MPa級(jí)鋼筋溷凝土構(gòu)件的受力性能及工程應(yīng)用a.ppt

1、500MPa級(jí)鋼筋混凝土構(gòu)件的受力性能及工程應(yīng)用,鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院 劉立新 2010年8月 煙臺(tái),第十屆全國混凝土結(jié)構(gòu)教學(xué)研討會(huì)交流資料,一. 概 述 混凝土結(jié)構(gòu)是我國工程建設(shè)中應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一，熱軋帶肋鋼筋是混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣泛的受力和構(gòu)造鋼筋，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2009年我國熱軋鋼筋的用量已接近1億噸。但我國混凝土結(jié)構(gòu)目前所應(yīng)用的鋼筋和混凝土強(qiáng)度比西方發(fā)達(dá)國家普遍要低1-2個(gè)等級(jí)，消耗了過多的資源和能源。為盡快改變這種不合理狀況，新修訂的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010列入了500MPa級(jí)鋼筋。 500MPa級(jí)鋼筋是我國冶金行業(yè)新研制開發(fā)的用于非預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)

2、良的高強(qiáng)度鋼筋。分為添加釩、鈦等低合金元素軋制的HRB500級(jí)和采用控溫技術(shù)(不加或少加低合金元素)軋制的細(xì)晶粒HRBF500級(jí)。其抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為500MPa，強(qiáng)屈比1.2-1.3，斷口伸長率d 10在15%以上，均勻伸長率d gt大于10%，達(dá)到了歐洲規(guī)范MC-90規(guī)定的S級(jí)(優(yōu)級(jí))延性鋼筋指標(biāo)的要求，也達(dá)到了歐洲規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)定ENV-8中對(duì)用于抗震結(jié)構(gòu)“H”類高延性鋼筋要求均勻伸長率的要求。,長期以來，我國熱軋帶肋鋼筋的品種主要是添加釩、鈦等合金元素的普通低合金鋼，由于鋼筋用量巨大，近年來已造成釩、鈦等低合金資源資緊張，價(jià)格眀顯上漲，對(duì)熱軋鋼筋的生產(chǎn)和應(yīng)用帶來不利影響。 細(xì)晶粒

3、熱軋帶肋鋼筋是我國冶金行業(yè)研究開發(fā)的新型熱軋鋼筋，這種鋼筋生產(chǎn)過程中不需要添加或只需添加很少的釩、鈦等合金元素，而是在熱軋過程中，通過控軋和控冷工藝軋制成的帶肋鋼筋，其金相組織主要是鐵素體加珠光體，晶粒度不粗于9級(jí)。細(xì)晶粒熱軋帶肋鋼筋的外形與普通低合金熱軋帶肋鋼筋相同，其強(qiáng)度和延性完全滿足混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求。 用細(xì)晶粒熱軋帶肋鋼筋代替我國目前大量使用的普通低合金熱軋鋼筋可節(jié)約國家寶貴的釩、鈦等合金元素資源，降低碳當(dāng)量和鋼筋的價(jià)格，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益均十分顯著。,500MPa級(jí)鋼筋外形及拉伸試驗(yàn),d=25mm 500MPa鋼筋 d=8mm 500MPa鋼筋,二. 500MPa級(jí)鋼筋用于混

4、凝土結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究 為了盡快使500MPa級(jí)鋼筋在工程中得到應(yīng)用，鄭州大學(xué)、首鋼總公司、中國建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)所和河南省第一建筑工程有限責(zé)任公司從2002年起進(jìn)行了較為系統(tǒng)的500MPa級(jí)鋼筋工程應(yīng)用研究，主要研究 內(nèi)容有500級(jí)鋼筋混凝土受彎、受剪、受壓、 預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的受力性能的 試驗(yàn)研究，500MPa級(jí)鋼筋 與混凝土粘結(jié)錨固性能的 試驗(yàn) 研究，500級(jí)鋼筋焊 接和機(jī)械連接性能的試驗(yàn) 研究等，提出了500MPa級(jí) 鋼筋在工程設(shè)計(jì)、施工中 的主要技術(shù)參數(shù)，為規(guī)范 修訂提供依據(jù)。,1. 500MPa級(jí)鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的受力性能 簡支梁和連續(xù)梁的受彎試驗(yàn)表明，500MPa級(jí)鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的受

