要求采用带肋钢筋, 箍筋与构造配筋均使用带肋配筋, 能够为建筑物整体稳固性带来较好的锚固功能, 能更好的控制变形缝、裂缝等, 为建筑物的整体结构带来安全保障。
2.3 以保证建筑物的安全稳固为基础, 积极推广高强钢筋的普遍应用
目前, 澳大利亚在城市建筑中使用的是400MPa和500MPa两个强度等级的钢筋, 房屋纵向分布筋采用500MPa级, 房屋箍筋采用400MPa级, 房屋构造钢筋使用400MPa级。箍筋及构造筋采用强度等级为400MPa级钢筋, 是因为强度等级低的钢筋比高强度钢筋的性能优良, 更加便于加工生产制造。节点区域的钢筋配置采用的是传统技术弯折锚固技术与机械锚固技术, 为便于浇筑混凝土, 保证工程的质量。
韩国房屋建筑采用400MPa级钢筋作为主要受力筋, 其消耗量也巨大;小型房屋建筑使用的是300MPa级钢筋;大型结构和高层建筑则使用的是500MPa级钢筋, 在抗拉抗压抗剪部位的钢筋使用量占总用量的6%~11%;据调查, 韩国住宅类建筑在2012年900万平方米的房屋建筑中使用的是500MPa级钢筋, 共节省钢筋用材量24 000多吨, 减少温室气体排放量约为8 600多吨。这一数据在世界绿色环保建筑中位于领先地位。
从这几点来看, 国外的钢筋标准规范体系较我国完善, 钢筋级别设置也比较合理, 对高强钢筋的应用起到了良好的规范推广作用。钢铁制造业产业链发展较为成熟, 生产钢铁的整体设备水平较高, 高强钢筋与普通钢筋的价差合理, 为钢铁市场的总体价格秩序打下良好的基础。其生产钢铁技术科学先进, 节约钢材, 生产出来的钢筋无论从强度还是性能都较强, 钢材的供应量也比较稳定, 钢铁的种类比较齐全, 钢筋的标准编制规范, 设计生产和管理部门在高强钢筋应用技术上和认识和操作水平上都有较高造诣, 产品的研发与技术的提升不断攀升。
3 探讨高强钢筋在我国的推行
3.1 以建设体系管理和发展绿色建筑为导向, 普及高强钢筋的应用, 应注重高强钢筋生产技术的研发和制造。
总结国外高强钢筋的先进经验, 组织学习高强钢筋的抗震抗压抗拉性能等专题研讨会, 吸取国外先进生产经验, 提高我国生产高强钢筋技术的整体水平, 为高强钢筋的使用工作提供强大的后备力量。与此同时, 加快400MPa级及以上钢筋的普遍应用, 在我国今后的建筑中杜绝使用级别低、质量差的钢筋, 普遍使用400兆帕级以上的高强钢筋, 以适应我国不同地区对钢筋结构安全性能的要求。
3.2
我国应结合自身钢筋生产的情况, 及时修订建筑类钢筋相关法律法规, 为建筑业高强钢筋的规范使用提供良好地基础保障。严格杜绝生产级别低、强度低的钢筋, 减少并逐渐禁止其使用。不断完善我国的高强钢筋锚固焊接技术, 在尽量减少成本的同时也要保障钢筋生产的质量, 不能一味的为节约成本而忽视钢筋自身的强度性能。
3.3
发展与完善先进的钢筋生产产业链与配送产业链, 使钢筋的集中加工与配送能为全社会以及整个建筑业带来良好的效果。可减少成本与开支, 高效率、高质量的促进高强钢筋的应用。近年来, 我国许多城市已经开展了钢筋加工厂钢筋配送工作, 逐渐推广是势在必行的一项举措, 也必须加快推动钢筋产业的发展, 形成适合高强钢筋生产与使用的产业链条, 加强产业管理, 明确产业责任, 确保产业质量, 杜绝“低、劣、差”钢筋。
摘要：发展绿色建筑在当代已成为世界各国的普遍共识, 也是和人类生活密切相关的一门课题。因此, 我国充分吸取国外建筑中应用高强钢筋的先进经验, 积极开发应用绿色建筑技术, 把高强钢筋普及作为发展建筑业的必要手段将对我国的建筑业及建材业具有跨时代的意义。高强钢筋是我国的建筑改革和发展建设资源节约型、环境友好型社会的重要途径, 在这样一个国内尚处于探索阶段的时间点, 本文主要通过介绍高强钢筋在国外一些发达国家的应用情况和发展历史, 以及应用至今的过程和成果, 探讨高强钢筋在我国的推行。
关键词：高强钢筋,应用情况,我国的推行
参考文献
[1]徐义屏, 国中河.工程建设标准化, 2009, 6.
[2]徐义屏, 焦占拴.工程建设标准化, 2013, 2.
高强钢筋 篇2
一、我国的房屋建设规模与节能减排的紧迫性
当前，我国经济与社会发展仍处于重要战略机遇期，其中的城镇化和工业化是推动我国经济持续快速发展的最强劲动力。2011年底我国的城镇化水平已超过50%，现仍以每年0.9%的速度继续发展，预期到2015年，我国的城镇化水平将超过53%。按发达国家80%的城镇化水平计算，并考虑在城镇化率达到70%前为国家经济的加速发展期，我国经济建设还将有近二十年的高速发展过程。在城镇化进程中，每年约有1000万农村人口要进入城镇，这必然要求加快城镇的基础设施与房屋建设，以提升城镇功能，改善居住与生活水平。可以预计，未来的十至二十年，仍将是我国房屋建设的高速发展期。
按2011年底统计，我国当年房屋的在施面积为91.88亿m2，竣工面积高达21.89亿m2，其中住宅竣工面积9.914亿m2。2006～2011年我国房屋施工面积与竣工面积数据如图1-1所示，其中2009～2011年建筑竣工面积均已超过20亿m2。在“十二五”期间我国还将建设保障房3600万套，按户均建筑面积50m2计算，其总量将达到18亿m2。2011年底，城镇居民人均建筑面积已达32m2，居住水平有了较大改善，但与发达国家相比，仍有一定的差距。考虑到我国城镇化中城市人口的增加、老旧既有建筑的拆除（每年拆除大约为4亿m2）与人均建筑面积的进一步提升，我国的城镇住宅建设仍将有很大的发展空间。除了住宅建设的快速发展以外，发达城镇周边的工业建筑、城市的公共建筑（大型商场、体育场馆、火车站与候机楼、展览馆、学校与医院、办公建筑、宾馆等）都还有很大的建设量，其总量略大于城镇住宅的竣工面积。
巨量的城镇房屋建设规模，带动了我国钢铁行业、建材行业产量与产能的高速增长。按2011年底统计，我国的水泥年产量达到20.6亿t，超过世界产量的60%；全国钢产量近7亿t，为国际产量的44%。为保持建设的快速发展，我们消耗了大量的原材料与宝贵能源，产生了大量的工业废料与二氧化碳，这些都对我国的节能减排构成了很大的压力。
