mAAA我国混凝土结构规范中钢筋的优化选择.ppt

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1、mAAA我国混凝土结构规范中钢筋的优化选择 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望目目 录录一、汶川震害中的钢筋的表现一、汶川震害中的钢筋的表现一、汶川震害中的钢筋的表现一、汶川震害中的钢筋的表现二、混凝土构件的破坏形态与结二、混凝土构件的破坏形态与结二、混凝土构件的破坏形态与结二、混凝土构件的破坏形态与结构安全构安全构安全构安全三、混凝土结构对钢筋性能的要三、混凝土结构对钢筋性能的要三、混凝土结构对钢筋性能的要三、混凝土结构对钢筋性能的要求求求求四、钢筋

2、的优化及应用四、钢筋的优化及应用四、钢筋的优化及应用四、钢筋的优化及应用五、设计规范修订对钢筋的优化五、设计规范修订对钢筋的优化五、设计规范修订对钢筋的优化五、设计规范修订对钢筋的优化选择选择选择选择六、结束语六、结束语六、结束语六、结束语一、汶川震害中的钢筋的表现一、汶川震害中的钢筋的表现无约束脆性砌体结构房屋倒塌无约束脆性砌体结构房屋倒塌一、汶川震害中的钢筋的表现一、汶川震害中的钢筋的表现配筋圈梁配筋圈梁-构造柱围箍约束下的砌体裂而不倒构造柱围箍约束下的砌体裂而不倒冷拨低碳钢丝圆孔板断裂冷拨低碳钢丝圆孔板断裂-坠落坠落一、汶川震害中的钢筋的表现一、汶川震害中的钢筋的表现冷轧带肋钢筋圆孔板断

3、裂冷轧带肋钢筋圆孔板断裂-悬掛悬掛 冷轧扭钢筋楼梯板断裂冷轧扭钢筋楼梯板断裂 一、汶川震害中的钢筋的表现一、汶川震害中的钢筋的表现 经受了地震作用的经受了地震作用的热轧热轧 钢筋钢筋配筋楼梯板配筋楼梯板 一、汶川震害中的钢筋的表现一、汶川震害中的钢筋的表现塌垮结构中热轧钢筋塌垮结构中热轧钢筋 “藕断丝连藕断丝连”的现象的现象一、汶川震害中的钢筋的表现一、汶川震害中的钢筋的表现抗倒塌的配筋抗倒塌的配筋梁梁-拉结模型拉结模型 抗倒塌的配筋抗倒塌的配筋悬索悬索-拉结模型拉结模型 一、汶川震害中的钢筋的表现一、汶川震害中的钢筋的表现 抗倒塌的配筋抗倒塌的配筋悬臂悬臂-拉结模型拉结模型 密箍密箍约约束束

4、混凝土混凝土虽虽破碎仍能承破碎仍能承载载 少箍少箍约约束束混凝土柱的混凝土柱的压溃压溃一、汶川震害中的钢筋的表现一、汶川震害中的钢筋的表现底柱压溃底柱压溃造成楼层下挫造成楼层下挫一、汶川震害中的钢筋的表现一、汶川震害中的钢筋的表现一、汶川震害中的钢筋的表现一、汶川震害中的钢筋的表现底柱压溃底柱压溃引起引起多层多层框架倒塌框架倒塌二、混凝土构件的破坏形态与结构安全二、混凝土构件的破坏形态与结构安全混凝土构件破坏的标志和形态混凝土构件破坏的标志和形态 1、弯曲、弯曲挠挠度达到构件跨度的度达到构件跨度的1/50 延性延性 2、受拉主筋、受拉主筋处处裂裂缝宽缝宽度达到度达到1.50 mm 延性延性 3