5、力性能和普通熱軋帶肋鋼筋混凝土構(gòu)件基本相同，受彎承載力可按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010中規(guī)定的受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算公式計(jì)算；取抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度fy=435MPa，受彎承載力有足夠的安全儲(chǔ)備。 受彎構(gòu)件的撓度和裂縫寬度仍可按規(guī)范規(guī)定的公式計(jì)算（裂縫計(jì)算公式適當(dāng)修改），在常用配筋率情況下，采用500MPa級(jí)鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下的撓度和裂縫寬度可滿足現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的撓度限值。 500MPa級(jí)鋼筋有很好的延性，受彎構(gòu)件塑性鉸有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)能力，在超靜定結(jié)構(gòu)中可形成破壞機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)完全的塑性內(nèi)力重分布，可用于考慮塑性內(nèi)力重分布設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。,2. 500MPa級(jí)鋼筋混凝土受剪構(gòu)件的受力性能

6、 通過7根不同剪跨比和不同配箍率受剪構(gòu)件的試驗(yàn)表明，用500MPa級(jí)鋼筋作抗剪箍筋的混凝土構(gòu)件的受剪性能和普通鋼筋基本相同，受剪承載力仍可按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010中規(guī)定的斜截面承載力計(jì)算公式計(jì)算，為控制斜裂縫的寬度，建議在受剪承載力計(jì)算中取箍筋屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fyv=360MPa。 注：新修訂規(guī)范的抗剪公式進(jìn)行了修改。,3 500MPa級(jí)鋼筋混凝土受壓構(gòu)件的受力性能 對(duì)30根配有500MPa級(jí)縱向受力鋼筋的軸心受壓短柱(混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30C80，受壓鋼筋配筋率(0.2%5.2%)的試驗(yàn)結(jié)果表明，在配有縱筋的受壓構(gòu)件中，混凝土的受壓的峰值應(yīng)變有所提高；當(dāng)軸心壓力增大到破壞荷載的90

7、%左右時(shí)，柱側(cè)面混凝土出現(xiàn)縱向裂縫，此時(shí)混凝土的壓應(yīng)變已達(dá)到0.0025，縱向受壓鋼筋的應(yīng)力已達(dá)到500MPa；臨近破壞時(shí)，混凝土出現(xiàn)多條縱向裂縫，縱向受壓鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度，說明在軸心受壓短柱中鋼筋和混凝土的強(qiáng)度均能得到較好發(fā)揮。 因此在配有500MPa級(jí)鋼筋的混凝土受壓構(gòu)件中，鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值可按我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，取熱軋鋼筋的材料性能分項(xiàng)系數(shù)1.15，則可取500MPa級(jí)鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為f y=500/1.15435MPa，并有足夠的安全儲(chǔ)備。,4. 500MPa級(jí)鋼筋作為預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中非預(yù)應(yīng)力筋的受力性能 通過11根采用500MPa級(jí)鋼筋作為非預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力混凝土梁（4

8、根先張法、3根后張法、3根疲勞試驗(yàn)、1根12m先張法箱梁）的受力性能試驗(yàn)，表明500MPa級(jí)鋼筋作為預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的非預(yù)應(yīng)力筋時(shí)其強(qiáng)度能充分發(fā)揮： (1) 試驗(yàn)梁預(yù)應(yīng)力度較好，在自重作用下的反拱約10mm；正抗裂性能及豎向撓度均能滿足要求； (2) 裂縫發(fā)展均勻、裂縫寬度一直很小，臨近破壞時(shí)（90%破壞荷載）最大裂縫寬度僅為0.2mm；由于折線形預(yù)應(yīng)力筋的作用，在試驗(yàn)梁的彎剪段未出現(xiàn)斜裂縫； (3) 取 fy=500/1.15=435MPa，試驗(yàn)梁有足夠的承載力安全儲(chǔ)備，在達(dá)到設(shè)計(jì)破壞荷載的130%時(shí)才發(fā)生破壞；破壞時(shí)跨中撓度接近l/50，表現(xiàn)出較好的延性；破壞受壓區(qū)混凝土被壓碎，鋼絞線和非

