500MPa级钢筋溷凝土构件的受力性能及工程应用a.pptx

一.概 述 混凝土结构是我国工程建设中应用最广泛的结构形式之一，混凝土结构是我国工程建设中应用最广泛的结构形式之一，热轧带肋钢筋是混凝土结构中应用最广泛的受力和构造钢热轧带肋钢筋是混凝土结构中应用最广泛的受力和构造钢筋，据不完全统计，筋，据不完全统计，20092009年我国热轧钢筋的用量已接近年我国热轧钢筋的用量已接近1 1亿亿吨。吨。但我国混凝土结构目前所应用的钢筋和混凝土强度但我国混凝土结构目前所应用的钢筋和混凝土强度比西方发达国家普遍要比西方发达国家普遍要低低1-21-2个等级个等级，消耗了过多的资源，消耗了过多的资源和能源。为尽快改变这种不合理状况，新修订的和能源。为尽快改变这种不合理状况，新修订的混凝土混凝土结构设计规范结构设计规范GB50010-2010GB50010-2010列入了列入了500MPa500MPa级钢筋。级钢筋。500MPa500MPa级钢筋是我国冶金行业新研制开发的用于非预应力级钢筋是我国冶金行业新研制开发的用于非预应力混凝土结构的性能优良的高强度钢筋。分为添加钒、钛等混凝土结构的性能优良的高强度钢筋。分为添加钒、钛等低合金元素轧制的低合金元素轧制的HRB500HRB500级级和采用控温技术和采用控温技术(不加或少加不加或少加低合金元素低合金元素)轧制的轧制的细晶粒细晶粒HRBF500HRBF500级级。其抗拉强度标准。其抗拉强度标准值为值为500MPa500MPa，强屈比，强屈比1.2-1.31.2-1.3，断口伸长率，断口伸长率d d 1010在在15%15%以上，以上，均匀伸长率均匀伸长率d d gtgt大于大于10%10%，达到了欧洲规范，达到了欧洲规范MC-90MC-90规定的规定的S S级级(优级优级)延性钢筋指标的要求，也达到了欧洲规范延性钢筋指标的要求，也达到了欧洲规范建筑建筑结构抗震设计规定结构抗震设计规定ENV-8ENV-8中对用于抗震结构中对用于抗震结构“H”H”类高类高延性钢筋要求均匀伸长率的要求。延性钢筋要求均匀伸长率的要求。长期以来，我国热轧带肋钢筋的品种主要是添加钒、钛等长期以来，我国热轧带肋钢筋的品种主要是添加钒、钛等合金元素的合金元素的普通低合金钢普通低合金钢，由于钢筋用量巨大，近年来已，由于钢筋用量巨大，近年来已造成钒、钛等低合金资源资紧张，价格眀显上涨，对热轧造成钒、钛等低合金资源资紧张，价格眀显上涨，对热轧钢筋的生产和应用带来不利影响。钢筋的生产和应用带来不利影响。细晶粒热轧带肋钢筋细晶粒热轧带肋钢筋是我国冶金行业研究开发的新型热轧是我国冶金行业研究开发的新型热轧钢筋，这种钢筋生产过程中不需要添加或只需添加很少的钢筋，这种钢筋生产过程中不需要添加或只需添加很少的钒、钛等合金元素，而是在热轧过程中，通过控轧和控冷钒、钛等合金元素，而是在热轧过程中，通过控轧和控冷工艺轧制成的带肋钢筋，其金相组织主要是铁素体加珠光工艺轧制成的带肋钢筋，其金相组织主要是铁素体加珠光体，晶粒度不粗于体，晶粒度不粗于9 9级。细晶粒热轧带肋钢筋的外形与普级。细晶粒热轧带肋钢筋的外形与普通低合金热轧带肋钢筋相同，其强度和延性完全满足混凝通低合金热轧带肋钢筋相同，其强度和延性完全满足混凝土结构对钢筋性能的要求。土结构对钢筋性能的要求。用细晶粒热轧带肋钢筋代替我国目前大量使用的普通低合用细晶粒热轧带肋钢筋代替我国目前大量使用的普通低合金热轧钢筋可节约国家宝贵的钒、钛等合金元素资源，降金热轧钢筋可节约国家宝贵的钒、钛等合金元素资源，降低碳当量和钢筋的价格，社会效益和经济效益均十分显著。低碳当量和钢筋的价格，社会效益和经济效益均十分显著。