高强钢筋混凝土结构设计及工程实例中钢筋用量分析.pdf

第 43 卷 第 10 期 2013 年 5 月下 建筑结构 Building Structure Vol 43 No 10 May 2013 高强钢筋混凝土结构设计及工程实例中钢筋用量分析 * 方敏华， 刘立新 (郑州大学综合设计研究院，郑州 450002) 摘要讨论高强钢筋混凝土结构设计中的钢筋锚固长度和裂缝宽度控制等问题， 对 3 个工程实例分别采用 500， 400， 335MPa 级热轧带肋钢筋进行设计， 对不同强度等级钢筋的用量进行了分析和比较， 得出了用 400MPa 级钢筋 代替 335MPa 级钢筋用量可减少约 10% 、 用 500MPa 级钢筋代替 335MPa 级钢筋用量可减少约 20% 的结论， 并提出 了高强钢筋工程设计和应用的建议。 关键词高强钢筋; 钢筋用量; 锚固长度; 裂缝宽度 中图分类号:TU375文献标识码:A 文章编号:1002- 848X(2013)10- 0059- 05 Design of concrete structures with high strength reinforcement and analysis of the reinforcement amount in engineering projects Fang Minhua，Liu Lixin (Zhengzhou University Multi-functional Design and Research Academy，Zhengzhou 450002，China) Abstract:The anchorage length and the control of crack width in reinforced concrete structures with high strength reinforcement were discussed For 3 engineering projects，hot-rolled ribbed steel bars of 500MPa，400MPa and 335MPa grade were used respectively The reinforcement amount of different strength were analyzed and compared The results show that the reinforcement amount may decrease about 10% for using reinforcement of 400MPa instead of steel bars of 335MPa When using 500MPa grade steel bars to replace the 350MPa ones，the reduction can be 20% According to the results， suggestions for the design and application of the high strength reinforcement in engineering were also given Keywords:high strength reinforcement; reinforcement amount; anchorage length; crack width * 国家科技支撑计划项目(2008BAE61B04)。 作者简介:方敏华， 学士， 高级工程师， Email:fangminhua 126 com。 0概述 钢筋混凝土结构是我国工程建设中的主要结构 形式之一， 据统计 2011 年我国工程建设中钢筋用量 约为 1. 36 亿 t。