5、、构件的受拉主筋断裂、构件的受拉主筋断裂 脆性脆性 4、弯曲受、弯曲受压压区混凝土受区混凝土受压压破碎破碎 非延性非延性 5、构件腹部受剪斜裂、构件腹部受剪斜裂缝宽缝宽度达到度达到1.50 mm 非延性非延性 6、斜裂、斜裂缝缝末端受末端受压压区混凝土破碎区混凝土破碎 非延性非延性 7、沿构件斜截面混凝土裂、沿构件斜截面混凝土裂缝缝、破碎、破碎 非延性非延性二、混凝土构件的破坏形态与结构安全二、混凝土构件的破坏形态与结构安全混凝土构件破坏的标志和形态混凝土构件破坏的标志和形态 8、冲切、冲切侧侧面斜裂、面斜裂、顶顶底面底面环环状裂状裂缝缝 非延性非延性 9、沿叠合面、接槎面剪切裂、沿叠合面、接

6、槎面剪切裂缝缝 非延性非延性 10、构件腹部受扭斜裂、构件腹部受扭斜裂缝宽缝宽度度1.50 mm 延性延性 11、受、受压压构件构件侧侧面混凝土裂面混凝土裂缝缝、破碎、破碎 非延性非延性 12、局、局压压面破碎、局面破碎、局压压区区纵纵向劈裂向劈裂 非延性非延性 13、受拉主筋端部滑脱或其它、受拉主筋端部滑脱或其它锚锚固失效固失效 脆性脆性 14、受拉主筋在、受拉主筋在连连接接处传处传力性能失效力性能失效 脆性脆性脆性破坏脆性破坏：预兆不明显的突发性破环，危险，与钢筋断裂、锚固和连接失效有关；非延性破坏非延性破坏：有一发展过程，尚无严重后果，通常表现为混凝土的破坏(裂缝、破碎)；延性破坏延性破

7、坏：表现为过大挠度和裂缝，有很长的发展过程，不危险，与钢筋的变形有关。构件破坏形态破坏形态与与结构材料性能，特别是钢筋延性钢筋延性有关；钢筋断裂引起的构件解体、结构倒塌，足以影响到结构整体稳固性整体稳固性（Rubustnees），应特别注意。二、混凝土构件的破坏形态与结构安全二、混凝土构件的破坏形态与结构安全钢筋达屈服屈服强强度度fy，仍可继续受力，不致于断裂钢筋达极限（抗拉）极限（抗拉）强强度度ft，断裂引起构件解体，则往往导致结构倒塌钢筋最大力下总伸长率(均匀伸均匀伸长长率率)gt，以及强强屈屈比比 ft/fy，是钢材的延性（变形能力）标志砌体和混凝土是脆性材料，靠钢筋的围围箍箍-约约束束

8、才能承载受力配箍对混凝土约束造成的被被动侧压动侧压大幅度提高抗压强度同时改善延性多多轴轴强强度准度准则则：侧压为轴力的0.1时，强度将提高为1.8倍；0.2时为3倍；0.3时为5倍 二、混凝土构件的破坏形态与结构安全二、混凝土构件的破坏形态与结构安全二、混凝土构件的破坏形态与结构安全二、混凝土构件的破坏形态与结构安全混凝土的应力状态及其强度混凝土的应力状态及其强度混凝土柱中配箍混凝土柱中配箍围围箍箍-约约束的机理束的机理 二、混凝土构件的破坏形态与结构安全二、混凝土构件的破坏形态与结构安全 约束配箍的各种形态约束配箍的各种形态约束配箍的各种形态约束配箍的各种形态圆形螺旋箍圆形螺旋箍 方方-矩形

9、螺旋箍矩形螺旋箍 焊接封闭箍焊接封闭箍 复合连续螺旋箍复合连续螺旋箍 内圆外方箍内圆外方箍 多螺箍多螺箍三、混凝土结构对钢筋性能的要求三、混凝土结构对钢筋性能的要求强强强强度度度度：高强钢筋有利于提高承载力，但延性降低延性延性延性延性：变形性能对破坏形态及安全影响；脆性危险；延性安全锚锚锚锚固性能固性能固性能固性能：与混凝土共同受力，决于钢筋外形预应预应预应预应力力力力传递传递传递传递性能性能性能性能：自锚建立起预应力的能力，预应力筋传递长度可可可可焊焊焊焊性性性性：碳当量高时不易焊，冷处理钢筋焊后损失强度 机械机械机械机械连连连连接适接适接适接适应应应应性性性性：冷处理表层钢筋太硬，不易加工

