澳大利亚新西兰标准抗震钢筋的研究.docx

o熙器燃2012年全国高曩度钢舀开发与应用推广技术反市场交洗套澳大利亚新西兰标准抗震钢筋的研究张倩于俊春聂玉珠(河北钢铁技术研究总院)201 1年9月4日，新西兰南岛一座叫作克赖斯特的城市突发71级浅层强震。根据地震学的研究，同样规 模的地震，浅层震源的地震比深层震源的地震更有杀伤力。但令人惊奇的是新西兰这座人口只有数十万的小城， 却创造了面对强震，仅有两人重伤，无人死亡的生命奇迹。据专家分析，这次强震的“零死亡”主要归功于新西 兰政府对建筑物安全标准和建筑钢筋抗震性能的严格限定，使得房屋质量即使在建造二三十年后，也能够抵抗如 此强大的突发地震。可见，研究新西兰建筑钢筋的标准，对于借鉴其研发经验，进一步提高我国建筑钢筋的抗震 性能具有十分重要的意义。此外，如今钢铁企业竞争日益激烈，钢铁产品供大于求，同时面临上游原燃料价格上涨，下游用户要求越来 越苛刻的双重压力。如何拓宽国内外市场，寻找更广阔的生存空间，迫在眉睫。因此，我们有必要对新西兰的高强建筑抗震钢筋标准进行战略性研究，以便同时满足借鉴研发经验和拓宽国外市场的双重需求。1力学性能指标的规定新西兰建筑用螺纹钢筋目前执行的是2001年发布的asnzs 4671：2001(以下简称澳新标准)，国标钢筋执 行的是2007年发布的gb 14992-2007。两者对力学性能指标的规定有所不同，澳新标准规定抗震钢筋的强度级 别以屈服强度下特征值(单位为mpa)的数值表示，分为三个强度级别：250mpa、300mpa和500mpa。字母l、n 和e贝0分别表示低、常规和抗震的延性级别。因此，标准中以强度级别和相对延性为特征将抗震钢筋划分为如下 几个强度级别：250n、300e、500l、500n和500e。而国标钢筋则分为335、400和500三个强度级别。屈服强度 特征值前面加“hrb”和“hrbf”，则分别表示热轧带肋钢筋和细晶粒热轧带肋钢筋；屈服强度特征值之后加字母 “e”则表示为抗震钢筋。除此之外，国标钢筋未对钢筋的延性级别加以分类，由此可见，澳新标准则重点强调了钢筋的抗震性能。澳新标准和国标钢筋的力学指标要求分别见表l和表2。表1澳新标准钢筋力学性能指标名称250n500l500n300e500e统计值屈服强度屁l250500 500300500cvl：p=o95 兄t u一750650380600cvu：p=o0510810310811j115cvl：p=o90抗拉强度尼尼一一一1j14cvu：p=o104。5015501j010ocvl：p=o90北京中联钢电子育务有琅公司一15o2012年全国高蠢度钢筋开发与应用推广技术反市绉交流会表2国标钢筋力学性能指标hrb335hrb400hrb500名称hrbf335hrbf400hrbf500尼。mpa335400 500尼mpa455540 630不大于a1716 15以，75国标的抗震钢筋除满足表2各项力学性能指标外，还应满足以下三个条件： (1)抗震钢筋实测抗拉强度与实测屈服强度之比定形不小于125： (2)抗震钢筋实测屈服强度与表2规定的屈服强度特征值之比形尺。，不大于130； (3)抗震钢筋的最大力总伸长率4，不小于9。 通过表1和表2的对比可知，澳新标准钢筋的性能指标较之国标还有以下几点重要区别： (1)澳新标准钢筋除250mpa强度级别外，其它强度等级钢筋的屈服强度均增加了上限值。对于500mpa级别抗震钢筋，屈服强度的强度区间为ioompa，明显低于国标规定的130mpa。将建筑钢筋的屈服强度控制在较窄 的范围内，可使所有受力钢筋都能承受比较均匀的力量。如果某处钢筋性能波动范围大，在破坏力超过钢筋的允 许屈服强度时，钢筋来不及发生变形，建筑物无法形成塑性铰，使建筑物发生永久性破坏，起不到抗震的作用。(2)两个标准对强屈比rre的规定也有差距。对于高强抗震钢筋来说，国标只规定了强屈比的下限值， 而澳新标准则同时规定了卜限值和下限值。由于建筑物的抗震性能，不仅强调坚固，还应有良好的变形能力和吸 收地震能量的能力。也就是保证钢筋具有一定强度的同时，尽量提高塑性，使强度和塑性达到最佳的配合。(3)澳新标准钢筋的延伸率采用的是产品在最大力下的总伸长率4，指标检验形式，该指标要严于国标钢筋 延伸率的检验要求。钢筋的断后延伸率(月)在反应钢筋延伸性能卜存在一定缺陷，它只代表颈缩区附近的延伸 率，而钢筋在受力发生变形时，所有的受力部位都发生变形，对于建筑结构而言，最应关注的是钢筋的整体变形 能力，而不是测量断后延伸率，并且较高的延伸率可在强震时吸收更多的地震能量。