我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中鋼筋的優(yōu)化選擇

1、我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中鋼筋的優(yōu)化選擇 1 汶川震害中的鋼筋問題1.1 汶川震害中鋼筋的表現(xiàn)2008年發(fā)生的汶川地震造成了不少房屋倒塌和人員傷亡。其中許多結(jié)構(gòu)的倒塌與構(gòu)件的破壞形態(tài)有關(guān)，而這又在很大程度上取決于構(gòu)件中的配筋。因此認(rèn)真分析汶川震害中各種鋼筋的表現(xiàn)，就具有很重要的實(shí)際意義。嚴(yán)格說來，地震作用不是力而是強(qiáng)迫位移。因此構(gòu)件的變形能力（延性）對結(jié)構(gòu)的抗震性能有很大的影響。單純的脆性砌體結(jié)構(gòu)大多在地震中倒塌（圖1）；而有圈梁構(gòu)造柱的磚砌房屋則大多“裂而不倒”（圖2）。究其原因是得益于圈梁構(gòu)造柱體系中配置延性較好熱軋鋼筋的圍箍約束作用，致使磚砌墻體的過大變形得到控制，從而具有了一定的延性。而

2、對于混凝土構(gòu)件，是否發(fā)生鋼筋斷裂引起的脆性破壞或造成結(jié)構(gòu)倒塌，則更是取決于構(gòu)件中配置鋼筋的力學(xué)性能主要是強(qiáng)度和延性。下面分別加以介紹。 圖1 無約束脆性砌體結(jié)構(gòu)房屋倒塌圖2 配筋圈梁-構(gòu)造柱圍箍-約束下的砌體裂而不倒 1.2 冷加工鋼筋的脆斷地震造成傷亡的重要原因是磚混結(jié)構(gòu)中裝配式樓蓋的解體、斷裂和墜落。圖3是冷撥低碳鋼絲圓孔板斷裂破壞的照片。預(yù)制板墜落的原因是支承磚墻的傾覆和裝配式樓蓋整體性不良。而預(yù)制板斷裂則是由于冷加工鋼筋延性太差，地震時(shí)在墜物撞擊下斷裂而造成構(gòu)件解體。上世紀(jì)末以來改進(jìn)構(gòu)造措施而加強(qiáng)了樓蓋整體性以及與支座的錨固連接，并改用冷軋帶肋鋼筋作預(yù)應(yīng)力配筋。圖4為冷軋帶肋鋼筋圓孔板

3、破壞的照片。成排懸掛的預(yù)制板表明：樓蓋整體性及與支座的錨固己得到改善，但預(yù)制板斷裂說明冷軋帶肋鋼筋的延性仍然很差。圖5為配置冷軋扭鋼筋樓梯板斷裂的照片。結(jié)構(gòu)中斜置的樓梯在地震中承受反復(fù)拉壓作用，造成構(gòu)件斷裂的主要原因仍是冷軋扭鋼筋延性太差。在經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)，物資匱乏的年代，我國曾普遍采用對鋼筋進(jìn)行冷加工（冷拉、冷拔、冷軋、冷扭）而提高鋼筋的強(qiáng)度，從而節(jié)約配筋。但強(qiáng)度有限的提高是以大幅度犧牲延性為代價(jià)得到的，因此往往導(dǎo)致脆性斷裂。 圖3 冷撥低碳鋼絲圓孔板斷裂墜落圖4 冷軋帶肋鋼筋圓孔板斷裂懸掛圖5 冷軋扭鋼筋樓梯板斷裂 有關(guān)的試驗(yàn)、調(diào)研表明：HPB235熱軋鋼筋在最大力下的總伸長率gt（均勻伸長率