在房屋建筑中，钢筋作为最重要与最主要的建材，其用量极大。2011年我国的建筑用钢中的钢筋消耗约1.36亿t，是钢铁工业的第一大用户，钢筋用量约占全国钢产量的22%～25%。与发达国家相比，目前存在的主要问题是我国应用的钢筋强度偏低，除应用高强钢筋较好的北京、上海、河北、山东、江苏、浙江、广东、云南及各省的省会城市以外，大部分中小城市建筑结构的受力配筋仍以335MPa级钢筋为主。2011年全国400MPa级以上高强钢筋用量仅为35%左右，因此很有必要提高混凝土结构所应用的钢筋强度等级，以减少单位建筑面积的钢筋用量，达到节材与节能减排的目的。目前，钢铁行业存在的最大问题是产能过剩，产业集中度低，技术含量不高，资源与能源消耗过大。因此，一旦市场对钢铁的需求量下降，必将对钢铁行业的发展构成很大压力，钢铁行业将总体面临低增速、低盈利的运行态势。由于大量原材料依赖进口，进口铁矿石比例高达60%，对原材料进口没有定价权，铁矿石价格从2002年的22美元/t暴涨到最高将近180美元/t；同时，劳动力成本持续上升，造成生产成本逐步走高。一方面众多设备简陋的小型钢铁企业大量生产低强度等级的钢筋，造成原材料利用率低、环境污染严重；另一方面一些技术含量高、生产效率高并能生产高强钢筋的企业，其产能得不到充分利用。因此必须以推广应用高强钢筋为契机促进钢铁行业的结构调整与产业升级。
二、高强钢筋对节能减排的作用
高强钢筋是指强度级别为400MPa及以上的钢筋，目前在建筑工程的规范标准中为 400MPa级、500MPa级的热轧带肋钢筋。为提高钢筋强度，可采用以下三种方法：
（1）微合金化：通过加钒（V）、铌（Nb）等合金元素，可以显著提高钢筋的屈服强度和极限强度，同时使延性和施工适应性能较好。其牌号为HRB，如标注为HRB400、HRB500的高强钢筋，就分别代表为微合金化的屈服强度标准值为400MPa级、500MPa级的热轧带肋钢筋。
（2）细晶粒化：轧钢时采用特殊的控轧和控冷工艺，使钢筋金相组织的晶粒细化、强度提高。该工艺既能提高强度又保持了较好的延性，达到了混凝土结构中使用高强钢筋的要求。细晶粒钢筋的牌号为HRBF，如标注为HRBF400的高强钢筋，就代表为细晶粒化的屈服强度标准值为400MPa级的热轧带肋钢筋。
（3）余热处理：以轧钢时进行淬水处理并利用芯部的余热对钢筋的表层实现回火，提高钢筋强度并避免脆性，余热处理钢筋的牌号为RRB。
这三种高强钢筋，从材料力学性能、施工适应性、可焊性来说，以微合金化钢筋（HRB）为最可靠，但由于要增加微合金，其价格也稍高；细晶粒钢筋（HRBF）无需加合金元素，但需要较大的设备投入与较高的工艺要求，其价格适中，钢筋的强度指标与延性性能都能满足要求，可焊性一般；余热处理钢筋，只需在轧钢最后过程中以淬水方式进行热处理，其成本最低，强度能达到高强钢筋的要求，但延性较差，可焊性差，施工适应性也较差。
高强钢筋在强度指标上有很大的优势，400MPa级高强钢筋（标准屈服强度400N/mm2）其强度设计值为HRB335钢筋（标准屈服强度335N/mm2）的1.2倍，500MPa级高强钢筋（标准屈服强度500N/mm2）其强度设计值为HRB335钢筋的1.45倍。当混凝土结构构件中采用400MPa级、500MPa级高强钢筋替代目前广泛应用的HRB335钢筋时，可以显著减少结构构件受力钢筋的配筋量，有很好的节材效果，即在确保与提高结构安全性能的同时，可有效减少单位建筑面积的钢筋用量。
显然，400MPa级、500MPa级高强钢筋由于要添加微合金或以细晶粒工艺控制，比传统的HRB335钢筋生产成本有所增加。按目前测算，HRB400高强钢筋价格比HRB335钢筋价格每吨高出100～200元，HRB500高强钢筋价格比HRB335钢筋价格每吨大约高出约250元。钢筋的经济性以强度价格比衡量，即每元经费所能购到的单位钢筋的强度。如以HRB335钢筋价格为基数（按通常价格4300元/t计算），则400MPa级钢筋与 HRB335相比其强度价格比为1.17；500MPa级钢筋与HRB335相比其强度价格比为1.38。即用相同的成本，按强度价格比，用HRB400和HRB500高强钢筋比HRB335钢筋可以得到1.17和1.38倍效益。
经对各类结构应用高强钢筋的比对与测算，通过推广应用高强钢筋，在考虑构造等因素后，平均可减少钢筋用量约12%~18%，具有很好的节材作用。按房屋建筑中钢筋工程节约的钢筋用量考虑，土建工程每平方米可节约25～38元。因此，推广与应用高强钢筋的经济效益也十分巨大。
通过高强钢筋的推广应用，在提高结构安全性能的同时也将产生显著的社会与经济效益。若以2011年高强钢筋应用35%为基数，以2015年实现高强钢筋应用比例65%为目标，测算今后4年内共可节约钢筋总量约2000多万吨，可累计减少铁矿石消耗3600万t、标准煤1300万t，减少二氧化碳排放4000万t，将对完成节能减排指标起到重要贡献。同时，以通常的钢筋价格计算，相当于可以节约900亿元投资，经济与社会效益显著。
三、高强钢筋对结构构件性能的影响
高强钢筋的应用可以明显提高结构构件的配筋效率。在大型公共建筑中，普遍采用大柱网与大跨度框架梁，这些大跨度梁在采用HRB335钢筋时往往需要三排布置配筋，使钢筋形心位置上移，减小了钢筋的有效力臂高度，导致配筋量的进一步增加，并造成施工不便。如对这些大跨度梁采用400MPa级、500MPa级高强钢筋，可有效减少配筋数量，使原来需要三排的配筋形式减为二排，同时，可以增加钢筋的有效力臂30mm左右，有效提高配筋效率，并方便施工。
对梁柱构件，在设计中有时由于受配置钢筋数量的影响，为保证钢筋间的合适间距，不得不加大构件的截面宽度，导致梁柱截面混凝土用量增加。如采用高强钢筋，可显著减少配筋根数，使梁柱截面尺寸得到合理优化。