与发达国家相比， 我国混凝土结构 应用钢筋的强度偏低， 目前除北京、 上海等直辖市和 部分应用高强钢筋较好的省区外， 大部分中小城市 建筑结构的受力钢筋仍以 335MPa 级钢筋为主， 有 必要提高混凝土结构所应用的钢筋强度等级， 以达 到减少单位建筑面积的钢筋用量、 节材和节能减排 的目的 1。 普通混凝土结构中应用的高强钢筋是指强度级 别为 400MPa 级及以上的钢筋， 目前在建筑工程规 范标准中为 400， 500MPa 级的热轧带肋钢筋。在工 程建设中推广应用高强钢筋不仅可优化我国的钢筋 品种、 减少钢筋用量， 还可有效改善梁、 柱节点钢筋 密集的现象， 有利于混凝土浇筑， 提高工程质量。近 年来国内有关单位进行了较系统的高强钢筋工程应 用研究， 并且在多个试点工程中应用， 发布的热轧 带肋 高 强 钢 筋 在 混 凝 土 结 构 中 应 用 技 术 导 则 (RISN-TG 0072009)2为推广应用高强钢筋积累 了经 验。新修订 的混 凝土结 构设计 规 范 ( GB 500102010)3(简称混凝土规范) 以及相关的配 套设计规范中已明确将 400， 500MPa 级钢筋作为混 凝土结构的主要受力钢筋， 以 300MPa 级等钢筋作 为辅助配筋， 并规定了相应的材料性能指标和构造 要求， 为高强钢筋混凝土结构的设计和工程应用提 供了依据。 钢筋强度提高后， 对于按承载力计算配筋的 构件可明显减少钢筋用量， 但同时也使受力钢筋 的锚固长度增大， 有可能给某些工程节点处的锚 固构造设计带来一定困难;高强钢筋在正常使用 极限状态下的工作应力增大， 裂缝宽度也相应增 大， 也有可能导致某些构件的钢筋用量受裂缝宽 度限值的控制;此外， 混凝土结构中还配有相当数 量的构 造钢 筋， 其 用 量 也 并 非 由 钢 筋 强 度 确 定。 因此在混凝土结构中推广应用高强钢筋并不是要 求所有的钢筋强度越高越好， 而是应结合具体工 程的结构形式和承载状况合理选用 400MPa 级或 500MPa 级钢筋作为受力主筋， 以 300MPa 级(包括 细直径 335MPa 级热轧带肋钢筋)等钢筋作为构造 等辅助配筋， 做到不同强度等级钢筋的科学合理 应用， 取得更好的效益。 建筑结构2013 年 图 1C30 混凝土构件水平段锚固长度比较 图 2C50 混凝土构件水平段锚固长度比较 1高强钢筋设计中锚固长度和裂缝宽度分析 1. 1 锚固长度分析 混凝土规范规定受拉钢筋的锚固长度应按下列 公式确定: laE = aEla (1) la = alab (2) lab= fy ft d(3) 式中参数含义见混凝土规范。 从以上公式可以看出， 钢筋的强度越高， 所需要 的锚固长度就越大;抗震等级越高或钢筋的直径越 大， 所需的锚固长度也越大。当梁、 柱边节点或主、 次梁交接处设计为刚节点时， 为保证受拉钢筋的锚 固承载力和锚固刚度， 采用钢筋弯折或加焊锚板等 机械锚固措施后， 梁纵向受力钢筋伸入节点的水平 锚固长度仍需大于或等于 0. 4laE。 图 1 为当梁、 柱节点处的混凝土强度等级为 C30 时， 采用 335， 400， 500MPa 级钢筋所需的水平锚 固长度 0. 4laE的比较。从图中可以看出， 335MPa 级 钢筋在各级抗震等级下的水平锚固长度 0. 4laE均小 于 400mm， 对于一般中、 小型多层框架结构的边柱 (柱截面尺寸为 400 400)， 梁受力钢筋在柱中的水 平锚固 长 度 较 容 易 实 现; 当 钢 筋 的 直 径 不 大 于 20mm 时， 水平锚固长度 0. 4laE一般不超过 250mm， 对于框架主、 次梁节点处(主梁宽度一般为 250 300)次梁受力钢筋的锚固也较易处理。400MPa 级 钢筋在各级抗震等级下当梁中钢筋的直径不大于 25mm 时， 其水平锚固长度 0. 