500MPa500MPa级钢筋外形及拉伸试验级钢筋外形及拉伸试验级钢筋外形及拉伸试验级钢筋外形及拉伸试验 d d=25mm 500MPa=25mm 500MPa钢筋钢筋 d d=8mm 500MPa=8mm 500MPa钢筋钢筋二二.500MPa.500MPa级钢筋用于混凝土结构的试验研究级钢筋用于混凝土结构的试验研究为了尽快使为了尽快使500MPa500MPa级钢筋在工程中得到应用，郑州大学、级钢筋在工程中得到应用，郑州大学、首钢总公司、中国建筑科学研究院结构所和河南省第一建首钢总公司、中国建筑科学研究院结构所和河南省第一建筑工程有限责任公司从筑工程有限责任公司从20022002年起进行了较为系统的年起进行了较为系统的500MPa500MPa级钢筋工程应用研究，主要研究级钢筋工程应用研究，主要研究 内容有内容有500500级钢筋级钢筋混凝土混凝土受弯、受剪、受压、受弯、受剪、受压、预应力构件预应力构件的受力性能的的受力性能的 试验研究，试验研究，500MPa500MPa级钢筋级钢筋 与混凝土与混凝土粘结锚固性能粘结锚固性能的的 试验试验 研究，研究，500500级钢筋级钢筋焊焊 接和机械连接性能接和机械连接性能的试验的试验 研究等，提出了研究等，提出了500MPa500MPa级级 钢筋在工程设计、施工中钢筋在工程设计、施工中 的主要技术参数，为规范的主要技术参数，为规范 修订提供依据。修订提供依据。1.500MPa1.500MPa级钢筋混凝土受弯构件的受力性能级钢筋混凝土受弯构件的受力性能 简支梁和连续梁的受弯试验表明，简支梁和连续梁的受弯试验表明，500MPa500MPa级钢筋混凝土受级钢筋混凝土受弯构件的受力性能和普通热轧带肋钢筋混凝土构件基本相弯构件的受力性能和普通热轧带肋钢筋混凝土构件基本相同，受弯承载力可按同，受弯承载力可按混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB50010GB50010中中规定的受弯构件正截面承载力计算公式计算；取规定的受弯构件正截面承载力计算公式计算；取抗拉设计抗拉设计强度强度f fy y=435MPa=435MPa，受弯承载力有足够的安全储备。，受弯承载力有足够的安全储备。受弯构件的挠度和裂缝宽度仍可按规范规定的公式计算受弯构件的挠度和裂缝宽度仍可按规范规定的公式计算（裂缝计算公式适当修改裂缝计算公式适当修改），在常用配筋率情况下，采用，在常用配筋率情况下，采用500MPa500MPa级钢筋混凝土受弯构件在正常使用极限状态下的级钢筋混凝土受弯构件在正常使用极限状态下的挠度和裂缝宽度可满足现行规范规定的挠度限值。挠度和裂缝宽度可满足现行规范规定的挠度限值。500MPa500MPa级钢筋有很好的延性，受弯构件塑性鉸有足够的转级钢筋有很好的延性，受弯构件塑性鉸有足够的转动能力，在超静定结构中可形成破坏机构，实现完全的塑动能力，在超静定结构中可形成破坏机构，实现完全的塑性内力重分布，可用于考虑塑性内力重分布设计的结构。性内力重分布，可用于考虑塑性内力重分布设计的结构。2.500MPa2.500MPa级钢筋混凝土受剪构件的受力性能级钢筋混凝土受剪构件的受力性能 通过通过7 7根不同剪跨比和不同配箍率受剪构件的试验表明，用根不同剪跨比和不同配箍率受剪构件的试验表明，用500MPa500MPa级钢筋作抗剪箍筋的混凝土构件的受剪性能和普级钢筋作抗剪箍筋的混凝土构件的受剪性能和普通钢筋基本相同，受剪承载力仍可按通钢筋基本相同，受剪承载力仍可按混凝土结构设计规混凝土结构设计规范范GB50010GB50010中规定的斜截面承载力计算公式计算，为控中规定的斜截面承载力计算公式计算，为控制斜裂缝的宽度，建议在受剪承载力计算中制斜裂缝的宽度，建议在受剪承载力计算中取箍筋屈服强取箍筋屈服强度设计值度设计值 f fyv=360MPayv=360MPa。注：新修订规范的抗剪公式进行了修改。注：新修订规范的抗剪公式进行了修改。