(4)澳新标准对产品性能的稳定性提出了较高的要求，要求生产：供货批次都必须保持产品性能的基本稳 定性。因此，在标准中规定了生产批次中的产品力学性能统计置信度要求。2化学成分要求澳新标准钢筋和国标钢筋化学成分及碳当量要求分别如表3和表4所示：表3澳新标准钢筋化学成分和碳当量(熔炼分析)指标化学成分(质量分数)(最大值)分析类型所有级别碳当量(ceq)cps250n500l500n300e500e熔炼分析o220050005004303904404304916一北京中联钢电子膏务有限公司2012年会国高蠢度钢筋开发与应用推广技术反市伤交流会o懋鬻黧表4国标钢筋化学成分和碳当量(熔炼分析)指标化学成分(质量分数)(最大值)所有级别碳当量(ceq)分析类型hrb335hrb400hrb500cpssimnhrbf335hrbf400hrbf500熔炼分析02500450045080160052054055通过两表的对比可知，澳新标准钢筋规定的c含量上限最大值为022，低于国标钢筋的025，较低的c 含量对钢筋的焊接性能是有利的。虽然澳新标准钢筋的化学成分只限定了c、s、p的含量，但其它化学元素的含 量则需根据给定的碳当量值加以控制。碳当量值的确定如公式(1)所示：c叼：警+ cr+mo+v+ni+cu(1)澳新标准给定的熔炼分析碳当量标准值也明显低于国标，对于500mpa级别的高强抗震钢筋，其低、常规和 抗震三种延性级别钢筋的碳当量分别为039、044和049，分别比国标同强度等级钢筋的055低016、01 1 和006。可见，澳新标准钢筋碳当量测算相同于国标钢筋的焊接碳当量，限定条件极为苛刻。碳含量与屈服强度和抗拉强度的相关性很大，在一定范围内增加碳含量，可显著提高钢的强度。同样随着 ceq的增加，强度也显著提高。然而，澳新标准钢筋的碳含量和碳当量都低于国标规定，这就为新产品的开发带 来了1定的技术难度。3产品外型澳新标准要求采用刁i同的标记或外形来明确区分产品的强度级别及塑性指标等级。标记是指在钢筋表面标记 相应的数字和字母来表示强度级别和延性等级；而基本外形则分为竹节肋、月牙肋、等高肋、凹槽肋等。澳新标准500e高强抗震钢筋的标记表示方法为：(1)变形500e(不包括螺丝棒)：由两排分布在棒的两相对侧面、方向相反的横肋标识，并且在两个变形 去除的相邻区域为两个附加的纵向标记与两个相邻的横肋相交；(2)光面500e级：由凸出的点和短线标识：(3)右旋螺丝500e级：用棒的任意侧面上的短横肋标识。(a)500e的钢筋(b)500e的螺丝棒 图1 50(0抗震钢筋的外形标记方法然而，国标钢筋的外形并未通过产品的强度级别加以区分。可见，澳新标准钢筋采用外形变化区分产品的强 度等级和塑性指标等级，与国标钢筋的外形要求及标记方式存在较大的差异。北京中联钢电子育务有限公司一17o懋戮然2012年全国高蠢度钢墨开发与应用推广技术反市谚交流会4开发高强澳新标准钢筋的技术难点为了开拓国际钢筋市场，扩大出口，提高我国建筑钢筋产品的技术含量和在国际市场的竞争能力，研究开发 澳新标准钢筋具有十分重要的意义。然而，通过上述分析，澳新标准钢钢筋与国标钢筋相比，具有较高的技术含 量，特别是c含量上限的降低，各种限定条件，如碳当量、性能上限、延伸率检验等的增加，使产品的研制、生 产技术难度增大。因此，在现有条件下研制开发澳新标准钢筋产品存在着较大的难度，产品化学成分、冶炼及轧 制工艺控制都需重新设计、试验和探索。因此，在现有条件下研制开发澳新标准钢筋产品，存在着以下技术难点： 41化学成分的设计对于500mpa高强抗震钢筋的开发，澳新标准产品的屈服强度指标与国标基本相同，但给定的c含量、碳当 量却低于国标的要求003和006以上，c含量和碳当量的降低使屈服强度降低约3050mpa，采用普通的合金 化工艺很难实现。因此，在其给定的条件下，如何设计、确定合理的成分范围有一定的难度。 42力学性能的实现澳新标准对钢筋产品力学性能均给定了上下限的要求，并且随使用要求的提高，力学性能的范围区间相应缩 小。对于500e抗震钢筋，其给定的屈服强度范围只有ioompa，抗拉强度也仅为125mpa。因此，在产品生产中如 何实现性能指标的100达标，具有极大的难度。43性能指标的稳定性 澳新标准对产品的要求，除给出了单炉性能检验指标限定条件外，同时对产品批次质量的稳定提出了严格要求，由于在产品开发过程中影响因素复杂，如何保证性能指标的稳定性对技术人员提出了较为严峻的考验。44与国标产品衔