4laE也小于 400mm， 边 节点处梁中受力钢筋在柱中的水平锚固长度也可实 现;当次梁中受力钢筋直径不大于 16mm 时， 水平锚 固长度 0. 4laE不超过 250mm， 主、 次梁节点处次梁受 力钢筋的锚固也能够处理。500MPa 级钢筋因其抗 拉强度较高， 所需的水平锚固长度 0. 4laE也最大， 当 钢筋直径大于 22mm 后， 500MPa 级钢筋的水平锚固 长度接近或大于 400mm， 对于中、 小型多层框架结 构的边柱节点， 梁中受力钢筋的水平锚固长度较难 实现;当次梁中受力钢筋直径大于 14mm 后， 水平锚 固长度 0. 4laE也超过了 250mm， 给主、 次梁节点处次 梁受力钢筋的锚固也造成一定困难。 图 2 为当梁、 柱节点处的混凝土强度等级为 C50 时， 采用 335， 400， 500MPa 级钢筋所需的水平锚 固长度 0. 4laE的比较。从图中可以看出， 当混凝土 强度等级提高到 C50 时， 在各级抗震等级下 500MPa 级钢筋在直径大于 25mm 后， 其所需的水平锚固长 度 0. 4laE小于或接近 400mm， 当钢筋在直径不大于 18mm 时， 水平锚固长度 0. 4laE小于或接近 250mm， 较容易满足边柱节点以及主次梁节点处受力钢筋的 锚固要求。 从以上分析和比较可以看出， 当混凝土强度 等级为 C30 时， 400MPa 级钢筋在节点处的锚固长 度较容易满足要求， 而 500MPa 级钢筋在节点处的 锚固长度较难满足要求。由于 C30 混凝土多用于 中、 小 型 多 层 框 架 结 构， 因 此 这 类 结 构 宜 采 用 400MPa 级钢筋作为受力主筋。当混凝土强度等 级较高或梁柱截面尺寸较大时， 500MPa 级钢筋的 锚固长度才容易满足要求， 由于高强度混凝土或 较大梁柱截面尺寸多用于高层建筑的下部或需要 较大承载力的构件， 在这类构件中采用 500MPa 级 钢筋， 既可获得更好的节材效果， 节点的锚固设计 也较容易处理。 06 第 43 卷 第 10 期方敏华， 等 高强钢筋混凝土结构设计及工程实例中钢筋用量分析 1. 2 裂缝宽度分析 混凝土规范第 7. 1. 2 条规定， 钢筋混凝土构件 在荷载效应准永久组合下并考虑长期效应影响计算 的最大裂缝宽度不应超过规定的最大裂缝宽度限值 wlim， 最大裂缝宽度 wmax应按下列公式计算: wmax= cr s Es (1 9cs+ 0 08 deq te )(4) sq= Mq 0 87h0As (5) 式中参数含义见混凝土规范。 从上述公式中可看出， 钢筋在荷载效应准永久 组合下的工作应力越大， 裂缝宽度也越大;此外钢筋 直径、 混凝土强度等级以及保护层厚度对裂缝宽度 也有一定的影响。 1. 2. 1 梁裂缝宽度分析 图 3 为相当于一类环境下(保护层厚度 20mm， cs= 30mm， d = 20mm)， 混凝土强度分别为 C30 和 C40 时， 梁的计算裂缝宽度比较。由图可以看出， 采 用 335， 400MPa 级钢筋时， 在准永久组合弯矩 Mq作 用下的计算裂缝宽度均小于规定的限值(0. 3mm); 采用 500MPa 级钢筋当配筋率小于 1% 时， 计算裂缝 宽度已超过 0. 3mm;只有当配筋率超过 1% 时， 裂缝 宽度才可满足要求。 图 3梁裂缝宽度比较 1. 2. 2 板裂缝宽度分析 板类构件中受力钢筋的直径较小， 混凝土保护 层厚度也较小， 在相同的钢筋工作应力下， 裂缝宽度 也较小。图 4 为相当于一类或二 a 类环境下(保护 层厚度 15 20mm， cs= 20mm)， 混凝土强度等级为 C30、 受力钢筋直径分别为 12， 14mm 时， 采用 335， 400， 500MPa 级钢筋的计算裂缝宽度的比较。