9、預(yù)應(yīng)力鋼筋均未發(fā)生斷裂。,5. 500MPa級(jí)鋼筋與混凝土的粘結(jié)錨固性能 6組72個(gè)粘結(jié)錨固試件的拔出試驗(yàn)結(jié)果表明 500MPa級(jí)帶肋鋼筋與混凝土的錨固性能和普通帶肋（月牙紋）鋼筋相同，其設(shè)計(jì)錨固長度仍可按現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的公式計(jì)算。 試驗(yàn)結(jié)果公式： 規(guī)范建議公式： 計(jì)算的錨固長度的比值均在1.10到1.14左右，十分穩(wěn)定，且500MPa級(jí)鋼筋與400MPa級(jí)鋼筋的比值基本一樣，說明500級(jí)鋼筋的設(shè)計(jì)錨固長度仍可按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010規(guī)定的公式計(jì)算。,表1 錨固長度計(jì)算比較,現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002的設(shè)計(jì)錨固長度計(jì)算公式規(guī)定當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40時(shí)，

10、仍按C40級(jí)混凝土計(jì)算。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40C80時(shí)，規(guī)范的設(shè)計(jì)錨固長度計(jì)算公式仍能較好適用，考慮到近年來高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用日益增多，建議錨固長度計(jì)算公式中混凝土強(qiáng)度等級(jí)的上限可提高到C60。 6. 500MPa級(jí)鋼筋焊接和機(jī)械連接性能 進(jìn)行了500MPa級(jí)鋼筋的閃光對(duì)焊、電弧焊、氣壓焊和剝肋滾壓直螺紋連接、擠肋滾壓直螺紋連接、鐓粗直螺紋連接、錐螺紋連接、冷擠壓連接等多種連接接頭的受力性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，除錐螺紋連接外，500MPa級(jí)鋼筋的閃光對(duì)焊、電弧焊、氣壓焊和剝肋滾壓直螺紋連接、擠肋滾壓直螺紋連接、鐓粗直螺紋連接、冷擠壓連接的受力性能良好，均能達(dá)到國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要

11、求，可在工程實(shí)踐中應(yīng)用。,7. 500MPa級(jí)鋼筋試點(diǎn)工程,三. 規(guī)范列入500級(jí)鋼筋后教學(xué)中應(yīng)注意的問題 1. 熱軋鋼筋的品種及牌號(hào),表2 普通鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,F,F,R,F,2.鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和伸長率,2.熱軋鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,表3 普通鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）,抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,表4 普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋在最大力下的總伸長率限值,注：有較高抗震性能要求的普通熱軋帶肋鋼筋 HRB400E、 HRBF400E、 HRB500E、HRBF500E等， gt不小于9.0%。,3.鋼筋最大力下的總伸率（均勻伸長率） 鋼筋斷后伸長率 只能反映鋼筋斷口頸縮區(qū)域殘余變形的大?。徊煌瑯?biāo)距長

12、度l0得到的結(jié)果不一致；忽略了鋼筋的彈性變形，不能反映鋼筋受力時(shí)的總體變形能力；容易產(chǎn)生人為誤差。 最大力下的總伸長率（均勻伸長率）dgt （Agt）,4.最小配筋率,表5 縱向受力鋼筋的最小配筋百分率min (%),0.20和45,注：1.受壓構(gòu)件全部縱向鋼筋最小配筋百分率，當(dāng)采用C60 及以上強(qiáng)度等級(jí) 的混凝土?xí)r，應(yīng)按表中規(guī)定增加0.10； 2.板類受彎構(gòu)件的受拉鋼筋，當(dāng)采用強(qiáng)度級(jí)別400N/mm2、500 N/mm2 的鋼筋時(shí)，其最小配筋百分率應(yīng)允許采用0.15和45f t/f y 中的較大值,5.其他方面 裂縫寬度計(jì)算（修改鋼筋混凝土裂縫寬度計(jì)算公式，鋼 筋 應(yīng)力按荷載準(zhǔn)永久組合彎矩計(jì)算）； 錨固長度 基本錨固長度 錨固長度,原規(guī)范規(guī)定：當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)高于C40時(shí)，按C40取值 ； 修訂后改為：當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)高于C60時(shí)，按C60取值,四. 新規(guī)范教材 混凝土結(jié)構(gòu)原理劉立新 葉燕華 主編 武漢