混凝土结构中钢筋的使用现状及发展

1、混凝土结构中钢筋的使用现状及发展摘要：我国混凝土结构用钢筋品种繁多，主要分为热轧钢筋、中高强钢丝钢绞线和冷加工钢筋三类。根据混凝土结构对钢筋性能的各种要求，包括强度、延性(伸长率)、规格、锚固性能、耐久性及加工性能等方面，分析对比了这三类钢筋的适应性。同时还对钢筋使用发展提出了建议。关键词：混凝土结构；钢筋优化中图分类号：TV331文献标识码：A文章编号：一、我国钢筋产品的现状1热轧钢筋热轧钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋，由低碳钢和普通合金钢在高温状态下压制而成。按照屈服强度分为HPB235（级）、HRB335（级）、HRB400和RRB400（级）三级，强度为235、335、400MP

2、a。热轧钢筋有较好的冷弯性能。2预应力钢丝钢绞线钢丝用热轧盘条经冷拉制成的再加工钢筋产品，直径小于8mm(大多数情况下小于4mm)的钢材产品。钢丝外形有光面、刻痕(二面、三面)、月牙肋(有、无纵肋)及螺旋肋几种。钢绞线是多根钢丝绞合构成的钢铁制品，一般为2股、3股、7股捻制成为绳状，不超过15.2mm，均可盘成卷状。钢丝钢绞线均无明显的屈服点，抗拉强度很高3冷加工钢筋在常温下对热轧钢筋进行机械加工（冷拉、冷拔、冷轧）而成。常见品种有冷拉热轧钢筋、冷轧带肋钢筋和冷拔低碳钢丝。将热轧钢筋经冷拉后屈服强度提高为，其伸长率降低，冷弯性能同时也降低。二、混凝土结构对钢筋的要求1强度1.1提高强度的途径随

3、着钢筋强度的提高，如I、级钢的设计强度为210、300、360MPa，故采用高强钢筋减少配筋率是发展方向。提高强度主要靠改进材质(低合金化)；也可通过热处理或冷加工，但延性损失较多，且在焊接或调直过程中又会失去部分强度。变形钢筋的基圆面积率(扣除横肋后的承载面积与公称截面积的比)对强度也有影响：光面筋为100，螺旋肋、旋扭状筋及钢绞线较高(0.980.99)，刻痕钢丝稍低(0.960.98)，月牙肋次之(0.95097)，冷轧带肋(0.89094)和等高肋(0.880.93)最低。1.2钢筋强度的限值钢筋强度是决定混凝土构件承载力的重要因素，但并非强度越高越好。由于钢筋弹性模量变化不大(Es=

4、2105MPa左右)，高强钢筋在高应力下受力往往引起构件过大的变形和裂缝。因此对普通混凝土结构，设计强度限为360MPa，热轧钢筋强度过高没有意义。预应力结构解决了这个问题，通过张拉钢筋并对混凝土施加预应力，钢筋的高强度得以发挥。2延性2.1钢筋伸长率延性是变形的能力，钢筋的延性通常用拉伸试验测得的伸长率来表示。钢筋伸长率是指钢筋受外力（拉力）作用下变形或者断裂时，伸长的长度与原来长度的百分比。目前我国混凝土结构用钢筋的伸长率测定分为断后伸长率和均匀伸长率两种。断后伸长率是传统的伸长率测定值,测定方法简单，但存在缺陷。均匀伸长率反映拉断时钢筋的平均变形,是钢筋的真实延性指标。2.2影响延性的因

5、素影响延性的主要因素是钢筋的材质。热轧低碳钢筋强度虽低但延性最好。随着加入合金元素和碳当量加大，强度提高但延性减小。对钢筋进行热处理和冷加工同样可提高强度，降低延性。冷加工后截面减少越多(面缩率越小，轧后延伸率越多)，延性损失越多。由于钢筋销售时以重量交货，故我国钢筋(包括母材)大多超粗。导致冷加工钢筋普遍面缩率偏大，延性减少且质量不稳定。2.3钢筋的延性与构件的延性混凝土构件的延性表现为破坏前有足够的预兆(明显的挠度或较大的裂缝)。构件延性与钢筋的延性有关但并不等同，它还与配筋率、钢筋强度、预应力程度、高跨比、裂缝控制性能等因素有关。例如，即使延性最好的热轧钢筋，当配筋率过小(欠筋构件)或过