从图 中可以看出， 在一类环境下， 当板中受力钢筋直径为 12， 14mm 时， 335， 400， 500MPa 级钢筋在各种配筋 率下的计算裂缝宽度均小于规定的限值(0. 3mm)。 在二 a 类环境下， 335， 400MPa 级钢筋在各种配筋率 下的计算裂缝宽度均小于规定的限值(0. 2mm);而 500MPa 级钢筋当配筋率较小时的计算裂缝宽度大 于规定的限值(0. 2mm)， 只有当配筋率大于 1. 25% 以后计算裂缝宽度才小于规定的限值。 从以上对 400， 500MPa 级钢筋的锚固长度和裂 缝宽度的分析可以看出， 对于中小型钢筋混凝土结 构， 构件的截面尺寸不很大， 混凝土强度等级多为 C30 或 C40 时， 400MPa 级钢筋的锚固长度和裂缝限 值均容易满足要求;500MPa 级钢筋只有当混凝土强 度较高或构件截面尺寸较大、 配筋率也较大时， 锚固 长度和裂缝限值才容易满足要求， 适用于需要较大 承载力的构件。 图 4板裂缝宽度比较 2工程实例钢筋用量分析 为比较采用不同强度等级钢筋进行结构设计的 配筋效 果， 对 3 个 实 际 工 程 分 别 采 用 335， 400， 500MPa 级钢筋， 利用 PKPM 程序进行分析， 并统计 各类构件的钢筋用量和总钢筋用量。考虑到目前生 产的 335， 400， 500MPa 级热轧带肋钢筋均为两面纵 肋、 月牙形横肋外形， 为防止施工中不同强度等级钢 筋混淆， 设计时对每种工况只采用一种强度等级的 钢筋。 2. 1 实例 1:某高层住宅楼 2. 1. 1 工程概况 某高层住宅楼， 地下 1 层， 层高为 5. 20m;地上 34 层， 层高为 2. 90m;建筑总高度 98. 900m， 总建筑 面积为 14 026. 79m2， 主体外轮廓尺寸为 30. 2m 17. 6m。结构形式为现浇钢筋混凝土剪力墙结构， 基础采用 CFG 桩复合地基上的现浇钢筋混凝土平 板式筏板基础， 筏板厚度 h = 1 400mm。抗震设防烈 度为 7 度(0. 15g)， 设计地震分组为第二组， 建筑抗 震设防类别为丙类， 建筑场地类别为类， 设计特征 周期为 0. 55s。剪力墙结构抗震等级为二级， 但须 按 8 度(0. 2g)抗震设防烈度采取抗震构造措施。 2. 1. 2 钢筋用量比较与分析 对该高层住宅楼分别采用 335， 400， 500MPa 级 钢筋进行配筋计算， 并统计不同强度等级钢筋的用 量， 如表 1 所示。从表中可看出， 采用 400MPa 级钢 筋代替 335MPa 级钢筋的总用量可节约 10. 8% 。其 16 建筑结构2013 年 中板钢筋用量减少 14. 8% ， 接近按钢筋强度计算的 理论钢筋减少比率 16. 7% ;墙和基础钢筋用量分别 减少 11. 2% 和 11. 8% ; 而 梁 的 钢 筋 用 量 仅 减 少 5. 5% ， 这是因为剪力墙结构中梁的跨度及承受的荷 载均较小， 较多钢筋是由构造或最小配筋率控制的。 对剪力墙钢筋用量的进一步分析还可看出， 墙中的 分布筋 等 构 造 钢 筋 ( 直 径 8 12mm) 用 量 减 少 10. 2% ， 而剪力墙的约束边缘构件钢筋(直径 14 25mm)用量减少 15. 1% ， 也接近按强度计算的理论 钢筋减少比率 16. 7% ， 这是由于约束边缘构件的钢 筋是按计算配置的。 采用 500MPa 级钢筋代替 335MPa 级钢筋的总 用量 可 节 约 19. 8% 。 其 中 板 的 钢 筋 用 量 减 少 25. 7% ， 墙和基础的钢筋用量分别减少 20. 7% 和 21. 6% ;而梁的钢筋用量仅减少 11. 3% 。剪力墙中 的分布筋等构造钢筋 (直径 8 12mm) 用量减少 18. 2% ， 而约束边缘构件钢筋(直径 14 25mm) 用 量减少 29. 7% ， 同样是由于约束边缘构件的钢筋是 按计算配置的。