中国建筑用钢筋有何不同之处?
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中国建筑用钢筋有何不同之处?

文章出处:悍马加固材料人气:-发表时间:2018-06-08 09:58【

中国建筑用钢筋有何不同之处?

1、概述

我国正处于工业化和城镇化快速发展时期,建筑业发展迅猛,对建筑用钢筋的性能、质量也提出了更高的要求,因此应加快建筑用钢筋品种优化与更新换代。同时,随着我国与国际接轨的步伐加快,我国的建筑用钢筋不仅要满足国内建设市场的需要,而且要积极加入国际市场的竞争,满足国际市场的需要。美国建筑用钢筋标准规范体系完善并有超前意识,钢筋级别设置合理,钢铁行业市场成熟,整体装备水平高,产品系列稳定齐全,行业内设计、生产、管理等部门在钢筋应用技术、认识和操作上都有较高水平,值得我国借鉴。

2、中美建筑钢筋及应用的有关标准

2. 1美国的主要标准

美国建筑用钢筋产品标准方面,主要有混凝土配筋用碳钢带肋钢筋与光圆钢筋标准ASTM A615和混凝土配筋用低合金带肋钢筋与光圆钢筋标准ASTM A706两本,由美国材料与试验协会( American Society for Testingand Materials,ASTM) 制定。在钢筋应用方面,主要是由美国混凝土学会( American Concrete Institute,ACI) 制订的钢筋混凝土房屋建筑规范ACI 318。

2. 1. 1 ASTM A615 简介

ASTM A615于1911年颁布实施,最初钢筋等级划分为33 级、40 级和50 级,最小屈服强度为33ksi、40ksi和50ksi ( 英制公制强度单位对应见表1) 。发展到今天,33级和50级已经被淘汰,加入了60、75 和80级钢筋。最新版ASTM A615-2012包含四个等级的钢筋: 40级、60 级、75级和80级。

表1 美国钢筋等级强度单位英制公制对应表

美国钢筋等级强度单位英制公制对应表

1968 年,ASTM A615首次纳入60级和75级钢筋。75级钢筋的发展有一些曲折,在1974 年因屈服强度定义与1971年版美国钢筋混凝土房屋建筑规范ACI318冲突而被删除,经过协调一致后,1987 年又被重新纳入。2009 年,ASTM A615纳入80级钢筋。尽管ASTM A615已经加入80级钢筋,但75级钢筋还会保留一段时间,以满足一些用户需要,如用于采矿业的顶锚。

2. 1. 2 ASTM A706 简介

1974 年,ASTM A706 颁布实施。在2009年之前,标准只针对60级钢筋。2006年,关于增加80级钢筋的最初修改草案提交到ASTM分委员会A01. 05工作组,讨论后发现最主要的问题是该种钢筋有没有成为商品的可能性。于是,位于加州、俄勒冈州、华盛顿州和南卡罗莱纳州的四家供应商自愿进行了试生产和测试。测试结果证明产品在抗拉性能和化学组分上均能满足要求。2009年标准通过修订,纳入80级钢筋。对于此次修订,地震区的结构工程师、钢筋供应商和制造商、施工企业等都是非常支持的,因为更高强度钢筋可减少配筋密集度,增加可建造性,尤其对于抗震结构。现行版本为ASTM A706-2009b,包括60级和80级两种钢筋。低合金钢筋在强度、延性、质量上都比碳钢钢筋更加优良。因此可以广泛应用于地震地区。ASTMA706规定60 级、80级带肋钢筋的均匀伸长率按不同直径分别为10%~14%和10%~12%,均高于ASTMA615中8% 和7%的同类要求。ASTM A706 还对钢筋的屈服强度上限作出明确规定,而ASTM A615中则没有。值得注意的是,ASTM A706中还指出80级钢筋的性能指标可能与现行其他设计规范的规定不一致。