为推广应用高强钢筋，《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010中特别规定，对于梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、HRB500高强钢筋。这着重体现了推广应用高强钢筋原则，即以HRB400钢筋替代HRB335钢筋作为混凝土结构的主力配筋。当构件按承载力计算要求配置钢筋时，在保证构件安全性能的同时，将有效减少钢筋用量；当按构造要求进行配筋时，由于钢筋强度提高，相比以前的HRB335配筋，大大增加了构件与结构的安全储备。
但我们也必须看到，当采用500MPa级高强钢筋时，伴随钢筋强度的提高，其延性也相应降低，对构件与结构的延性将造成一定影响。同时由于采用高强钢筋，其在正常使用极限状态下的钢筋应力相应提高，受弯构件的裂缝宽度将增大，在裂缝宽度验算时应予以重视。
四、高强钢筋对施工技术的促进
在大型公共建筑的混凝土结构施工中，一个最大的困难是梁柱节点的钢筋过于密集。如框架节点，两个方向梁的纵向水平钢筋与柱的竖向钢筋相互交错，还要在节点区按规范要求设置箍筋，在框架边节点还涉及梁负筋的锚固，对大柱网的框架结构，当采用 HRB335钢筋配筋时，钢筋密集的矛盾更加突出。钢筋配置过于密集，首先是造成钢筋绑扎十分困难，在钢筋的安装与绑扎中耗费工时太多；其次是钢筋间距过小，以致混凝土浇筑时下料及振捣困难，有时还无法下振捣棒，产生漏振，导致混凝土不密实，影响工程质量。而高强钢筋的应用可减小节点的配筋密度，有利于钢筋绑扎与混凝土浇筑，确保混凝土施工质量，对于提高混凝土结构工程的施工水平有很好的促进作用。
对于混凝土结构工程施工，采用高强钢筋另一个优势是：由于钢筋用量减少，可以有效减少钢筋的加工、吊运与安装绑扎量，提高了钢筋工程施工效率。混凝土结构施工中的钢筋工程包括钢筋的调直、下料、成形、螺纹加工（用于机械连接）、现场吊运、安装、钢筋连接（机械连接或焊接）与绑扎。钢筋工程涉及大量的人工投入与机械台班，是混凝土结构施工中的一个影响工程进度的主要施工节点（特别是钢筋的安装与绑扎），采用高强钢筋可提高施工效率、确保施工进度。同时由于钢筋用量的减少，可有效减少钢筋加工与安装绑扎施工人员的投入，随着施工人员成本的上升，其经济效益显著。
国家两部门联合推广应用高强钢筋 篇3
为进一步推动高强钢筋推广应用工作, 住建部和工信部日前联合发布通知, 要求完善高强钢筋推广应用工作机制和措施, 加强400兆帕钢筋推广应用, 加快500兆帕钢筋推广应用, 加强高强钢筋生产应用督查, 开展钢筋集中加工配送和高强钢筋生产应用技术研究。两部委将在今年11月组织专家开展推广应用高强钢筋示范工作评估, 并将于第四季度开展全国高强钢筋推广应用情况监督抽查。
通知指出, 高强钢筋推广应用工作中存在部分地方推广应用协调机制不完善、中小城市应用比例偏低、500兆帕及以上推广力度不够等问题, 各级住房城乡建设、工业和信息化主管部门及有关单位要共同落实好推广应用各项工作, 使高强钢筋推广应用工作取得新的进展和成效。
通知要求, 进一步健全高强钢筋推广应用协调机构, 因地制宜制定推广应用计划, 搭建信息沟通平台建立生产、流通和应用等单位参与的会商机制。及时总结好的经验和做法, 完善推广措施和激励政策。各地要全面推广应用400兆帕高强钢筋, 重点加强对中小城市高强钢筋推广应用情况调研, 解决存在的问题提高本地400兆帕高强钢筋应用比例。
高强钢筋 篇4
见》的通知
鄂建[2012]14号
各市、州、直管市、林区住房和城乡建设委员会，经济和信息化委员会：现将住房和城乡建设部、工业和信息化部《关于加快应用高强钢筋的指导意见》（建标〔2012〕1号）转发给你们，并提出如下意见，请一并贯彻落实。
一、2013年底，在全省建筑工程中淘汰335兆帕级螺纹钢筋。2014年1月1日起，省内建筑工程中建筑结构的纵向受力钢筋要优先采用400兆帕级及以上螺纹钢筋，其中，梁、柱纵向受力钢筋应采用400兆帕级及以上螺纹钢筋。梁、柱箍筋推广采用400兆帕级及以上螺纹钢筋。2015年1月1日起，省内大型高层建筑和大跨度公共建筑，应优先采用500兆帕级螺纹钢筋。
二、各地工业和信息化主管部门、行业协会要指导钢铁生产企业通过技术改造，加快淘汰335兆帕级螺纹钢筋，扩大400兆帕级螺纹钢筋的生产，逐步提高500兆帕级螺纹钢筋产量，保障高强钢筋产品的市场供应。
三、各地住房和城乡建设主管部门要加强对设计、施工图审查和施工、检测监理等环节的管理，鼓励业主和设计单位采用高强钢筋，加强对进场钢筋及加工环节的质量检查，严格实施钢筋复检，确保高强钢筋在建筑工程中的安全使用。各设计单位和施工图审查机构应严格按照以上推广应用的时限要求，进行项目设计和审查。
四、各地住房和城乡建设、工业和信息化主管部门要加强对高强钢筋推广应用的组织领导，建立协同工作机制，统筹生产和应用环节，完善推广应用机制，加快高强钢筋在建筑工程中的应用。
附件：《关于加快应用高强钢筋的指导意见.pdf》（建标[2012]1号）
二○一二年二月二十八日
超高强混凝土钢筋粘结强度研究 篇5
1 超高强混凝土
超高强混凝土主要是指强度等级在C100以上的混凝土, 其是水泥、砂石、外加剂等一系列物质组合而成的。超高强混凝土具有很高的抗压强度, 其密度大、孔隙率低、抗形变能力强, 在大型建筑工程施工中使用十分广泛。
超高强混凝土的抗压强度是普通混凝土的6倍以上, 可以在满足强度条件的情况下有小降低相关构件的截面尺寸, 在以有效简化大型建筑的结构。通过相关实验表明, 在配箍率和轴压比一定的情况下, 超高强混凝土具有极好的抗震性能, 能够大幅提升建筑质量和安全。
超高强混凝土的优点十分明显, 首先, 混凝土强度越高, 施工材料的用量也就越小。一般情况下, 混凝土强度等级从C30提升到C60, 受压构件的混凝土用料可以减少30%左右, 受弯构件的混凝土用料可以减少15%左右。在混凝土强度从C60上升到C100时, 这两类构建的用料可以进一步降低。