4、）約20%；而冷加工后僅為2%左右。這種延性的大幅度損失，使其在受拉變形不大時(shí)即吿斷裂，這就是我國冷加工鋼筋配筋構(gòu)件經(jīng)常發(fā)生脆斷（破壞標(biāo)志3）的根本原因。尤其預(yù)應(yīng)力配筋，鋼筋在承載受力前已由于張拉而損失了強(qiáng)度的70%左右。承載受力后應(yīng)力應(yīng)變能夠增長的裕量已很有限，加上延性（變形能力伸長率）較差，就很容易在變形不大的情況下發(fā)生無預(yù)兆的脆性斷裂。因此國外從無用冷加工鋼筋作預(yù)應(yīng)力配筋的先例。此外塑性內(nèi)力重分布需要受力鋼筋大幅度變形的能力（塑性鉸），冷加工鋼筋的適用性存疑。1.3 熱軋鋼筋的抗倒塌譖力我國的熱軋鋼筋HPB235（Q235）、HRB335（20MnSi）、HRB400（20MnSiV）延

5、性較好，均勻伸長率gt較大：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定10.0%、7.5%，實(shí)際均超過15%。因此即使在鋼筋屈服以后，強(qiáng)度和變形還可以有很大的增長而不致于斷裂。由此大大改善了配筋構(gòu)件的抗震性能，從而避免了混凝土構(gòu)件的斷裂和結(jié)構(gòu)倒塌。汶川震害調(diào)查表明，熱軋鋼筋盡管強(qiáng)度相對并不高，但抗震效果很好。同樣是樓梯板，遭受了強(qiáng)烈的反復(fù)拉-壓作用后構(gòu)件的混凝土早己斷開，但配置熱軋鋼筋的樓梯板構(gòu)件仍未斷裂，從而避免了倒塌（圖6）。圖7的混凝土大梁配置了一定的熱軋鋼筋，在地震造成支承磚柱倒塌后，其仍以“梁”的形式繼續(xù)承載受力而未發(fā)生斷裂、倒塌。圖8和圖9是地震后的兩座危樓。由于在圈梁中配置了一定量的熱軋鋼筋，且跨內(nèi)為無搭接的連續(xù)

6、配筋并在支座處可靠錨固。因此在下部結(jié)構(gòu)塌垮而失去支承的情況下，盡管構(gòu)件己發(fā)生很大的變形，但仍以“懸索”和“懸臂”的形式繼續(xù)承載受力而未發(fā)生斷裂、倒塌。這就是結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計(jì)中的梁拉結(jié)模型、懸索拉結(jié)模型和懸臂拉結(jié)模型?？梢?，具有一定強(qiáng)度和優(yōu)良延性的熱軋鋼筋，在地震作用大幅度變形的情況下，對于結(jié)構(gòu)的抗倒塌起到了重要的作用。 圖6 經(jīng)受地震作用的樓梯板圖7 抗倒塌的梁拉結(jié)模型圖8 抗倒塌的懸索拉結(jié)模型 圖10是已局部倒塌的磚混結(jié)構(gòu)?？梢钥闯?，盡管砌體結(jié)構(gòu)已塌垮，但配置在圈梁中的熱軋鋼筋仍未斷開。這種“藕斷絲連”的現(xiàn)象隨處可見，它說明熱軋鋼筋具有良好的延性。 圖9 抗倒塌的懸臂拉結(jié)模型圖10 倒塌結(jié)構(gòu)中

7、熱軋鋼筋藕斷絲連現(xiàn)象 1.4 圍箍鋼筋的約束作用配筋圈梁構(gòu)造柱的圍箍約束對提高砌體抗震性能的作用前已有述（圖2）；同樣箍筋對提高混凝土柱的抗震性能也有明顯的作用。圖11為某高層框架底柱的狀態(tài)。地震的反復(fù)作用己使柱腳混凝土裂縫、破碎。但由于密集箍筋的圍箍約束，維持了混凝土“碎而不散”，故仍氶受了巨大的上部荷載而未發(fā)生結(jié)構(gòu)的傾覆、倒塌。而提供圍箍約束作用的箍筋則由于承受了很大的拉力，己張開或拉斷，圍箍作用的受力程度可見一斑。 圖11 約束混凝土雖破碎仍能承載 圖12 無約束混凝土柱的壓潰圖13 底柱壓潰而引起的框架倒塌 圖12的柱中縱向受力配筋置不少，但配箍不足，稀疏的幾根箍筋無法對芯部混凝土提供

