hrb500钢筋机械锚固性能的试验分析-experimental analysis of mechanical anchorage performance of hrb 500 steel bar.docx

第一章 绪论§1-1 研究背景1-1-1我国钢筋用量现状 我国处于发展中国家时期，工业发展过程中随着城镇生活水平的提高，对建筑的钢材用量的需求也日益增加。据统计 2004 年，我国钢材的产量已达 3.49 亿吨，其中热轧带肋钢筋的产量达到 7000 万吨，占生产总量的 20%[1]，并且随着建设规模的增长而增长，2009 年热轧带肋钢筋累计年产量已达到 1.2 亿 吨。但是，我国钢筋的品种远远落后于发达国家，随着社会经济的增长和资源的有限性，面对着巨大的 市场内需和资源消耗，优化钢筋的性能，更新换代，减少用钢量，发展节约型国家，将是现代化发展的 必经道路，这也将会为我国的可持续发展做出重要的贡献。因此，开发更高强度的钢筋势在必行。1-1-2我国 HRB500 钢筋的发展HRB500 钢筋是指钢筋的屈服强度标准值 fyk 为 500 N / mm2 的热轧(Hot rolled)带肋(Ribbed)钢筋 (Bars)，俗称 IV 级钢。如同 HRB400 钢筋,仍采用微合金化技术，通过控制 V、Nb、Ti 等的微量元素， 能够增加强度与塑性的配合，降低应变时效的敏感性能，提高其焊接和机械连接的性能，并且在地震荷 载作用下其高应变低周疲劳性能良好。[2]HRB500 钢筋可以取得显著的社会经济效益，HRB500 钢筋的强度比 HRB335、HRB400 钢筋分别 高 40%、16.7%，其替代 HRB335、HRB400 钢筋将会分别节省 28%、14%以上的用钢量，根据钢铁工 业协会的测算，使用 HRB500 钢筋可以比使用 HRB400 钢筋节省 7.6%~8.9%的成本支出。[3]但由于缺少具体的试验验证和理论支持，我国《混凝土结构设计规范》GB50010-2002 仍尚未列出HRB500 钢筋的相关标准。在对其的应用与推广中存在着如下问题：1）在进行结构设计的承载力计算时，其安全重要系数 γ 0 的选取，它会影响到结构的安全储备以及结构设计时的计算结果，但提高钢筋强度和增加配筋率均可提高混凝土构件的承载力，因此，取决于哪 种方式更能有效地提高其经济效益。2）在结构设计中，HRB500 与 HRB400 钢筋相比而言，用钢量相同，承载力均满足，但挠度和裂缝 起主要控制作用的情况下，HRB500 钢筋起不到降低挠度和裂缝的作用，其高强的优势得不到充分的发 挥。[4]3）基于 HRB500 钢筋的一系列优良的性能，不应该作为技术储备，而应该充分发挥它的优势。比如 对于一些重要的百年工程，或者抗震设防烈度很高的地区应用 HRB500 钢筋，会在满足承载力的情况 下提高其安全等级满足抗震要求（具体根据工程情况的特殊性有所不同）。4）根据目前人防工程的设计要求，只需对结构承载力进行验算，可不对变形和裂缝等验算。因此HRB500 钢筋应用在人防结构工程中，可以减少用钢量，发挥优势，取得明显的经济性并提高其质量[21]。 总之，大力推广 HRB500 等高强钢筋，将会降低建筑的用钢量，节省成本，也提高了建筑结构的安全性能，具有巨大的经济效益，同时也有着广泛的社会效益，符合创建节约型社会和可持续发展的建 设思路。1-1-3 国外高强钢筋的应用现状其实，上世纪 70 年代起，国外国外主要发达工业化国家就着手了对 400、500MPa 级钢筋应用研究。 90 年代后，他们已经对高强钢筋准备了大量的基础数据和理论验证。1993 年俄罗斯把 500MPa，600MPa 级钢筋纳入国家产品标准，1996 年美国也增加了 520MPa 级的钢筋。目前，在主要的一些发达国家， 400~600MPa 钢筋已经大规模的投入生产及应用，用量达到 95%以上。§1-2 钢筋混凝土的粘结锚固的基本问题1-2-1粘结锚固的影响因素 钢筋和混凝土的粘结锚固作用由胶凝力、摩擦力和咬合力组成。这三种因素合称为钢筋混凝土的粘结锚固作用。其影响因素如下[5] [6] [32]：1）混凝土强度对粘结锚固作用的影响 由于混凝土粘结锚固作用的三因素胶凝力、摩擦力及咬合力均受到混凝土强度等级的影响，即与混凝土立方体抗压强度 fcu 有关，混凝土性能提高，混凝土抗拉强度 ft 增加，其粘结锚固作用便会相应增 强，且与 ft 呈线性递增关系。2）混凝土保护层厚度对粘结锚固作用的影响 为研究混凝土保护层厚度对粘结锚固作用的影响，将钢筋偏心放置，试验表明，钢筋与混凝土的粘结锚固作用会随着保护层相对的最小厚度的增加而增加，并且表现为保护层的劈裂破坏，当达增到 4.5d 这一临界值时，劈裂破坏一般不再发生，因此当保护层增加到一定值时，钢筋与混凝土的粘结锚固作用 便不再增加。实际上，带肋钢筋会对与其接触的混凝土的有效范围内产生一个环向的拉应力，当保护层 厚度在破坏范围内时均会产生劈裂破坏。3