其次, 超高强混凝土的成本相对较高。由于用料减少, 相关构建的自重降低, 对于承载为自重的建筑具有十分积极的意义。此外, 由于构件的截面尺寸有所缩减, 因此可以优化相关构建结构, 使其更加美观, 提升建筑内部的可用空间。比如, 贤成大厦的混凝土从C40提升到C60以后, 增加了超过1000平米的可用空间。
再次, 超高强混凝土具有良好的密实性, 进而确保其具有客观的抗冻性、抗渗性等基本特性, 大幅超过了普通混凝土的基本性能, 可以使建筑物具有更加优良的基本性能。超高强混凝土不仅在大型建筑中得以使用, 在一些海洋工程、大跨度工程中均具有广泛应用, 并且有效保证了这些工程项目的质量与寿命。
最后, 超高强混凝土形变很小, 相应构建的刚度很高, 具有良好的抗变形能力。使建筑物在受到外力作用时, 可以有效抵御外力带来的扰动, 确保建筑物能够保持原本的形状。
2 影响超高强混凝土钢筋粘结强度的因素
2.1 混凝土基体强度
混凝土基体强度是影响超高强混凝土钢筋粘结强度的首要原因, 对于一般的普通混凝土来说, 混凝土基体自身的抗压强度增大, 会带动混凝土钢筋粘结强度一起增大。通过对这一理论进行验证试验, 可以得出混凝土抗压强度和混凝土钢筋粘结强度之间的曲线关系, 混凝土基体抗压强度和混凝土钢筋粘结强度之间的关系曲线基本上呈一条直线。由此可见, 超高强混凝土基体强度, 对超高强混凝土钢筋的粘结强度具有直接影响。根据相关理论表明, 混凝土基体强度和粘结强度之间存在正比关系, 并且可以通过实际经验推导出一定的经验公式, 用以计算混凝土基体强度和混凝土钢筋粘结强度之间的关系。在光面钢筋不加入硅灰或稻壳灰的情况下, 其粘结强度最高为3.5MPa, 但是, 在加入硅灰或稻壳灰之后, 其粘结强度达到了8MPa以上, 由此可见, 混凝土基体强度对混凝土钢筋粘结强度的影响是十分明显的。
2.2 硅灰和稻壳灰
硅灰和稻壳灰是影响混凝土钢筋粘结强度的一个重要因素, 其不受混凝土抗压强度的限制, 可以独立地对混凝土钢筋粘结强度形成影响。粘结强度和混凝土的其他力学性能不一样, 其不仅和混凝土的抗压强度具有关系, 还和硅灰及稻壳灰的掺杂量具有直接联系。根据相关实验资料显示, 在同一抗压强度下, 掺杂了硅灰或稻壳灰的混凝土钢筋的粘结强度, 要明显高于没有掺杂硅灰或稻壳灰的混凝土钢筋。
超高强混凝土的基本力学性能和抗压强度具有重要的关联, 存在于材料中的影响因素只会从抗压强度和抗拉强度间接体现。根据相关实验结果显示, 硅灰及稻壳灰的掺杂量在15%左右是最适宜的, 此时混凝土钢筋的粘结强度能够增加40%左右。在超过15%的掺杂量之后, 混凝土钢筋的粘结强度不再出现明显上升。通过该实验可以看出, 硅灰和稻壳灰对超高强混凝土钢筋的粘结强度具有十分显著的强化作用, 比抗压强度对粘结强度的影响高出许多。
由于混凝土制备中使用了骨料, 其会存在一定的性能和力学弱点。在加入硅灰和稻壳灰之后, 可以有效弥补这一弱点, 全面提升超强混凝土基本性能。对于光面钢筋而言, 硅灰和稻壳灰对粘结强度的提升作用就更加明显了。
比如, 如果通过提升混凝土基体抗压强度来提升混凝土钢筋的粘结强度, 需要提升10MPa的混凝土基体抗压强度, 才能实现混凝土钢筋粘结强度提升1MPa。如果使用硅灰和稻壳灰, 只需在混凝土中加入10%左右的硅灰或稻壳灰, 就能提升2MPa的超高强混凝土钢筋粘结强度。根据这一结果来看, 利用掺杂硅灰或稻壳灰的方式来提升超高强混凝土钢筋的粘结强度是一种十分有效的方法, 在实际工程中可以进行深入利用。
3 硅灰、稻壳灰增强超高强混凝土钢筋粘结强度的基本原理
3.1 稻壳灰强化粘结强度的基本原理
硅灰或稻壳灰可以有效提升超高强混凝土钢筋的粘结强度, 比其他提升粘结强度的方式要有效、便利很多, 因此需要在实际工程建设中加强硅灰和稻壳灰的使用, 用以强化超高强混凝土钢筋的粘结强度。硅灰和稻壳灰能够对粘结强度起到如此显著的提升作用, 其根本原因就是稻壳灰具有超高化学活性以及特殊显微结构。
对稻壳灰进行电镜扫描可以发现, 其主要是由纳米级别的二氧化硅分子松散粘聚形成的。这些二氧化硅分子在粘聚过程中, 形成了大量的蜂窝孔, 这些纳米级别的蜂窝孔具有良好的力学性能。除此之外, 这些二氧化硅分子还能够形成纳米级别的缝隙。这些纳米级别的蜂窝和缝隙, 使稻壳灰具备了很大的表面积, 还具备了强大的氢氧化钙吸附能力, 可以牢牢地吸附住氢氧化钙分子。在超高强混凝土中掺杂稻壳灰, 可以实现超高强混凝土性能在两个方面有效改善。第一个方面, 稻壳灰具有很大的表面积, 而且具有数量庞大的孔缝。在混凝土中掺杂稻壳灰之后, 能够有效改善混凝土离析泌水的现象。尤其是可以在底部实现聚水, 促使孔缝减少, 大幅压缩氢氧化钙晶体的成长空间, 降低氢氧化钙生长取向性和晶粒尺寸。第二个方面, 稻壳灰的主要成分是具有极高活性的火山质, 其可以和氢氧化钙进行反应, 从而减少氢氧化钙的晶体数量, 生成具备极高胶凝性的水化硅酸钙, 有效增强混凝土钢筋的胶结能力。
3.2 优化粘结强度的基本结论
(1) 超高强混凝土钢筋的粘结强度依然会受到混凝土基体抗压强度的影响, 并保持一定的正比关系, 而且仍然具有一定的提升空间。硅灰或稻壳灰掺杂后混凝土的抗压强度能够达到100MPa以上。 (2) 硅灰和稻壳灰对超高强混凝土钢筋粘结强度的强化作用十分明显, 其远远超出混凝土基体抗压强度对粘结强度的影响。 (3) 硅灰和稻壳灰是不受混凝土强度限制的, 其对混凝土钢筋粘结强度的影响主要受制与实际掺杂量, 一般在15%左右对粘结强度的提升效果最为明显。 (4) 稻壳灰强化混凝土钢筋粘结强度的机理使其自身结构具有纳米级别的孔缝以及很大的表面积, 就可以降低氢氧化钙含量, 也可以削弱氢氧化钙结晶取向。
4 结束语
超高强混凝土在大型建筑工程项目中具有十分广泛的应用前景, 需要对混凝土钢筋粘结强度的影响因素形成全面的认识, 并深入了解其中的基本原理, 以促进相关工作。
参考文献
[1]谢剑, 韩超等.高强钢筋与高强混凝土粘结锚固性能试验研究[J].建筑科学, 2015, 05.
[2]牛向阳, 王全凤, 等.高温后HRB高强钢筋粘结锚固性能的试验研究[J].工业建筑, 2010, 09.