8、有效的約束。在地震作用下混凝土裂縫、破碎后，失去圍箍約束的混凝土碎塊撒開、墜落，柱子即喪失承載能力而被壓潰。而底柱壓潰則往往引起混凝土框架結(jié)構(gòu)倒塌（圖13）。傳統(tǒng)觀念中箍筋只起縱筋定位和承受剪力的作用，故限用低強(qiáng)鋼筋。試驗(yàn)研究和震害調(diào)查表明，箍筋的圍箍約束作用大大增強(qiáng)了受壓柱的承載能力和延性（變形能力）。就象原本設(shè)有抗力的散體沙子，裝入易拉罐后壓緊就具備了抗力一樣。通過圍箍約束配筋而開發(fā)、提高混凝土構(gòu)件的抗力，將是今后混凝土結(jié)構(gòu)研究的重要方向，也對鋼筋提出了新的要求。2 混凝土構(gòu)件的破壞形態(tài)與結(jié)構(gòu)安全2.1 混凝土構(gòu)件的破壞標(biāo)志及形態(tài)混凝土構(gòu)件承載力不足而發(fā)生破壞有嚴(yán)格的定義，表1列出了達(dá)到破

9、壞時(shí)的標(biāo)志及破壞形態(tài)。試驗(yàn)研究時(shí)以此判斷構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能，也是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。構(gòu)件破壞的形態(tài)大體分為三類：延性、非延性和脆性，不同形態(tài)破壞的后果是大不相同的。 表1 混凝土構(gòu)件破壞的標(biāo)志和形態(tài) 受力狀態(tài)序號破壞標(biāo)志破壞形態(tài)受彎、大偏心受壓1彎曲撓度達(dá)到構(gòu)件跨度的1/50延性2受拉主筋處的裂縫寬度達(dá)到1.50mm延性3構(gòu)件的受拉主筋斷裂脆性4彎曲受壓區(qū)混凝土受壓破碎非延性受剪5構(gòu)件腹部斜裂縫寬度達(dá)到1.50 mm非延性6斜裂縫末端受壓區(qū)混凝土破碎非延性7沿構(gòu)件斜截面混凝土裂縫、破碎非延性8沖切側(cè)面斜裂縫、沖切頂面底面環(huán)狀裂縫非延性9沿構(gòu)件疊合面、接槎面出現(xiàn)剪切裂縫非延性受扭10構(gòu)件腹部斜裂縫

10、寬度達(dá)到1.50 mm延性受壓11受壓構(gòu)件側(cè)面混凝土裂縫、破碎非延性12局壓面破碎、局壓區(qū)縱向劈裂裂縫非延性錨固、連接1受拉主筋在端部滑脫或其它形式的錨固失效脆性14受拉主筋在連接接頭處傳力性能失效脆性應(yīng)該注意的是：“脆性破壞”（標(biāo)志3、11、12）與鋼筋斷裂、錨固和連接失效引起的傳力中斷有關(guān)；而“延性破壞”（標(biāo)志1、2、9）的撓度和裂縫寬度則與鋼筋的變形性能有關(guān)。2.2 構(gòu)件的破壞形態(tài)與結(jié)構(gòu)安全“延性破壞”通常表現(xiàn)為構(gòu)件過大的變形（撓度）和裂縫，以致明顯地影響使用功能并對用戶造成不安全感。但其與構(gòu)件解體、結(jié)構(gòu)倒塌等現(xiàn)象還有很長的過程。“脆性破壞”則帶有突發(fā)性質(zhì)，在預(yù)兆不明顯時(shí)即快速發(fā)展，造成