2. 1. 3 ACI 318 简介

ACI 第一部房屋建筑规范诞生于1910年,但第一版以ACI 318命名的房屋建筑规范发布于1941年,1999年之前基本上每六、七年修订一次,1999 年后至今每三年修订一次。现行版本为ACI 318-2011,在光圆和带肋碳钢钢筋、带肋低合金钢筋标准上直接引用现行ASTM A615和ASTM A706。

规范规定在普通钢筋混凝土结构中,40级和60级带肋钢筋是主要材料,也可以使用75级和80级钢筋,但对光圆钢筋的应用有严格的限制。对于地震区建筑,推荐使用60级低合金带肋钢筋和满足抗震性要求的40级、60级碳钢钢筋。ACI 318对于75级钢筋的应用可以追溯到1951年版规范,尽管在其中未明确提出75级钢筋,但实际上允许在竖向柱的配筋中使用屈服强度最高达75 ksi的钢筋。

美国对于高强钢筋的应用是颇为慎重的,75级和80级钢筋在结构中的应用目前在ACI318 规范中均有很多限制。就ACI 318-11来说,虽然规范第9. 4条规定了除预应力筋和横向约束配筋外(可达100 ksi) ,钢筋屈服强度设计值( fy)和横向钢筋屈服强度设计值( fyt)的计算值均不应超过80 ksi( 2005年版之前规定横向约束配筋也不能超过80 ksi) ,但规范中许多条文仍然把fy和fyt 限制在不超过60 ksi,实际上也就是限制了75级和80级钢筋的应用,比如:

( 1) 11. 4. 2 条关于抗剪配筋( 箍筋) fy 和fyt 的规定( 对于焊接的带肋钢筋可以达到80 ksi,ACI 318-95 将其从60 ksi 提高到了80 ksi) ,其目的是对斜裂缝宽度的控制;

( 2) 11. 5. 3. 4 条关于抗扭配筋fy和fyt的规定,其目的是对斜裂缝宽度的控制;

( 3) 11. 6. 6条关于摩擦抗剪配筋的规定;

( 4) 18. 9. 3. 2条关于预应力混凝土单元构件粘结配筋fy的规定,目的是保证混凝土不开裂;

( 5) 19. 3. 2条关于壳体和折板非预应力钢筋fy的规定;

( 6) 21. 1. 5. 2 条关于抗震特殊框架和特殊构造墙配筋fy的规定,目的是防止脆性破坏。

从美国应用情况看,由于75级和80级钢筋的延性低,ACI 318规范对于这两个强度等级钢筋的规定很谨慎。另外,规范要求钢筋连接技术和连接成本也需在设计时仔细确认。

2. 2中国的主要标准

我国在建筑钢筋产品方面现行的国家标准主要有《钢筋混凝土用钢第1部分: 热轧光圆钢筋》GB1499. 1-2008 和《钢筋混凝土用钢第2 部分: 热轧带肋钢筋》GB1499. 2-2007; 在混凝土结构钢筋应用方面现行的国家标准主要有《混凝土结构设计规范》GB50010- 2010和《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 等。

2. 2. 1 《钢筋混凝土用钢第1 部分: 热轧光圆钢筋》GB1499. 1-2008

该标准为GB1499的第1部分,自2008年9月1日实施,代替了GB /T701-1997《低碳钢热轧圆盘条》中建筑用盘条部分和GB13013-1991《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》。与GB13013-1991 相比,主要变化有: 增加特征值定义; 增加300 强度级别; 增加产品规格和订货内容; 修改并统一钢筋牌号。

热轧光圆钢筋包括HPB235和HPB300两种牌号,强度等级分别为235 MPa 和300 MPa。与ASTM615类似,该标准中对钢筋的化学成分含量,外观、重量、尺寸偏差,力学和加工性能,检验试验等都做了明确规定。

按照住房和城乡建设部、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) ,修订该标准时,将取消HPB235,仅保留HPB300。