高强钢筋 篇6
随着我国城镇化建设的快速发展和工业化进程的加快, 建筑业作为国民经济的支柱产业之一也得到了长足发展。与此同时, 钢材产量和消耗量也直线攀升。2005年, 我国钢筋总产量为5 800万t, 2012年钢筋产量达到1.75亿t, 7年间增长近3倍。巨大的资源消耗和长期以来形成的粗放式的经济发展模式, 使得我国的资源供给难以支持, 环境难以承受, 发展难以持续。因此, 钢铁工业的转型升级和建筑业发展模式的转变势在必行。
1 目前推广应用高强钢筋存在的问题
高强度钢筋是指抗拉屈服强度达到400 MPa级及400 MPa级以上的螺纹钢筋, 它具有强度高、综合性能优的特点, 用高强钢筋替代目前大量使用的335 MPa级螺纹钢筋, 平均可节约钢材12%以上 (1) 。我国高强钢筋在工程中的应用比例在缓慢提高, 以2010年为例, 我国钢筋总产量为1.4亿t, 400 MPa级以上钢筋的用量占40.4%, 其中400 MPa级钢筋占到总量的35%以上, 500 MPa级钢筋占到总量的5%左右, 600 MPa级钢筋也在少数的重点工程中应用 (2) 。但是, 长期以来, 尽管采取了许多措施, 但与日本、美国、德国等发达国家相比, 在国内推广应用400 MPa级及400 MPa级以上高强钢筋的进展比较缓慢, 存在着许多影响高强钢筋推广应用的因素。
1.1 建筑用钢标准和设计规范的选取是关键因素
在我国除了房屋建筑业以外, 铁路、交通、港口、水利、电力、煤矿等行业也是钢筋应用大户, 现行的建筑设计规范有GB 50010—2011《混凝土结构设计规范》、GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》等, 也有许多行业设计规范, 如GB 50157—2003《地铁设计规范》、TB 10002.3—2005《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》等。在这些规范中, 已经有一部分列入了高强钢筋品种, 但TB 10002.3—2005《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》、GB 50157—2003《地铁设计规范》中均无400 MPa级及400 MPa级以上钢筋品种;JTG D62—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》、TB 10002.3—2005《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》中, 对螺纹钢筋的使用只规定了HRB335和HRB400两种牌号;2009年新编制的《高强钢筋在混凝土结构中应用技术导则》, 也只规定了最高强度级别为HRB500[1]。由于没有相关规范的强制要求和技术规程的详细指导, 设计单位对使用高强度钢筋没有明确依据, 这些均从根本上制约了高强钢筋在各类工程建设中的应用。
1.2 有些混凝土结构应用高强度钢筋不够经济
根据GB 50010—2011《混凝土结构设计规范》的规定, HRB400、HRB500级钢筋的延性、抗疲劳性能、锚固性能、可焊性、冷弯性能、热稳定性等主要技术指标与HRB335级钢筋接近。因此, 对于由裂缝控制的混凝土结构, 采用HRB400级及HRB400级以上的高强钢筋并不能达到有效减少钢筋用量或减小断面厚度的目的。目前, 国内铁路、市政、交通、水利、民用建筑等工程项目, 由于现行规范的要求和最小配筋率的规定, 主要采用裂缝宽度要求来控制配筋。因此, 在进行这些工程的结构设计时, 基本上采用HRB235和HRB335级钢筋, 较少使用高强钢筋。
在高层建筑中, 采用高强钢筋可以在相同受力条件下减少钢筋用量, 增大钢筋间隙, 增加钢筋焊接、绑扎和混凝土浇筑空间, 保证了混凝土浇筑质量, 同时也减少了“肥梁胖柱”现象, 降低了工程造价。但是, 应用高强钢筋对于中低层建筑的经济效益并不明显。由于规范对最小配筋率、裂缝控制、裂缝宽度等要求, 在建筑结构的某些部位应用高强钢筋并未体现出高强度的优势, 反而因使用高强钢筋而增加成本。
1.3 设计人员的设计理念和使用习惯尚难转变
有些行业设计规范对使用高强钢筋无明确的强制性要求, 设计人员也就依照固有的设计理念进行工程设计。此外, 随着城镇化的推进和对各类基础设施的持续投入, 设计院承担的任务也日益繁重, 设计人员已经习惯于采用335 MPa钢筋, 若在图纸设计中全面推广应用高强钢筋, 则整套设计思路需要改变, 对各种应力、强度、安全系数等参数要重新进行计算、试验和验证, 因此, 设计人员在主观上不愿投入精力将高强钢筋的应用研究融入到设计工作中。
1.4 高强钢筋的供应与需求存在脱节现象
一方面, 工程建设对钢筋的需求量大, 同一项工程对钢筋产品的型号、规格要求较多, 同一批次所需的供货量多少不一, 施工企业又希望能及时供货, 这对于希望批量供货的钢铁企业来讲难以满足;另一方面, 随着国家对产能过剩产业结构调整力度的加大, 一些大型钢厂退出了建筑用钢的生产, 而小钢厂又由于资金和技术限制, 不愿意投入高强钢筋的研发。
1.5 钢筋施工技术的适用性问题
在建筑工程施工现场, 受高强钢筋产品特点的影响, 对高强钢筋的加工、焊接等技术还存在一定的难度, 工人操作有困难, 特别是细晶钢筋焊接区域的强度降低较多。这就需要钢材生产企业与建筑施工企业共同加快技术研发, 在施工技术和管理水平上逐渐改进和适应[1]。当然由此还会带来相关钢筋加工设备的更新换代、施工人员的技术培训等问题。
2 加快推广应用高强钢筋的对策建议
2.1 尽快开展产品标准和建筑设计规范的编制修订
对钢铁行业的用钢标准和建筑工程设计规范应进行修订和完善, 将400 MPa级、500 MPa级和600 MPa级钢筋纳入相关的结构设计和施工验收规范中, 使相关条文具有强制性。同时, 要加强与交通、铁路、水利等行业的协调, 使各行业的设计规范有效衔接, 纳入高强钢筋生产和应用的新工艺、新技术, 进行配套修订, 从而推进高强钢筋在工程建设中的应用。
2.2 合理应用高强钢筋
不是所有的建筑结构和构件都要使用高强钢筋, 在某项建设工程的不同部位, 也不是使用钢筋的强度越高就越好, 要坚持以节材为核心, 以结构安全为前提, 科学可靠、经济合理地使用。
由于部分混凝土结构是根据规范规定的配筋率要求来确定钢筋, 如果这些配筋都使用高强钢筋, 将造成极大的浪费。因此, 在进行结构设计时, 应根据所需要的强度, 合理选用相应规格、型号的钢筋, 做到物尽其用。
高强钢筋的强度较高, 相应的计算配筋量较少, 因此在楼板等一些受弯和受拉构件中应用时, 应注意对裂缝宽度的验算。在设计中, 可以尽量选配直径较小的钢筋或采取其他措施来控制裂缝的宽度。
2.3 加强政策支持
一是强化示范引导。各级政府投资建设的公共建筑、保障性住房和铁路建设、水利设施工程、交通工程等, 应率先采用高强钢筋。