采用 500MPa 级钢筋代替 400MPa 级钢筋的总用量可节约 10. 1% 。其中板的钢筋用 量减 少 12. 8% ， 墙 和 基 础 的 钢 筋 用 量 分 别 减 少 10. 6% 和 11. 1% ;梁的钢筋用量减少仅 6. 2% ， 也说 明在构造或最小配筋率控制配筋的构件中， 提高钢 筋强度的节材效果不明显。 某高层住宅(剪力墙结构)钢筋用量比较表 1 构件 钢筋 直径 /mm 335MPa 级 钢筋 /t 400MPa 级 钢筋 /t 500MPa 级 钢筋 /t 节材比率 /% 替 代 替 代 替 代 梁6 22128. 1121. 1113. 65. 511. 36. 2 板6 897. 483. 072. 414. 825. 712. 8 墙 8 12352. 1316. 2288. 010. 218. 28. 9 14 2596. 181. 667. 615. 129. 717. 2 合计448. 2397. 8355. 611. 220. 710. 6 基础14 2566. 358. 552. 011. 821. 611. 1 共计740. 0660. 4593. 610. 819. 810. 1 2. 2 实例 2:某大型商场 2. 2. 1 工程概况 某大型商场， 地下 1 层， 地上 6 层， 层高均为 5. 20m， 建筑总高度 31. 650m， 总建筑面积26 287. 64 m2， 主体外轮廓尺寸 89. 7m 45. 7m。结构形式为 现浇钢筋混凝土框架结构， 基础采用天然地基上的 现浇钢筋混凝土平板式筏板基础， 筏板厚度 h = 400mm。抗震设防烈度为 7 度(0. 10g)， 设计地震 分组为第二组， 建筑抗震设防类别为丙类， 场地类 别为类， 设计特征周期为 0. 40s。框架梁、 柱和 防震墙结构抗震等级为二级， 按二级采取抗震构 造措施。 2. 2. 2 钢筋用量比较与分析 钢筋用量比较如表 2 所示。由表可看出， 采用 400MPa 级钢筋代替 335MPa 级钢筋的总用量可节 约 10. 4% 。其中梁的钢筋用量减少 10. 8% ， 板的钢 筋用量减少 11. 8% ， 柱的钢筋用量减少 7. 8% ， 墙和 基础的钢筋用量分别减少 11. 7% 和 9. 5% 。对柱中 钢筋用量的进一步分析可以看出， 柱中箍筋(直径 8 10mm)的用量几乎没有变化， 这是因为柱中的箍筋 用量基本由构造确定;而柱中纵筋(直径 18 22mm) 的用量则减少了 12. 3% ， 这是由于多数柱的纵筋用量 是由承载力计算确定的， 此外混凝土规范规定钢筋强 度提高后柱纵筋的最小配筋率也有所减小。 某大型商场(框架结构)钢筋用量比较表 2 构件 钢筋 直径 /mm 335MPa 级 钢筋 /t 400MPa 级 钢筋 /t 500MPa 级 钢筋 /t 节材比率 /% 替 代 替 代 替 代 梁 6 12154. 4154. 1153. 70. 20. 50. 3 14 25373. 4316. 9270. 615. 127. 514. 6 合计527. 8471. 0424. 310. 819. 69. 9 柱 8 1062. 261. 661. 91. 00. 5 0. 5 18 2294. 883. 177. 112. 318. 77. 2 合计157. 0144. 7139. 07. 811. 53. 9 板8 16289. 3255. 3219. 111. 824. 314. 2 墙8 1447. 742. 141. 111. 713. 82. 4 基础6 25226. 6205. 0191. 39. 515. 66. 7 共计1 248. 41 118. 11 014. 810. 418. 79. 2 注: 0 5 表示用钢量增加 0 5% 。 