2. 2. 2 《钢筋混凝土用钢第2部分: 热轧带肋钢筋》GB1499. 2-2007

该标准为GB1499的第2部分,自2008年3月1日实施,代替了GB1499-1998《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》。与GB1499-1998 相比,主要变化有: 增加细晶粒热轧钢筋; 增加细晶粒热轧钢筋HRBF335、HRBF400、HRBF500 三个牌号; 增加普通热轧钢筋、细晶粒热轧钢筋、特征值三条定义; 增加订货内容; 增加疲劳性能、焊接性能、晶粒度三项技术要求; 对“表面质量”、“重量偏差的测量”等条款作修改; 修改钢筋牌号标志及附录等。

热轧带肋钢筋包括普通热轧钢筋HRB335、HRB400、HRB500 和细晶粒热轧钢筋HRBF335、HRBF400、HRBF500 六种牌号,强度等级分别为335MPa、400 MPa、500 MPa。对有较高要求的抗震结构钢筋适用牌号后加“E”,并规定了实测抗拉强度与实测屈服强度之比、钢筋实测屈服强度与屈服强度特征值之比以及最大伸长率。对于其他要求,如钢筋的化学成分含量,外形、重量、尺寸偏差,力学和工艺性能,检验试验等,标准也都做了明确规定。

2. 2. 3 《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

该规范自2011年7月1日实施,在纵向受力普通钢筋、箍筋选用中增加了500 MPa级带肋钢筋,以300 MPa级光圆钢筋取代了235 MPa 级钢筋并调整了钢筋锚固长度。对有抗震要求的钢筋,在实测抗拉强度与实测屈服强度之比、钢筋实测屈服强度与屈服强度特征值之比以及最大伸长率方面,与GB1499. 2-2007 有相同规定。

我国混凝土结构设计规范的编制依据主要是上世纪七、八十年代进行的大量基础性科研,当时的试验用钢筋强度均为335 MPa 以下。虽然历经2002版、2010版两次修订,分别将400 MPa、500 MPa 钢筋纳入设计规范,但未从根本上改变相关规范的技术体系,结构构件抗震综合评价等关键问题仍未完全解决,从而也造成目前我国的设计规范使用的钢筋强度等级最高是400 MPa,而针对500 MPa 级钢筋的具体应用技术措施还不完备。

3 、中、美两国建筑钢筋标准及应用情况比较分析

3. 1 强度等级

在美国钢筋产品标准中,其强度等级序列为40级( 280 MPa) 、60级( 420 MPa) 、75级( 520 MPa) 和80级( 550 MPa) ,对应的是保证率为99. 9% 的钢筋屈服强度特征值。我国钢筋产品标准强度等级序列包括235 MPa( 光圆) 、300 MPa( 光圆) 、335 MPa( 带肋) 、400 MPa( 带肋) 和500 MPa( 带肋) ,对应的是保证率为95% 的钢筋屈服强度特征值。其中300 MPa、400 MPa 和500 MPa级分别与美国40级、60级和75级对应,两国的等级设置基本一致, 235 MPa级对应的30级钢筋在美国已经淘汰,另外我国600 MPa级钢筋应用也正在进行研究。

3. 2 钢筋应用

我国混凝土结构设计规范GB50010-2010 允许使用300 MPa、335 MPa、400 MPa和500 MPa级钢筋,其中包括了光圆钢筋; 推荐受力配筋以400 MPa为主。美国ACI 318同样以60级( 400 MPa) 作为结构主要受力配筋,最高可以使用550 MPa级。在辅助配筋方面,我国大量使用300 MPa级光圆钢筋,而ACI 318的要求更加严格,一般只能使用40级带肋钢筋,光圆钢筋仅允许用于钢筋网片和螺旋箍筋,这样有利于提高结构性能。但我国现行带肋钢筋产品标准GB1499. 2中没有纳入300MPa级,实际使用中只能以335 MPa级替代。