二是建立财税激励制度。政府部门应列支专项资金重点支持高强钢筋生产技术改造项目和配套应用技术研发, 同时, 制定高强钢筋生产、机钢筋加工、配送技术应用财政补贴和税收优惠政策, 加大政策扶持力度。
三是在工程建设领域开展的评奖和示范项目以及钢铁行业相关产品评优活动中, 将高强钢筋的应用情况作为参评或获奖的条件之一, 由此促进工程建设的各参与主体使用高强钢筋。
2.4 加强高强高性能钢筋产品及应用技术的研发
400 MPa级钢筋在工程实践中的应用已逐步增多, 目前要加强500 MPa级及500 MPa级以上高强钢筋和抗震钢筋的研发、推广和应用, 突破生产、市场和应用过程中的对接瓶颈, 保证钢筋产品的质量稳定、可靠地满足工程实践的要求。
目前, 我国的钢铁生产水平还比较低, 附加值也很低, 很多高性能的产品依赖进口, 制约了高性能钢材在建筑、桥梁、隧道、煤矿等领域的应用, 因此钢铁行业的结构调整已刻不容缓。“高强高性能”不仅指材料的强度和延性, 还包括实际工程应用中对钢铁产品的抗疲劳、抗松弛、抗冲击、耐腐蚀性、抗震、耐低温等具体性能指标的要求。例如用作铁路隧道支护的锚杆钢筋, 要求具有较高的抗冲击性能来抵御突发冲击地压;铁路大桥桥墩中的高强度箍筋, 由于具体的使用要求, 必须具有良好的弯曲性能[2]。这些都需要钢铁企业加大研发投入, 开发适应不同行业需求的高强高性能钢筋产品。
针对高强高性能钢筋的施工和加工难题, 钢铁企业和施工单位要不断总结经验, 研究新工艺和新技术, 探索开发低成本的高强度钢筋的技术应用路线, 解决高强钢筋在工程中的应用难题, 降低钢筋加工成本, 加快高强钢筋的应用推广。
2.5 积极开展新技术的宣传推广和技术培训
充分发挥舆论的导向和监督作用, 大力宣传推广在工程建设中应用高强钢筋的重大意义, 对示范企业、示范工程的高强钢筋应用技术和管理经验要积极宣传, 努力营造有利于高强钢筋规模化应用的社会氛围。
对于工程建设的相关规范、标准的编制和修订, 建设行政主管部门和行业协会要积极组织建设、设计、施工、监理单位进行宣贯学习和技术培训。特别是设计单位, 要更新观念, 积极进行相关软件的研发升级, 将高强钢筋应用的相关标准、规范纳入到工程实践中。
2.6 完善钢筋深加工及物流配送体系
目前, 我国建筑钢筋加工、配送产业的发展还比较滞后, 人员素质、流程管理和质量控制体系还不完善, 加工配送技术的质量和水平还有待改进。作为推广应用高强钢筋的重要措施, 建立高强钢筋加工配送中心, 不但可以促使钢铁企业向建筑施工领域延伸产业链, 提高产品的附加值, 而且可以确保建设工程的质量安全。
3 结语
高强度钢筋的推广应用, 既有利于推动钢铁行业的转型升级和产品结构调整, 又能促进我国各类建筑和基础设施的质量升级, 推动建筑业的技术进步和装备水平的提高, 具有显著的经济效益和环境效益, 这也是我国建筑业和钢铁行业可持续发展的迫切要求。
参考文献
[1]高强钢筋推广有待“突围”[N].中国冶金报, 2012-04-28.
高强钢筋 篇7
华汇集团经过多年努力，成功开发了钢筋混凝土高强叠合结构技术体系，该结构体系具有梁高小、造价省、抗震性能好、施工速度快等综合优势，可广泛应用于跨度大、荷载大、层高高、体量大、外形规整的各类工业与民用建筑。
2011年5月份，华汇集团与新疆七星建设股份有限公司共同在新疆推广钢筋混凝土高强叠合结构技术体系，并在乌鲁木齐郊区选址建设预制构件生产基地。
2 设计背景
新疆预制场占地约14 667m2(22亩），该场地地基土为厚度逾10m砾砂，基地承载力特征值为200kPa，冻胀类别为不冻胀，冻胀等级为Ⅰ级。
根据七星集团要求，拟在该场地建设一个露天预制梁生产台座，额定生产能力初步定为10 000m3/a。
3 设计调研
针对新疆预制场预制台座的设计任务，设计人员首先对华汇集团现有的预制场预制台座进行了研究，以寻找设计中应考虑的关键因素。
该预制场共有槽式台座2个，每个台座长度70m，宽度14m，分为4槽，每槽有预制叠合梁生产线5条(见图1)。
设计人员对预制生产工艺、台座现存问题等进行了细致的研究讨论，认为目前的预制生产工艺比较成熟，不需改动，由此新台座的生产线布置方式，以及钢绞线的张拉、锚固方式可以保持不变，而将新台座设计的重点放在台座长度及宽度确定后的台座类型选择，及由此所带来的具体设计方案的确定和细节设计上。
经过设计人员研究，认为根据乌鲁木齐的气候条件，其每年可生产的时段为3月中旬至10月上旬，大致为280d左右，因落雨较少，其实际可生产的天数估计在250天以上。另外根据预制场的生产经验，预制场可按10d为一个流水节拍进行流水生产，台座长度可以考虑120m～130m之间，按照10000m3的产能要求，则需要的生产线为40条，每4条生产线为一个生产单元。
由此确定新的预制台座的基本要求如表1所示。
4 方案选择
根据新台座的基本设计要求，设计人员对台座结构形式进行了研究，提出了表2所示如下的三个结构方案。
设计人员在方案的选择上主要焦点集中在第2个和第3个方案的讨论上，一开始有成员反映锚杆的施工价格为300元/m，因此经济性上有巨大优势，但经过认真询价及初步测算，发现因本台座锚杆总进尺深度不深，施工方只能使用勘察用的100型钻机来开孔，按锚杆长度为15m计，每孔开孔时间需要两天，每日报价为1200元，如再加上锚杆及其附件，以及注浆费用，单根锚杆的价格将达到3000元左右，以80个孔计，则需24万元，因此价格优势不明显。同时设计人员普遍对锚杆在反复荷载的长期作用下的可靠性存有疑虑，因此初步考虑暂定第2个方案为主要研究对象，开展进一步的研究。
设计人员向浙大建筑工程学院的童根树教授、公司首席技术官杨峰进行了咨询，两位专家均认为第2个方案相对而言较安全可靠，同时出现问题易补救，专家提出可以按照钢结构的压杆稳定原理，并结合弹性力学的薄板稳定性理论计算受压临界荷载，以及考虑板的自重对板产生的约束作用。
根据专家意见，设计人员决定采用第2个方案，即重力式墩式张拉台座，在经济合理的前提下，重点解决台座倾覆，及台座台面板的受压稳定问题。
5 设计难点
1）对于台座倾覆问题，设计人员从提高抗倾覆力矩的“力”及“力臂”的方向进行了研究，认为基本思路如表3所示。
根据上述意见，设计人员一致认为,将b和d两项措施相结合是最经济合理的方案，由此经过多次方案设计及验算，确定了台座两端的基础形式如图2所示。
通过将基础深埋、扩大基础表面积的方式，利用回填的密实土壤的自重来提高基础的配重，同时将基础的倾覆转动点向台座内移，以充分提高抗倾覆力矩。
2)台座台面板的受压稳定问题，是本台座需要重点解决的关键问题，台面板在两端张拉力的影响下，将可能存在向上及向下失稳变形。根据专家的指点意见，小组成员拟按两种不同的理论进行受力分析。
(1)按两端铰接轴心压杆进行分析计算
生产线中心距600mm为杆件宽度，300mm为厚度，134m为长度，因压杆长度尺度远大于宽度及厚度的尺度，因此可将该计算单位比拟为一根受压杆件进行受力分析。
由图3可知，可将台座平板看成等间距的n道板带，板带的自重可以假设成侧向支撑，以阻止平板受压产生的向上挠曲。则单根板带设置n道等间距侧向支撑时，按照《钢结构设计规范》（GB50017—2003）第5.1.7条的规定，各支撑点的支撑力Fbm如下式：