3 500MPa3 500MPa级钢筋混凝土受压构件的受力性能级钢筋混凝土受压构件的受力性能 对对3030根配有根配有500MPa500MPa级纵向受力钢筋的轴心受压短柱级纵向受力钢筋的轴心受压短柱(混凝土混凝土强度等级为强度等级为C30C80C30C80，受压钢筋配筋率，受压钢筋配筋率(0.2%5.2%)(0.2%5.2%)的试验的试验结果表明，在配有纵筋的受压构件中，混凝土的受压的峰结果表明，在配有纵筋的受压构件中，混凝土的受压的峰值应变有所提高；当轴心压力增大到破坏荷载的值应变有所提高；当轴心压力增大到破坏荷载的90%90%左右左右时，柱侧面混凝土出现纵向裂缝，此时混凝土的压应变已时，柱侧面混凝土出现纵向裂缝，此时混凝土的压应变已达到达到0.00250.0025，纵向受压钢筋的应力已达到，纵向受压钢筋的应力已达到500MPa500MPa；临近破；临近破坏时，混凝土出现多条纵向裂缝，纵向受压钢筋达到屈服坏时，混凝土出现多条纵向裂缝，纵向受压钢筋达到屈服强度，说明在轴心受压短柱中钢筋和混凝土的强度均能得强度，说明在轴心受压短柱中钢筋和混凝土的强度均能得到较好发挥。到较好发挥。因此在配有因此在配有500MPa500MPa级钢筋的混凝土受压构件中，钢筋的抗级钢筋的混凝土受压构件中，钢筋的抗压强度设计值可按我国混凝土结构设计规范的规定，取热压强度设计值可按我国混凝土结构设计规范的规定，取热轧钢筋的材料性能分项系数轧钢筋的材料性能分项系数1.151.15，则可取，则可取500MPa500MPa级钢筋抗级钢筋抗压强度设计值为压强度设计值为f f y y=500/1.15=500/1.15 435MPa435MPa，并有足够的安全储，并有足够的安全储备。备。4.4.500MPa500MPa级钢筋作为预应力构件中非预应力筋的受级钢筋作为预应力构件中非预应力筋的受力性能力性能 通过通过1111根采用根采用500MPa500MPa级钢筋作为非预应力筋的预应力混凝级钢筋作为非预应力筋的预应力混凝土梁土梁（4 4根先张法、根先张法、3 3根后张法、根后张法、3 3根疲劳试验、根疲劳试验、1 1根根12m12m先先张法箱梁）张法箱梁）的受力性能试验，表明的受力性能试验，表明500MPa500MPa级钢筋作为预应级钢筋作为预应力混凝土构件的非预应力筋时其强度能充分发挥：力混凝土构件的非预应力筋时其强度能充分发挥：(1)(1)试验梁预应力度较好，在自重作用下的反拱约试验梁预应力度较好，在自重作用下的反拱约10mm10mm；正；正抗裂性能及竖向挠度均能满足要求；抗裂性能及竖向挠度均能满足要求；(2)(2)裂缝发展均匀、裂缝宽度一直很小，临近破坏时（裂缝发展均匀、裂缝宽度一直很小，临近破坏时（90%90%破破坏荷载）最大裂缝宽度仅为坏荷载）最大裂缝宽度仅为0.2mm0.2mm；由于折线形预应力筋；由于折线形预应力筋的作用，在试验梁的弯剪段未出现斜裂缝；的作用，在试验梁的弯剪段未出现斜裂缝；(3)(3)取取 f fy y=500/1.15=435MPa=500/1.15=435MPa，试验梁有足够的承载力安全储备，试验梁有足够的承载力安全储备，在达到设计破坏荷载的在达到设计破坏荷载的130%130%时才发生破坏；破坏时跨中挠时才发生破坏；破坏时跨中挠度接近度接近l l/50/50，表现出较好的延性；破坏受压区混凝土被压，表现出较好的延性；破坏受压区混凝土被压碎，钢绞线和非预应力钢筋均未发生断裂。碎，钢绞线和非预应力钢筋均未发生断裂。5.500MPa5.500MPa级钢筋与混凝土的粘结锚固性能级钢筋与混凝土的粘结锚固性能 6 6组组7272个粘结锚固试件的拔出试验结果表明个粘结锚固试件的拔出试验结果表明 500MPa500MPa级带肋级带肋钢筋与混凝土的锚固性能和普通带肋（月牙纹）钢筋相同，钢筋与混凝土的锚固性能和普通带肋（月牙纹）钢筋相同，其设计锚固长度仍可按现行其设计锚固长度仍可按现行混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范规定规定的公式计算。