10、螺纹且强度损失热稳热稳热稳热稳定性定性定性定性：冷加工、热处理钢筋受热后（焊接、火灾）强度会降低疲疲疲疲劳劳劳劳性能性能性能性能：反复荷载作用强度降低；与材质及外形有关耐久性耐久性耐久性耐久性：钢筋腐蚀影响使用年限，钢筋冷加工及预应力降低耐久性冷弯性能冷弯性能冷弯性能冷弯性能：弯曲或反复弯曲后裂缝、折断，影响施工适应性质质质质量量量量稳稳稳稳定性定性定性定性：规模生产稳定；二次加工匀质性差；作坊式生产最差规规规规格格格格-标标标标志志志志：工程应用中规格短缺，牌号识别困难造成施工不便供供供供货货货货状状状状态态态态：直条筋加工余料，盘卷筋须调直，定长供货减小施工量施工操作施工操作施工操作施工操

11、作：光面筋弯钩施工不便；现场挷扎困难，预制加工便捷成品成品成品成品刚刚刚刚度度度度：细筋施工时易变形移位；焊接网片、预制骨架形状准确经济经济经济经济性性性性：强度价格比（MPa.kg/元），高强钢筋具有价格优势三、混凝土结构对钢筋性能的要求三、混凝土结构对钢筋性能的要求三、混凝土结构对钢筋性能的要求三、混凝土结构对钢筋性能的要求钢筋的强度、伸长率和钢筋的强度、伸长率和断裂耗能断裂耗能（1）钢筋强度高承承载载力力大，受制于裂缝-挠度有限制（2）预应预应力力筋可通过预张拉，有条件地利用高强度。（3）断口伸断口伸长长率率为颈缩区残余伸长，不反映钢筋的延性（4）最大力下的总伸长率gt（均匀伸均匀伸长长

12、率率）是延性的 真正标志（5）钢筋断裂导致构件解体结构倒塌，延性延性的重要性不 亚于强度（6）钢筋本构关系本构关系曲线下积分面积(断裂耗能)综合反映钢 筋抗力（7）断裂耗能断裂耗能：热轧钢筋约7000 Nm/Kg；预应力筋6000 -7000 Nm/Kg；冷加工钢筋约1000-1500 Nm/Kg 三、结构对钢筋性能要求：三、结构对钢筋性能要求：三、结构对钢筋性能要求：三、结构对钢筋性能要求：强度及伸长率的影响强度及伸长率的影响三、混凝土结构对钢筋性能的要求三、混凝土结构对钢筋性能的要求强强屈比屈比（ft/fy）对对破坏形破坏形态态的影响的影响钢筋的本构关系及强屈比钢筋的本构关系及强屈比热轧钢

13、筋（软钢）强屈比高，破坏有明显的预兆，延性优良冷加工钢筋及预应力筋（硬钢）无屈服，取0.02残余变形为条件屈服强度强屈比接近1.0时，屈服后迅速发展而断裂，呈穾穾发发脆性脆性破坏破坏，延性差 施工适应性施工适应性的影响的影响 质量稳定性、冷弯性能、可焊性、机械连接性能、热稳定性（焊接、火灾）、耐久性、附加工序（弯钩、调直、对接）等混凝土结构对钢筋性能的要求：混凝土结构对钢筋性能的要求：强度、延性、施工适应性强度、延性、施工适应性 重视强度而忽略延性的观念必须纠正 提高强度的同时必要保持延性 延性指标：均匀伸长率及强屈比三、混凝土结构对钢筋性能的要求三、混凝土结构对钢筋性能的要求四、钢筋的优化及