板带可取1m宽计算，则支撑力计算结果为2.16kN，而1m的台面板自重标准值为4.5kN，是支撑力的两倍以上，由此可以认为,台面板不会因受压失稳。另外，整个台面板宽度接近30m，未承受张拉力的生产线部位还可以提供一定的帮助，因此结构安全。
(2）按弹性地基上的两端铰接板进行台座计算
已知板宽度600mm，厚度300mm，长度134m，使用C30混凝土，Ec为3.0×104N/mm2,fc为14.3 N/mm2，截面面积A为1.8×105 mm2，惯性矩I为1.35×109 mm4，惯性距半径i为86.6mm，地基的弹性抗力系数β依据《弹性地基梁的计算》[1]取50 000 k N/m3×0.6m=30 000kN/m2，张拉最大力N为2198kN，板的均布自重荷载标准值g为4.5 kN/m。
计算假定板下处理过的地基是匀质的，板截面延长度方向是常量，故设板在纵向屈曲时是按m个半波的正弦曲线变形。
则屈曲线方程为：
由此可以算得板的弯曲应变能为：
设板在dx的长度内其地基反力为βydx，相应的变形能为（βy2/2)dx，弹性地基的形变能为：
张拉钢绞线的张拉力P作用在板端所做的功为：
令△T=△U1+△U2，可得临界力Pk:
由此，令d Pk/dm=0，将已知条件代入，可得：
经计算：m=39.57
说明当屈曲的半波数为39或40时，可得最小临界力Pk，因此板的计算长度取为l0=L/39=3.4 36m,l0/i=3436/86.6=39.68。
查《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）,可得φ为0.96,则可按照规范中的正截面受压承载力公式进行本台座板的正截面承载力计算，其中台座板混凝土的受压承载力为：PK=0.9φfcA=2 223.936kN>2 083kN,由此，台座板稳定性满足要求。
其次，考虑当板发生弹性屈曲时，“上拱”的半波存在脱离地基的可能性，此时可依据图4按照结构力学中的均布自重荷载g作用下的两铰拱受力模型考虑板的均布荷载对屈曲变形的约束，由此在半波的上拱度超过am=g/β时，将产生一种极限状态，此时半波所能承受的张拉力为：
因此，本台座在正常生产过程中不可能出现失稳状态。
6 细节设计
设计人员施工图绘制过程中，对设计细节进行了深入沟通，力争在图纸上不出现缺漏和相互影响之处，具体的成果如表4和图5所示。
7 效果检查
该预制台座于2011年10月前施工完成，于2012年3月开始了生产，经我方外派的技术指导人员反馈，该台座生产正常，能够满足预制构件流水生产需要；台座两端的深梁、牛腿未发现裂缝，台面板无翘曲现象，仅中部有平行台座宽度方向的细裂纹，经判断为温度应力裂缝，不影响结构安全；台座结构造价70万元，较设计前期预估费用有较大节省。
8 结语
本次台座设计采取了QC小组的活动模式，考虑到的问题及细节较多，也较全面，同时对于日常习惯使用计算软件进行设计的人员而言，也是一次运用结构知识解决具体问题的锻炼。
另外，本台座在设计方式上有一定的创新，具有一定的借鉴意义。
摘要：介绍了高强叠合结构技术体系预制梁生产所需预制台座的设计过程,以及在该台座设计过程中解决的具体技术问题。
关键词：预应力高强叠合结构,专用台座,设计
参考文献
[1]龙驭球.弹性地基梁的计算[M].北京:高等教育出版社,1981.
[2]徐芝纶.弹性力学简明教程(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1983.
高强钢筋 篇8
1 试验概况
1.1 试件设计
本试验设计制作了9根混凝土强度等级为C70的高强钢筋混凝土梁(fc=60.2 N/mm2,ft=6.68 N/mm2～7.16 N/mm2,Ec=43 000 N/mm2),采用Ⅳ级钢筋(fy=660 N/mm2,Es=201.1 N/mm2),实际尺寸、配筋及试验类型见表1。
1.2 试验内容
1.2.1 静载试验
从低、中配筋率两组梁中各抽出一片做静载试验,确定其极限承载力Nu。做静载试验时,一般5次加载,估计开裂和破坏前适当加密,每一级均量测混凝土应变、钢筋应变、裂缝宽度及荷载数值。
1.2.2 疲劳试验
采用固定最小应力和最大应力水平的等幅正弦波加载。施加疲劳荷载的最大值为0.3Mu～0.4Mu(Mu为梁的极限弯矩),循环特征值ρf=Mmin/Mmax分别为0.3,0.4,0.5三种,配筋率高的梁做疲劳试验的最大值为0.4Mu(Mu为配筋率为1.023%试件的破坏弯矩)。
2 疲劳裂缝计算
大量试验观测表明,在疲劳荷载作用下,钢筋混凝土构件的刚度下降、裂缝开展的一个重要原因是钢筋与混凝土之间粘结力的退化和两者之间相对滑移的增长。
钢筋混凝土梁平均裂缝宽度的计算模式为:
ωm=∫
其中,lcr为平均裂缝间距;εsx为钢筋应变。由前述可知,在疲劳荷载作用下,在一个裂缝区段内仍符合平截面假定,故疲劳荷载作用N次后的钢筋应变为:
ε
其中,xf为疲劳荷载作用N次后的受压区高度;ε
ϕNs=ε
其中,ϕN为疲劳荷载作用下混凝土应变增大系数。如果假定裂缝间各区段钢筋应变分布形式不改变,则由式(1),式(2),式(3)得:
最大裂缝宽度公式也可采用类似的形式,如下式:
ωfmax=ϕN×ωmax (5)
静载作用下的最大裂缝宽度和平均裂缝宽度可采用与规范相衔接的公式,如下式所示:
ωmax=αcrϕσss(2.7c+0.08d/ρte)v/Es,
ωm=αcϕσss(2.7c+0.08d/ρte)v/Es。
3 疲劳刚度计算
试验证明,在疲劳荷载作用下,平截面假定仍然成立,则截面的平均曲率可用下式计算:
φ
其中,ε
B
在加载至疲劳荷载上限的静载作用下,梁内钢筋和混凝土的应力远低于其屈服强度,受压区混凝土采用三角形应力分布,由裂缝截面上的力矩平衡可以得到:
在施加疲劳荷载后,梁内钢筋和混凝土应变随荷载循环次数的增加逐渐变大,但都在弹性范围以内,故受压区混凝土的简化图式也可采用三角形分布,并且忽略截面上拉区混凝土的应力。施加疲劳荷载后,钢筋应变和混凝土应变均随荷载循环次数增大,但在一个裂缝区段内仍符合平截面假定,故疲劳荷载作用N次后的钢筋应变为:
ε
令ε
ϕNs=ε
其中,ϕN为疲劳荷载作用下的混凝土压应变增大系数。则可以得到:
ε
把式(4)代入式(2),式(3)得到疲劳刚度的计算式:
B
其中,各系数的意义和计算方法同文献[3]。
万次
4 试验值与计算值的比较
文中进行了9根高强钢筋混凝土梁的疲劳试验来验证以上公式的合理性。如表2所示为部分高强钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下裂缝宽度的计算值与试验值,如表3所示为本次部分试验梁的疲劳刚度计算值与试验值的比较,从表中可以看出,结果符合良好。
参考文献
[1]中国土木工程学会高强混凝土委员会.高强混凝土结构设计与施工指南[M].北京:中国建筑工业出版社,1993.6.