的公式计算。试验结果公式：试验结果公式：规范建议公式：规范建议公式：计算的锚固长度的比值均在计算的锚固长度的比值均在1.101.10到到1.141.14左右，十分稳定，且左右，十分稳定，且500MPa500MPa级钢筋与级钢筋与400MPa400MPa级钢筋的比值基本一样，说明级钢筋的比值基本一样，说明500500级钢筋的设计锚固长度仍可按级钢筋的设计锚固长度仍可按混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB50010GB50010规定的公式计算。规定的公式计算。表表表表1 1 锚固长度计算比较锚固长度计算比较锚固长度计算比较锚固长度计算比较钢筋钢筋钢筋钢筋品种品种品种品种 取值取值取值取值（MPaMPa）混凝土混凝土混凝土混凝土强度等级强度等级强度等级强度等级（MPaMPa）500MPa500MPa级钢筋级钢筋级钢筋级钢筋435435C20C201.101.1055.36 55.36 49.92 49.92 1.109 1.109 C30C301.431.4342.59 42.59 38.14 38.14 1.117 1.117 C40C401.711.7135.61 35.61 31.72 31.72 1.123 1.123 C50C501.891.8932.22 32.22 28.59 28.59 1.127 1.127 C60C602.042.0429.85 29.85 26.41 26.41 1.130 1.130 400MPa400MPa级钢筋级钢筋级钢筋级钢筋360360C20C201.101.1045.82 45.82 41.12 41.12 1.114 1.114 C30C301.431.4335.24 35.24 31.38 31.38 1.123 1.123 C40C401.711.7129.47 29.47 26.06 26.06 1.131 1.131 C50C501.891.8926.67 26.67 23.47 23.47 1.136 1.136 C60C602.042.0424.71 24.71 21.67 21.67 1.140 1.140 现行现行混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB50010-2002GB50010-2002的设计锚固长度的设计锚固长度计算公式规定当混凝土强度等级计算公式规定当混凝土强度等级C40C40时，仍按时，仍按C40C40级混凝土级混凝土计算。试验结果表明，当混凝土强度等级为计算。试验结果表明，当混凝土强度等级为C40C80C40C80时，规时，规范的设计锚固长度计算公式仍能较好适用，考虑到近年来高范的设计锚固长度计算公式仍能较好适用，考虑到近年来高强混凝土的应用日益增多，建议锚固长度计算公式中混凝土强混凝土的应用日益增多，建议锚固长度计算公式中混凝土强度等级的上限可强度等级的上限可提高到提高到C60C60。6.500MPa6.500MPa级钢筋焊接和机械连接性能级钢筋焊接和机械连接性能 进行了进行了500MPa500MPa级钢筋的闪光对焊、电弧焊、气压焊和剥肋级钢筋的闪光对焊、电弧焊、气压焊和剥肋滚压直螺纹连接、挤肋滚压直螺纹连接、镦粗直螺纹连接、滚压直螺纹连接、挤肋滚压直螺纹连接、镦粗直螺纹连接、锥螺纹连接、冷挤压连接等多种连接接头的受力性能试验。锥螺纹连接、冷挤压连接等多种连接接头的受力性能试验。