6、大(超筋构件)时，构件均可能发生表现为断裂或混凝土碎裂的脆性破坏。而由延性并不高的钢丝、钢绞线配筋的构件，由于钢筋强度很高，在很大的变形(弯曲挠度)和裂缝下也不致断裂，构件具有很好的延性。预应力钢筋张拉后已处于高应力状态(左右)，受载后应力、应变起点很高。可增长的余量不多，加上预压应力制约了裂缝开展并增大了刚度，往往在构件变形、裂缝不大时突发脆性破坏。裂缝控制性能不好的冷拔丝，钢丝滑移后有较宽的裂缝，可作为破坏的前兆；而对裂缝控制性能较强的冷轧带肋钢筋，开裂后裂缝宽度始终不大，往往在预兆不明显的情况下脆断。3锚固性能3.1钢筋锚固机理结构中的钢筋能够与混凝土共同受力，是因为与混凝土的粘结锚固作

7、用，锚固是混凝土结构中钢筋承载的基础。锚固作用是由胶结力、摩阻力和咬合力构成的。锚固性能包括锚固刚度、锚固强度及锚固延性。3.2各种钢筋的锚固性能（1）光面钢筋滑移大，锚固强度低，在受力后期仅靠摩阻持力，因此锚固强度衰减快，延性很差。刻痕钢丝的混凝土咬合齿太单薄，受力不大即被挤碎切断，与光面钢筋区别较小。（2）带肋钢筋咬合齿深，锚固刚度大，滑移小，锚固强度高。但咬合齿单薄易被挤碎切断，故后期锚固强度衰减快，锚固延性较差。月牙肋及冷轧带肋钢筋咬合齿相对浅而宽，故锚固刚度和强度稍低，且劈裂有方向性。但咬合齿不易切断，后期强度衰减较慢，锚固延性稍好。（3）旋扭状的钢绞线及冷轧扭钢筋无横肋，靠钢筋侧面

8、旋角的挤压作用咬合。因角度较小，故锚固刚度及强度较低。但螺旋状的咬合齿是连续的，不会被切断，因此锚固延性很好。随着滑移加大，锚固应力不仅不衰减反而提高。钢筋的锚固性能在设计中表现为锚固长度，即钢筋能发挥设计强度所必须锚入混凝土的长度。锚固性能好的钢筋锚固长度可短一些，反之需长一些。光面钢筋由于锚固性能差，还必须在末端做弯钩，依靠机械锚固作用持力。5耐久性钢筋对锈蚀的敏感程度与其直径及是否预应力钢筋有关：直径越细，锈蚀削弱截面对抗力的影响越大；预应力钢筋因在高应力状态下承载受力，锈蚀影响相对较大。因此，用于预应力结构的钢丝、钢绞线及冷加工钢筋的防锈问题应特别注意。锈蚀与环境有关，我国近年开发的环

9、氧树脂涂层钢筋及包裹油脂和塑料套管的无粘结预应力钢绞线具有较好的防腐功能。可用于环境恶劣及对耐久性有较高要求的水工、港工、化工、市政工程的混凝土结构中。6加工性能加工性能指在工地进行钢筋冷加工的质量及对施工的适应性，现分以下几方面叙述。6.1冷加工质量在应力及变形影响下对热轧钢筋进行冷拉以提高强度，一般与钢筋调直同时进行。其延性降低但一般波动不大，较少出现脆断事故。冷拔、冷轧、冷扭剧烈地改变了钢筋的截面及形状，尽管强度提高但延性损失很大。由于母材质量波动，尤其母材直径往往偏大(超粗)，造成面缩率偏小。6.2冷弯性能钢筋弯折、做弯钩时应避免裂缝和折断。低强度的热轧钢筋较好，强度较高的稍差，冷加工

10、钢筋的冷弯性能最差，容易折断。冷轧扭钢筋因截面的方向性，只能在扁平方向弯折一次，限制了它的施工适应性。6.3焊接性能现场常需对钢筋施焊。钢筋的可焊性取决于材料中碳(C)及各种合金无素：锰(Mn)、铬(Cr)、钒(V)、钼(Mo)、铜(Cu)、镍(Ni)的含量。碳当量较高时，虽钢筋强度提高但可焊性降低。碳当量超过055时就难以焊接。热轧钢筋均可焊，而高强的钢丝、钢绞线不可焊。其余的高强钢筋及通过热处理、冷加工而强化的钢筋，在一定的碳当量范围内可焊。但焊接会引起焊接区钢筋强度降低，应采取必要措施。点焊对强度影响不大，故小直径钢筋常以点焊网片形式应用于工程中。三、混凝土用钢筋的发展建议（1）大力推广强度较高的钢筋，用于混凝土结构作主要受力钢筋，可降低结构配筋率节省钢筋。同时可配以强度较高的混凝土以减小截面积。（2）增加热轧钢筋规格，推广使用直径50mm的粗钢筋，满足大体积混凝土结构及钢箍、板类配筋、构造筋、分布筋的需求，替代性能较差的冷加工钢筋。（3）发展中强钢丝作预应力钢筋，逐渐减少对冷加工预应力钢筋的依赖。克服重强度忽视延性的倾向，钢筋的延性应视为不亚于强度的重要指标。（4）