14、应用四、钢筋的优化及应用1、提高钢筋强度的途径、提高钢筋强度的途径低合金化低合金化：加入锰、硅、钒、钛、铌，金相组织均匀，铁素体-珠光体细晶粒化细晶粒化：控轧、控冷使晶粒度不粗于9级提高强度，基本铁素体-珠光体，表层不连续局部回火马氏体淬水淬水-余热处理余热处理：钢筋表层硬脆为高强回火马氏体，延性损失影响施工适应性冷加工冷加工：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、冷镦提高强度，但延性变差。控温热处理控温热处理：对拔（轧）制钢丝进行热处理，获得高强且保留一定延性，制作预应力钢丝、钢绞线。2.不同类型钢筋的材料性能不同类型钢筋的材料性能-金相组织金相组织 四、钢筋的优化及应用四、钢筋的优化及应用普通普通热轧钢

15、热轧钢筋筋HRB 细细晶粒晶粒热轧钢热轧钢筋筋HRBF 余余热处热处理理钢钢筋筋RRB3.钢钢筋筋外形外形优优化化 钢筋外形参数：基园面积率、相对肋高、相对肋间距、肋面积钢筋外形参数：基园面积率、相对肋高、相对肋间距、肋面积比、齿肋比、横肋的圆周角、横肋的对称性比、齿肋比、横肋的圆周角、横肋的对称性 刻痕刻痕-三面三面 螺旋肋螺旋肋 螺旋槽螺旋槽 冷轧扭冷轧扭 三股钢绞线三股钢绞线 七股钢绞线七股钢绞线四、钢筋的优化及应用四、钢筋的优化及应用光圆光圆 等高肋等高肋 月牙肋月牙肋 冷轧带肋冷轧带肋-两面两面 冷轧带肋冷轧带肋-三面三面 刻痕刻痕-两面两面 光圆钢筋光圆钢筋：基园面积大，锚固差须弯

16、钩，将淘汰：基园面积大，锚固差须弯钩，将淘汰等高肋钢筋等高肋钢筋：基园面积小，外形不合理，己淘汰：基园面积小，外形不合理，己淘汰月牙肋钢筋月牙肋钢筋：基园面积较大，锚固良好有方向性：基园面积较大，锚固良好有方向性预应力钢绞线螺旋肋钢丝预应力钢绞线螺旋肋钢丝：基园面积大，锚固好：基园面积大，锚固好预应力螺旋槽钢预应力螺旋槽钢棒：咬合齿薄弱，锚固差棒：咬合齿薄弱，锚固差冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋：基园面积不大，应向螺旋肋靠拢：基园面积不大，应向螺旋肋靠拢冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋：外形待改进，应向螺旋肋外形靠拢：外形待改进，应向螺旋肋外形靠拢刻痕钢丝刻痕钢丝：削弱截面，咬合齿浅锚固差，将淘汰：削弱截面，咬

17、合齿浅锚固差，将淘汰外形优化方向外形优化方向：螺旋肋基园面积大、锚固优良，最具优势。：螺旋肋基园面积大、锚固优良，最具优势。四、钢筋的优化及应用四、钢筋的优化及应用3、钢钢筋的筋的优优化及化及选择选择 提高强强度、延性、加工适度、延性、加工适应应性性，根据特点选择适当应用主力主力钢钢筋筋：HRB400、500普通热轧带肋钢筋,以及HRBF细粒钢筋抗震抗震钢钢筋筋：带后缀“E”高延性钢筋，均匀伸长率9；强屈比1.25次要次要钢钢筋筋：RRB400余热处理钢筋对延性要求不高的基础或大体积结构 预应预应力筋力筋：高强螺旋肋钢丝及钢绞线，均匀伸长率3.5改改进钢进钢筋筋：HRB335改HRB300，预