试验结果表明，除锥螺纹连接外，试验结果表明，除锥螺纹连接外，500MPa500MPa级钢筋的闪光对级钢筋的闪光对焊、电弧焊、气压焊和剥肋滚压直螺纹连接、挤肋滚压直螺焊、电弧焊、气压焊和剥肋滚压直螺纹连接、挤肋滚压直螺纹连接、镦粗直螺纹连接、冷挤压连接的受力性能良好，均纹连接、镦粗直螺纹连接、冷挤压连接的受力性能良好，均能达到国家相关技术标准的要求，可在工程实践中应用。能达到国家相关技术标准的要求，可在工程实践中应用。7.500MPa7.500MPa级钢筋试点工程级钢筋试点工程三三.规范规范列入列入500500级钢筋后教学中应注意的问题级钢筋后教学中应注意的问题1.1.热轧钢筋的品种及牌号热轧钢筋的品种及牌号 表表表表2 2 普通钢筋强度标准值普通钢筋强度标准值普通钢筋强度标准值普通钢筋强度标准值牌号牌号牌号牌号符符符符 号号号号公称直径公称直径公称直径公称直径d d（mmmm）屈服强度标准值屈服强度标准值屈服强度标准值屈服强度标准值f fykyk（N/mmN/mm2 2）极限强度标准值极限强度标准值极限强度标准值极限强度标准值f fstkstk（N/mmN/mm2 2）HPBHPB3003006 62222300300420420HRB335HRB335HRBF335HRBF3356 65050335335455455HRB400HRB400HRBF400HRBF400RRB400RRB4006 65050400400540540HRBHRB500500HRBFHRBF5005006 65050500500630630F F R F 2.2.钢筋的强度设计值和伸长率钢筋的强度设计值和伸长率2.2.热轧钢筋强度设计值热轧钢筋强度设计值表表表表3 3 普通钢筋强度设计值（普通钢筋强度设计值（普通钢筋强度设计值（普通钢筋强度设计值（N/mmN/mm2 2）牌号牌号HPB300270270HRB335、HRBF335300300HRB400、HRBF400、RRB400360360HRB500、HRBF500435（抗剪计算（抗剪计算360）435抗拉强度设计值抗拉强度设计值抗拉强度设计值抗拉强度设计值抗压强度设计值抗压强度设计值抗压强度设计值抗压强度设计值表表表表4 4 普通钢筋及预应力筋在最大力下的总伸长率限值普通钢筋及预应力筋在最大力下的总伸长率限值普通钢筋及预应力筋在最大力下的总伸长率限值普通钢筋及预应力筋在最大力下的总伸长率限值钢筋钢筋钢筋钢筋品种品种品种品种普通钢筋普通钢筋普通钢筋普通钢筋预应力筋预应力筋预应力筋预应力筋HPB300HPB300HRB335HRB335、HRBF335HRBF335、HRB400HRB400、HRBF400HRBF400、HRB500HRB500、HRBF500HRBF500 gtgt（%）10.010.07.57.53.53.5注：有较高抗震性能要求的普通热轧带肋钢筋注：有较高抗震性能要求的普通热轧带肋钢筋注：有较高抗震性能要求的普通热轧带肋钢筋注：有较高抗震性能要求的普通热轧带肋钢筋 HRB400EHRB400E、HRBF400EHRBF400E、HRB500EHRB500E、HRBF500EHRBF500E等，等，等，等，gtgt不小于不小于不小于不小于9.0%9.0%。3.3.钢筋最大力下的总伸率（均匀伸长率）钢筋最大力下的总伸率（均匀伸长率）钢筋钢筋断后伸长率断后伸长率 只能反映钢筋断口颈缩区域残余变形的大小；不同标距长只能反映钢筋断口颈缩区域残余变形的大小；不同标距长度度l l0 0得到的结果不一致；忽略了钢筋的弹性变形，不能反得到的结果不一致；忽略了钢筋的弹性变形，不能反映钢筋受力时的总体变形能力；容易产生人为误差。映钢筋受力时的总体变形能力；容易产生人为误差。最大力下的总伸长率（均匀伸长率）最大力下的总伸长率（均匀伸长率）d dgtgt （A Agtgt）4.4.