[2]过镇海.钢筋混凝土原理[M].北京:清华大学出版社,2001.241-253.
[3]GBJ 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].
[4]卢建峰,蒋永生,梁书亭.高强钢筋高强混凝土梁刚度的试验研究[J].东南大学学报,1996(11):109-114.
高强钢筋 篇9
使用高强钢筋效益明显, 在保证建筑结构安全度不变的前提下, 可减少钢筋用量, 也可显著改善框架结构中梁、柱节点钢筋拥挤的现象, 提高工程质量;其次, 我国又是地震多发地区, 为提高建筑物的坚固性, 必须增加钢筋用量或采用高强抗震钢筋。
从2008年开始, 凌钢集团就一直致力于高强钢筋的研究, 特别是对高强抗震钢筋研究, 在开发研究HRB400E抗震钢筋的基础上对HRB500E高强钢筋进行研制, 试验φ12~φ32 mm规格比较顺利, 但在开发规格φ36 mm、φ40 mm大规格过程中遇到屈服强度富余量低、强屈比不合等问题。而后通过不断优化成分和工艺, 现已能批量化生产。
1 大规格HRB500E钢筋研究
1.1 技术要求
(1) 执行标准:G B1499.2-2007。
(2) 技术要求:HRB500E化学成分、碳当量 (熔炼分析) 和性能见表1, 根据需要钢中还可以加入V、Nb、Ti等元素。
碳当量Ceq (百分比) 值可按以下公式计算:Ceq=C+Mn/6+ (C r+V+M o) /5+ (C u+N i) /15。
1.2 成分设计
根据凌钢生产HRB400E带肋钢筋的经验, 碳增加0.10%可分别提高屈服强度和抗拉强度30 MPa和60 MPa, 但碳含量偏高影响钢筋的塑性和焊接性能, 因此, 要控制C含量, 防止碳当量过高。Mn可提高固溶强化效果, 降低相变转变温度, 细化钢材的组织, 提高强度和韧性。但含量过高影响焊接性能。由于凌钢未采用轻穿水工艺提高钢筋性能和控轧控冷工艺生产细晶粒钢筋, 但又不能单纯通过提高常规元素含量提高强度, 因此选择Nb、V微合金化工艺生产高强度钢筋。首先, 选用铌微合金化工艺, 利用铌的固溶细化晶粒和析出强化强度, 但铌对轧钢加热温度要求较高且成本较高, 而改用铌铁、钒铁复合微合金化。随着氮化钒铁合金生产工艺成熟, 而采用氮化钒铁微合金化。
氮化钒铁在钢中强化机制: (1) 钢中增氮, 使处于固溶态的钒在冷却过程转变成析出态的钒, 充分发挥了钒的沉淀强化作用。 (2) 细化晶粒作用, 氮化钒铁微合金化通过优化钒的析出和细化铁素体晶粒, 可同时发挥晶粒细化和沉淀强化两种强化方式的作用, 有利于实现强塑性匹配。
我公司根据HRB500E性能要求和合金成本考虑, 拟采用钒氮微合金化试验大规格HRB500E。内控成分设计见表2。
2 试制生产
2010年6月, 采用氮化钒铁试验生产5炉φ40 mmHRB500E, 试验工艺如下所示。
2.1 工艺流程
低硫铁水—35 t转炉冶炼—脱氧合金化—吹氩—连铸 (断面为150 mm×150 mm和160 mm×160 mm) —棒材机组加热—轧制—倍尺剪切—冷床冷却—定尺剪切—包装。
2.2 冶炼和连铸
2.2.1 冶炼
(1) 采用脱硫铁水和低硫铁水入炉, [S]≤0.020%。 (2) 终点:[C]≥0.07%, 温度平均1650℃ (3) 采用SiAlB aC a预脱氧, 出钢1/3顺序加入硅铁、氮化钒铁、锰铁合金化。 (4) 吹氩2 min取参考样, 根据参考样成分利用喂碳线、锰线对成分进行微调。吹氩时间大于5 min。
2.2.2 连铸
(1) 采用钢包长水口保护浇注。 (2) 中间包温度控制在1519~153 5℃, 平均1 5 3 2℃, 拉速控制在1.7~2.2 m/min, 平均拉速2.0 m/min, 断面160×160 mm方坯较150×150mm拉速降低0.10 m/min。 (3) 结晶器采用电磁搅拌, 搅拌电流26 0A, 频率5 H z (160 mm×160 mm断面) 和6 Hz (150×150 mm断面) 。 (4) 二次配水采用气雾冷却, 使用强冷工艺, 比水量1.20 L/kg。
2.3 轧制
棒材为高架全连续式, 加热炉为蓄热步进梁式, 预热段900℃~1100℃, 加热段1100℃~1160℃, 均热段1130℃~1200℃, 主轧机18架。
2.4 试制结果
表2.为HRB500E在线实物化学成分和性能。
3 试制结果分析
(1) 从表2 HRB500E在线性能看, 个别试样强屈 (R0m/R0eL) 比较低。 (2) 时效1周后检验, 屈服强度 (ReL) 较在线降低10~35 MPa, 富余量较低;抗拉强度 (Rm) 基本持平。最大力总伸长率Agt有所提高。
而后又通过提高V含量, 但屈服强度增加不明显。随后, 用铌铁和氮化钒铁复合微合金化工艺生产大规格HRB500E。又重新设计化学, 小批量试验φ36 mm和φ40 mm两个规格, 成分和性能见表3。
从表3看, 采用铌钒复工艺后生产HRB 500E抗震钢筋屈服强度和强屈比适中, 时效1周后, 屈服强度降低10~15 MPa, 抗拉强度降低5~10 MPa, 性能均满足抗震钢筋标准要求。从高倍检验看, 非金属夹杂物中A类为2.0~2.5级、B类为1.0~1.5级、C类为3.0~3.5级、D类为2.0~2.5级、硫化物和C类硅酸盐夹杂较高, 晶粒度适中 (8.0~9.0级) , 组织为铁素体+珠光体。大规格HRB500E抗震钢筋基本具备批量生产条件。
4 结论
通过试验对比采用铌钒复合生产大规格抗震钢筋比单纯采用氮化钒铁更能实现强塑性匹配;在生产中要保证窄成分控制, 同时提高内控成分合格率, 确保力学性能稳定;要加强低硫成分控制同时加强吹氩、中间包液面高度控制促使硅酸盐夹杂上浮去除, 进一步提高HRB500E性能。
参考文献
[1]刘朝建.持续推动高强度钢筋应用促进我国经济可持续发展.中国钢铁业, 2011 (12) :20.