3. 3 抗震性能及应用

我国混凝土结构设计规范GB50010-2010 对抗震钢筋的要求是: ( 1) 钢筋抗拉强度实测值与屈服强度实测值之比不小于1. 25; ( 2) 钢筋屈服强度实测值与屈服强度特征值之比不大于1. 3; ( 3) 钢筋最大拉力下的总伸长率实测值不小于9%。同样出于对钢筋延性的考虑,美国在地震区要求使用60级低合金带肋钢筋或40级和60级碳钢带肋钢筋,其中碳钢带肋钢筋还必须符合超强比和强屈比的要求,与上述我国抗震钢筋的第( 1) 、( 2) 条要求相同,但没有对最大总伸长率作特别规定,另由于60 级低合金带肋钢筋性能优良,ACI 318未对其作额外规定。除500 MPa级( 对应美国75级,520MPa) 带肋钢筋外,美国标准对伸长率的要求大都高于我国,而且美国该级别碳钢钢筋在地震区不允许采用。伸长率要求对比见表2 和表3。我国对于抗震钢筋的伸长率统一要求为9%,对采用高强钢筋的结构的抗震性能不利,应加强其抗震应用研究。

表2 光圆钢筋伸长率对比

 光圆钢筋伸长率对比

表3 带肋钢筋伸长率对比

表3 带肋钢筋伸长率对比

3. 4 机械连接与机械锚固

我国规范将钢筋连接强度等级分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级,其中Ⅲ级为最低要求,规定接头强度应不小于钢筋屈服强度标准值的1. 25倍,与ACI 318-2011 的12. 14. 3. 2条的规定相同,所以美国标准与我国的最低要求一致。在连接形式上,中美两国有所不同,但均能保证受力要求,鉴于国情和行业发展水平的不同,应该说各有优缺点。在机械锚固方面,两国的要求基本相同,倡导采用机械锚固,以节约钢材,方便施工。ACI318 的第12. 6. 1条、12. 6. 2条对带肋受拉钢筋端头锚固板的基本锚固长度及其适用条件作了详细规定,包括钢筋屈服强度限制、钢筋公称直径限值、混凝土类型、锚固净面积、保护层厚度、钢筋净距等。我国在机械锚固技术方面起步较晚。混凝土结构设计规范GB50010-2010中增加了钢筋锚固板相关技术要求,2011年颁布实施的行业标准钢筋锚固板应用技术规程JGJ256-2011,对锚固板技术作了更加详细的规定,这些都为机械锚固技术的广泛应用提供了有效技术保障。

4、建议

通过中、美两国建筑钢筋标准及应用情况对比分析,结合我国实际情况,对建筑钢筋生产应用尤其是加快推广高强钢筋应用提出如下建议:

( 1) 加强钢筋生产技术研究。加快基础技术研发,提升生产、加工工艺,推广余热处理、超细晶粒热轧、微合金处理等先进生产工艺,尤其是加强对非合金化高强度钢筋的研究和成果转化工作,降低成本。

( 2) 加快高强钢筋应用技术研究。混凝土结构设计规范GB50010 的编制依据主要是上世纪七、八十年代进行的大量基础性科研,应优化500 MPa级高强钢筋生产工艺,确保满足结构抗震设计性能指标并加强其连接技术的研发、推广与应用; 完善配置高强钢筋的结构构件抗震性能相关研究以及开展600 MPa级高强钢筋的生产技术研发与应用技术的基础研究工作。

( 3) 修订完善相关标准规范。美国的标准规范与钢筋产品和技术发展同步。我国从目前看,应加快制修订相关标准规范,加强标准配套,完善标准体系。修订GB1499带肋钢筋标准,优化钢筋级别设置,暂保留小直径HRB335钢筋。借鉴美国做法,严格控制光圆钢筋使用,不仅有利于提高建筑使用性能,而且可以淘汰落后钢筋生产能力,优化产能,促进带肋钢筋生产消费的结构升级。淘汰大直径HRB335的应用,将现GB1499标准中的335 MPa级钢筋逐步取消,把400 MPa级钢筋设为主力钢筋,建立与国际协调并具有中国特色的建筑用钢筋等级体系。科学修订《混凝土结构设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》等主要相关钢筋应用标准。从长期看,还应明确相关标准规范的制修订周期,行业资料、信息搜集研究工作持续化,适时推出“小改版”以适应发展需要,增强标准的开放性、兼容性和协调性。


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