采用 500MPa 级钢筋代替 335MPa 级钢筋的总 用量 可 节 约 18. 7% 。 其 中 梁 的 钢 筋 用 量 减 少 19. 6% ， 板的钢筋用量减少 24. 3% ， 柱的钢筋用量 减少 11. 5% ， 墙和基础的钢筋用量分别减少 13. 8% 和 15. 6% 。与实例 1(剪力墙结构)相比， 梁的钢筋 用量减少幅度增加明显， 这是因为大型商场框架梁 的跨度和承受的荷载均较大， 受力钢筋用量多由承 载力计算确定， 500MPa 级钢筋的强度能较好发挥。 采用 500MPa 级钢筋代替 400MPa 级钢筋的总用量 可节约 9. 2% 。其中梁的钢筋用量减少 9. 9% ， 板的 钢筋用量减少 14. 2% ， 柱的钢筋用量减少 3. 9% ， 墙 和基础的钢筋用量分别减少 2. 4% 和 6. 7% 。柱、 墙 和基础的钢筋用量节约较少， 因为这些构件的钢筋 用量多由构造或最小配筋率控制。 对梁钢筋用量的进一步分析还可以看出， 梁中 构造钢筋和箍筋(直径 6 12mm) 的用量几乎没有 变化， 这是因为构造钢筋的用量与钢筋强度关系不 大， 同时梁端箍筋间距按抗震构造要求加密后已能 满足受剪承载力要求， 用量也与钢筋强度关系不大。 而梁中 的 纵 向 受 力 钢 筋 ( 直 径 14 25mm) 采 用 400MPa 级钢筋时的用量比采用 335MPa 级钢筋减 26 第 43 卷 第 10 期方敏华， 等 高强钢筋混凝土结构设计及工程实例中钢筋用量分析 少 15. 1% ，采 用 500 级 钢 筋 时 的 用 量 比 采 用 335MPa 级钢筋减少 27. 5% ， 采用 500MPa 级钢筋时 的用量比采用 400MPa 级钢筋减少 14. 6% ， 均接近 按钢筋强度设计值计算的理论钢筋减少比率， 说明 只有将高强钢筋用于按承载能力计算配筋时方可明 显减少钢筋用量。 2. 3 实例 3:某写字楼 2. 3. 1 工程概况 某写字楼， 地下 1 层， 层高 4. 50m;地上 12 层， 1 层层高为 3. 90m， 2 层及以上层高均为 3. 60m;建筑 总高度为 47. 400m， 总建筑面积为 18 230m2， 主体外 轮廓尺寸为 56. 7m 24. 5m。结构形式为全现浇钢 筋混凝土框架-剪力墙结构， 基础采用 CFG 桩复合 地基上的现浇钢筋混凝土平板式筏板基础， 筏板厚 度 h = 800mm(核心筒下局部为 1 300mm)。抗震设 防烈度为 7 度(0. 15g)， 设计地震分组为第二组， 建 筑抗震设防类别为丙类， 建筑场地类别为类， 设计 特征周期为 0. 55s。框架的抗震等级为三级， 剪力 墙的抗震等级为二级， 但均须按 8 度(0. 2g)抗震设 防烈度采取抗震构造措施。 2. 3. 2 钢筋用量比较与分析 钢筋用量比较如表 3 所示。由表可看出， 采用 400MPa 级钢筋代替 335MPa 级钢筋的总用量可节 约 12. 7% 。其中梁的钢筋用量减少 12. 3% ， 板的钢 筋用量减少 15. 1% ， 柱的钢筋用量减少 10. 7% ， 墙 的钢 筋 用 量 减 少 9. 0% ， 基 础 的 钢 筋 用 量 减 少 18. 5% 。楼板和基础筏板的钢筋用量减少较多， 是 因为写字楼中板类构件的钢筋用量大多由承载力计 算确定， 且裂缝控制也能满足要求。 某写字楼(框架-剪力墙结构)钢筋用量比较表 3 构件 钢筋 直径 /mm 335MPa 级 钢筋 /t 400MPa 级 钢筋 /t 500MPa 级 钢筋 /t 节材比率 /% 替 代 替 代 替 代 梁 6 1293. 787. 987. 96. 26. 20 14 25236. 6201. 8167. 314. 729. 317. 1 合计330. 3289. 7255. 212. 322. 