18、应力钢棒提高延性，改进外形淘汰淘汰钢钢筋筋：刻痕钢丝、HPB235光面钢筋以HRB300取代补补充充钢钢筋筋：中强钢丝作中小预应力配筋及约束配箍冷加工冷加工钢钢筋筋：细直径辅助配筋，优化稳定质量。减小面缩率并热处 理恢复延性，螺旋肋外形，不宜预应力及塑性设计四、钢筋的优化及应用四、钢筋的优化及应用4、含含钒钢钒钢筋筋的特点及的特点及优势优势 采用低合金化改善采用低合金化改善钢钢筋的筋的综综合性能最合性能最为为有效有效 钢钢筋筋掺钒掺钒（V）、）、钛钛（Ti）、）、铌铌（Nb）作合金元素）作合金元素大幅度提高大幅度提高强强度、延性、施工适度、延性、施工适应应性（性（焊焊接、冷弯、机械接、冷弯、机

19、械连连接接等）等）合金化合金化是我国混凝土是我国混凝土结结构用构用钢钢筋的主要筋的主要发发展方向展方向攀攀钢钢-承承钢钢具有具有发发展含展含钒钒（V）热轧带热轧带肋肋钢钢筋（筋（HRB）的独特）的独特优势优势细细晶粒晶粒钢钢筋（筋（HRBF）掺钒掺钒（V）也可改善）也可改善综综合性能合性能抗震抗震钢钢筋筋（HRB400E、HRB500E）最宜采用含）最宜采用含钒钒（V）的）的热热轧带轧带肋肋钢钢筋筋四、钢筋的优化及应用四、钢筋的优化及应用1 1、增加增加500MPa高强钢筋；淘汰低强高强钢筋；淘汰低强235MPa光圆钢筋光圆钢筋2、暂代、暂代 300MPa光圆钢筋：准备合并光圆钢筋：准备合并3

20、35MPa为为300MPa 帯肋钢筋，给出过渡期钢筋的使用办法帯肋钢筋，给出过渡期钢筋的使用办法3、编制、编制高强钢筋导则高强钢筋导则提前应用提前应用500MPa钢筋钢筋4、目标为强度、目标为强度300、400、500MPa的系列热轧帯肋钢筋，的系列热轧帯肋钢筋，与国际接轨与国际接轨5、增加高强、大直径钢绞线及预应力螺纹钢筋、增加高强、大直径钢绞线及预应力螺纹钢筋6、列入中强度预应力钢丝作中小构件的预应力配筋，、列入中强度预应力钢丝作中小构件的预应力配筋，填补强度空缺填补强度空缺 五、设计规范修订对五、设计规范修订对钢筋的钢筋的优化选择优化选择7 7、淘汰性能较差的刻痕钢丝淘汰性能较差的刻痕钢

21、丝8、提出延性要求：按均匀伸长率、提出延性要求：按均匀伸长率gt分级分级 9、提出抗震钢筋实测均匀伸长率及强屈比要求、提出抗震钢筋实测均匀伸长率及强屈比要求10、钢筋牌号用字母、钢筋牌号用字母HRB、HRBF、RRB及后缀及后缀“E”表表达达11、强度等级以标准强度（、强度等级以标准强度（MPa）的数值）的数值300、400、500 等表达等表达12、采用、采用 表达牌号直径表达牌号直径五、设计规范修订对钢筋的五、设计规范修订对钢筋的优化选择优化选择六、结六、结 束束 语语消耗资源能源为代价的数量型增长消耗资源能源为代价的数量型增长难以持久难以持久挥霍挥霍祖先的遗产；祖先的遗产；透支透支子孙的资源不可取子孙的资源不可取钢铁、建筑行业对节能、降耗、减排、环保负有钢铁、建筑行业对节能、降耗、减排、环保负有重要责任重要责任唯一出路是经济增长唯一出路是经济增长模式改变模式改变：变数量型增长为质量型增长：变数量型增长为质量型增长钢铁行业钢铁行业应生产高强应生产高强-高性能钢材高性能钢材建筑业建筑业应优化应优化-选择节能型建筑材料选择节能型建筑材料混凝土结构用钢筋发展尚须两个行业的混凝土结构用钢筋发展尚须两个行业的共同努力共同努力希望引起希望引起争鸣讨论争鸣讨论，不确之处敬请批评指正，不确之处敬请批评指正