最小配筋率最小配筋率表表5 5 纵向受力钢筋的最小配筋百分率纵向受力钢筋的最小配筋百分率 minmin(%)(%)受力类型受力类型受力类型受力类型最小配筋百分率最小配筋百分率最小配筋百分率最小配筋百分率受压受压受压受压构件构件构件构件全部全部全部全部纵向钢筋纵向钢筋纵向钢筋纵向钢筋强度级别强度级别强度级别强度级别500N/mm500N/mm2 20.500.50强度级别强度级别强度级别强度级别400N/mm400N/mm2 20.550.55强度级别强度级别强度级别强度级别300 N/mm300 N/mm2 2、335 335 N/mmN/mm2 20.600.60一侧纵向钢筋一侧纵向钢筋一侧纵向钢筋一侧纵向钢筋0.200.20梁类受弯构件、偏心受拉、轴心受拉构件一侧的梁类受弯构件、偏心受拉、轴心受拉构件一侧的梁类受弯构件、偏心受拉、轴心受拉构件一侧的梁类受弯构件、偏心受拉、轴心受拉构件一侧的受拉钢筋受拉钢筋受拉钢筋受拉钢筋 中的较大值中的较大值中的较大值中的较大值0.200.20和和和和4545注：注：注：注：1.1.受压构件全部纵向钢筋最小配筋百分率，当采用受压构件全部纵向钢筋最小配筋百分率，当采用受压构件全部纵向钢筋最小配筋百分率，当采用受压构件全部纵向钢筋最小配筋百分率，当采用C60 C60 及以上强度等级及以上强度等级及以上强度等级及以上强度等级 的混凝土时，应按表中规定增加的混凝土时，应按表中规定增加的混凝土时，应按表中规定增加的混凝土时，应按表中规定增加0.100.10；2.2.板类受弯构件的受拉钢筋，当采用强度级别板类受弯构件的受拉钢筋，当采用强度级别板类受弯构件的受拉钢筋，当采用强度级别板类受弯构件的受拉钢筋，当采用强度级别400N/mm2400N/mm2、500 N/mm2500 N/mm2 的钢筋时，其最小配筋百分率应允许采用的钢筋时，其最小配筋百分率应允许采用的钢筋时，其最小配筋百分率应允许采用的钢筋时，其最小配筋百分率应允许采用0.150.15和和和和4545f f t t/f f y y 中的较大值中的较大值中的较大值中的较大值 5.5.其他方面其他方面 裂缝宽度计算（修改钢筋混凝土裂缝宽度计算公式，钢裂缝宽度计算（修改钢筋混凝土裂缝宽度计算公式，钢 筋筋 应力按荷载准永久组合弯矩计算）；应力按荷载准永久组合弯矩计算）；锚固长度锚固长度基本锚固长度基本锚固长度锚固长度锚固长度原规范规定：当混凝土的强度等级高原规范规定：当混凝土的强度等级高原规范规定：当混凝土的强度等级高原规范规定：当混凝土的强度等级高于于于于C40C40时，按时，按时，按时，按C40C40取值取值取值取值 ；修订后改为：当混凝土的强度等级高修订后改为：当混凝土的强度等级高修订后改为：当混凝土的强度等级高修订后改为：当混凝土的强度等级高于于于于C60C60时，按时，按时，按时，按C60C60取值取值取值取值 四四.新规范教材新规范教材混凝土结构原理混凝土结构原理刘立新刘立新 叶燕华叶燕华 主编主编武汉理工大学出版社武汉理工大学出版社 20102010年年8 8月月 20092009年年1212月新规范通过审查后，月新规范通过审查后，20102010年元月在西安启动，年元月在西安启动，其中其中混凝土结构设计混凝土结构设计由白国良、王毅红老师主编。由白国良、王毅红老师主编。20102010年年5 5月完成初稿，月完成初稿，20102010年年7 7月新规范报批后，按报批稿月新规范报批后，按报批稿修改后出版，力争能在新学期教学中使用。修改后出版，力争能在新学期教学中使用。衷心感谢中国建筑科学研究院规范管理组、衷心感谢中国建筑科学研究院规范管理组、徐有邻徐有邻老师及老师及其他老师的支持帮助！其他老师的支持帮助！敬请批评指正！敬请批评指正！茶歇时武汉理工大学出版社蔡德民社长将向与会代表赠书茶歇时武汉理工大学出版社蔡德民社长将向与会代表赠书.谢谢 谢！谢！