711. 9 柱8 25142. 7127. 5115. 110. 719. 49. 7 板6 12144. 1122. 3104. 215. 127. 714. 8 墙 8 12154. 3153. 4145. 30. 65. 85. 3 14 2573. 854. 247. 926. 535. 111. 6 合计228. 1207. 6193. 29. 015. 36. 9 基础14 28162. 5132. 5110. 818. 531. 816. 4 共计1 007. 7879. 6778. 512. 722. 711. 5 采用 500MPa 级钢筋代替 335MPa 级钢筋的总 用量 可 节 约 22. 7% 。 其 中 梁 的 钢 筋 用 量 减 少 22. 7% ， 板的钢筋用量减少 27. 7% ， 柱的钢筋用量 减少 19. 4% ， 墙的钢筋用量减少 15. 3% ， 基础筏板 的钢筋用量减少 31. 8% ， 已达到理论钢筋减少比 率， 说明在厚板构件中采用 500MPa 级钢筋有很好 的节材效果。 采用 500MPa 级钢筋代替 400MPa 级钢筋的总 用量 可 节 约 11. 5% 。 其 中 梁 的 钢 筋 用 量 减 少 11. 9% ， 板的钢筋用量减少 14. 8% ， 柱的钢筋用量 减少 9. 7% ， 墙的钢筋用量减少 6. 9% ， 基础筏板的 钢筋用量减少 16. 4% ， 仍然是楼板和基础筏板的钢 筋用量减少较多。进一步比较梁和墙的钢筋用量还 可看出， 强度提高后直径 6 12mm 钢筋(构造钢筋 和箍筋)的用量减少不多， 尤其是梁中构造钢筋和 箍筋的用量在用 500MPa 级钢筋代替 400MPa 级钢 筋后基本没有变化， 这除了因为构造钢筋的用量与 钢筋强度关系不大外， 还由于规范规定 500MPa 级 钢筋的抗拉强度设计值虽然为 435MPa， 但用于受剪 和受冲 切 承 载 力 计 算 时 其 强 度 仍 取 360MPa， 与 400MPa 级 钢 筋 的 抗 拉 强 度 设 计 值 相 同; 即 用 500MPa 级钢筋代替 400MPa 级钢筋作为受剪箍筋， 钢筋的用量并不能减少， 因此在梁中不宜用 500MPa 级钢筋作为箍筋。从表 3 还可看出， 梁和墙中纵向 受力钢筋的减少比率显著大于构造钢筋和箍筋的减 少比率， 有的甚至接近理论减少比率， 也再次说明只 有将高强钢筋用于纵向受力主筋时方可取得明显的 节材效果。 3结论和建议 (1)对于中小型钢筋混凝土结构， 400MPa 级钢 筋的锚固长度和裂缝限值均容易满足要求， 这类结 构中宜采用 400MPa 级钢筋作为受力主筋。500MPa 级钢筋只有当混凝土强度较高或构件截面尺寸较 大、 配筋率也较大时， 锚固长度和裂缝限值才容易满 足要求， 适用于需要较大承载力的结构或构件。 (2)采用 400， 500MPa 级高强钢筋替代 335MPa 级钢筋后， 对于不同类型的结构形式、 不同类型的构 件以及不同的抗震设防烈度， 节约钢筋的效果是不 同的， 但钢筋总用量的节材比率相差不大。总体看 来(对另外 3 个工程实例的钢筋用量进行分析， 结 果大致相同)， 采用 400MPa 级钢筋代替 335MPa 级 钢筋的节材比率约为 10% ， 采用 500MPa 级钢筋代 替 335MPa 级 钢 筋 的 节 材 比 率 约 为 20% ， 采 用 500MPa 级钢筋代替 400MPa 级钢筋后的节材比率 也约为 10% ， 即钢筋强度提高一个级别， 钢筋用量 减少约为 10% 。 (3)高强钢筋用于梁与柱的纵向受力钢筋， 大 开间楼板、 基础厚板以及高层剪力墙的受力钢筋时 (下转第 30 页) 36 建筑结构2013 年 时， 吊杆模型测点处于弹性状态， 满足吊杆模型检验 荷载要求;继续加载， 荷载-应变曲线斜率不断增大， 吊杆进入塑性状态;当短吊杆和长吊杆模型的试验 荷载分别加载至 6 180kN 和 5 610kN， 较小的荷载增 量都会引起较大的应变增量， 为了避免吊杆断裂对 试验机造成损坏性冲击， 此时停止加载， 并认为吊杆 达到极限承载能力。试验结果表明:吊杆疲劳后静 力强度满足设计要求， 短吊杆和长吊杆的极限承载 能力分别为 6 180kN 和 5 610kN。 图 7短吊杆和长吊杆各截面测点荷载-应变曲线 4结论 (1)疲劳试验设计合理、 可靠， 能充分反映实体 圆钢短吊杆和长吊杆的受力特性， 试验结果可靠。 (2)由于吊杆所受轴力较大， 应严格控制吊杆 制造和安装精度， 避免或减小制造、 安装误差引起的 偏心弯矩对吊杆截面应力分布的影响。 (3)在 200 万次常幅等效疲劳荷载循环加载过 程中， 短吊杆、 长吊杆模型杆体和连接细节部位均未 出现疲劳裂纹， 所有测点拉应力幅值没有明显变化， 实体圆钢吊杆满足疲劳强度设计要求。 (4)对疲劳试验后的吊杆模型进行静力拉伸试 验， 表明短吊杆和长吊杆疲劳后静力性能满足设计 要求， 极限承载力分别为 6 180kN 和 5 610kN。 参考文献 1 张玉玲， 潘际炎 高速铁路钢桥疲劳设计研究J 钢 结构， 1999， 14(3):1- 3 2 陈列， 郭建勋， 李小珍 高速铁路钢系杆拱桥M 北 京:中国铁道出版社， 2010 3 TB 10002. 22005 铁路桥梁钢结构设计规范S 北 京:中国铁道出版社， 2005 4 BS 5400 Steel，concrete and composite bridgespart10: code ofpracticeforfatigue SBritishStandard Institution， 1980 5 Eurocode 3 Design of steel structuresSEuropean Committee for Standardization， 2003 6 美国国家高速公路和交通运输协会 美国公路桥梁设 计规范S 辛济平， 万国朝， 译 北京:人民交通出版 社， 1998 7 刘彦明 大跨度钢箱叠拱桥实体圆钢吊杆疲劳试验研 究J 兰州交通大学学报， 2010， 29(3):7- 11 8 张辉 下承式钢管混凝土拱桥吊杆受力分析D 西 安:西安建筑科技大学， 2009 (上接第 25 页) 14(6):923- 944 9 张炳华 土建结构优化设计M 上海:同济大学出 版社， 1998 10 洪露， 马长山， 谢宗安 基于遗传算法的神经网络权值 优化J 贵州工业大学学报:自然科学版， 2003， 32 (6):48- 51 11 瞿伟廉， 王锦文 基于神经网络的大跨度网架结构 FEM 修正 J 武汉理工大学学报， 2004， 26(12):59- 62 12 费庆国， 李爱群， 张令弥 基于神经网络的非线性结构 有限元模型修正研究J 宇航学报， 2005， 26 (3): 267- 270 13 陈 凯 基 于 粒 子 群 优 化 算 法 的 结 构 动 力 模 型 修 改 D 南京:南京理工大学， 2007 (上接第 63 页) 节材效果显著;而用于构造等辅助钢筋时， 节省钢筋 的效果并不明显;用 500MPa 级钢筋代替 400MPa 级 钢筋进行受剪(或受冲切)承载力计算时， 箍筋的用 量并不能减少。 参考文献 1 刘立新， 杜朝华 500MPa 级钢筋混凝土柱受压性能试 验研究J 公路交通科技: 应用技术版， 2011(10)， 241- 245 2 RISN-TG 0072009 热轧带肋高强钢筋在混凝土结构 中应用技术导则S 北京:中国建筑工业出版社， 2010 3 GB 500102010 混凝土结构设计规范S 北京:中 国建筑工业出版社， 2011 03