11、構(gòu)件斷裂、結(jié)構(gòu)倒塌等后果。界于兩者之間的“非延性破壞”，破壞現(xiàn)象發(fā)展較快，但達(dá)到破壞標(biāo)志尚有一個(gè)過程，通常表現(xiàn)為嚴(yán)重裂縫、破碎、過大變形等混凝土的破壞現(xiàn)象，一般尚不至于引起構(gòu)件斷裂或倒塌的嚴(yán)重后果。近年很多偶然作用造成構(gòu)件斷裂，引起了結(jié)構(gòu)解體、倒塌，導(dǎo)致人員傷亡和財(cái)產(chǎn)重大損失。作為抗災(zāi)性能的重要內(nèi)容，有關(guān)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)固性（Rubustnees魯棒性）對安全的影響受到重視。與此相關(guān)，對結(jié)構(gòu)材料性能（特別是延性）及構(gòu)件破壞形態(tài)的研究也逐漸深入。2.3 材料強(qiáng)度及延性的影響混凝土是脆性材料，不能承受拉力而只能受壓，而且容易發(fā)生裂縫、破碎而最終被壓潰。由于鋼筋承擔(dān)了全部拉力，并且只有靠鋼筋的圍箍約束，才

12、使混凝土構(gòu)件能夠承受各種荷載和內(nèi)力。因此鋼筋的力學(xué)性能對混凝土構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能及破壞形態(tài)有著決定性的影響。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重視鋼筋的強(qiáng)度，并取其屈服強(qiáng)度作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)。但近年許多結(jié)構(gòu)倒塌事故的調(diào)查分析表明：鋼筋的極限（抗拉）強(qiáng)度ft以及相應(yīng)最大力下的總伸長率gt，亦即鋼材的延性（變形能力）對結(jié)構(gòu)的安全同樣具有重要而直接的影響。因?yàn)殇摻畹那灰鸾孛娴倪^大變形，甚至可以成為塑性鉸繼續(xù)承載受力，而并不致于斷裂。但鋼筋斷裂引起的構(gòu)件解體，則往往會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌而引起嚴(yán)重后果。2.4 配箍對混凝土約束的影響傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)理論只考慮混凝土在單軸應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度，而實(shí)際工程中混凝土往往處于多軸應(yīng)力狀態(tài)的應(yīng)

13、力場中。近年混凝土力學(xué)的研究表明：如果考慮三軸受力狀態(tài)的側(cè)壓，則混凝土的抗壓強(qiáng)度將大幅度提高；同時(shí)延性（變形性能）也獲得改善。例如，側(cè)壓為軸力的0.1時(shí)，強(qiáng)度將提高為1.8倍；0.2時(shí)為3倍；0.3時(shí)為5倍（圖14）。 圖14 混凝土的應(yīng)力狀態(tài)及其強(qiáng)度圖15 混凝土柱中配箍圍箍約束的機(jī)理 混凝土柱如果不配箍，則在軸壓下很快壓潰。加強(qiáng)配箍后，軸壓所引起的側(cè)向膨脹（波桑比）受阻于箍筋產(chǎn)生環(huán)向拉力的側(cè)壓，芯部混凝土將處于三軸應(yīng)力狀態(tài)，因而抗力（強(qiáng)度和延性）將獲得極大的提高（圖15）。這就是地震后許多配箍較強(qiáng)柱子“裂而不倒”的原因。近年采用強(qiáng)度較高的箍筋，以各種封閉配箍形式（連續(xù)螺旋箍或焊接箍）加強(qiáng)圍

14、箍約束作用，進(jìn)行了試驗(yàn)研究并開始工程應(yīng)用，取得了較好的效果（圖16）。采用更先進(jìn)的混凝土力學(xué)方法指導(dǎo)研究，進(jìn)一步開發(fā)約束混凝土抗力的巨大潛力，是混凝土理論的重要發(fā)展方向。同時(shí)也對用作配箍鋼筋的性能提出了更高的要求。 圖16 連續(xù)螺旋箍及焊接封閉環(huán)式箍 3 混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求3.1 鋼筋性能的影響強(qiáng)度：高強(qiáng)鋼筋有利于提高承載力，但延性降低；且受到剛度、裂縫的制約而有一定限度。延性：變形性能對破壞形態(tài)及安全有很大影響；無預(yù)兆的脆性破壞危險(xiǎn)；延性破壞比較安全。錨固性能：鋼筋與混凝土共同受力的基礎(chǔ)；錨固性能取決于鋼筋外形，有待優(yōu)化改進(jìn)。預(yù)應(yīng)力傳遞性能：先張法筋通過自錨建立起預(yù)應(yīng)力的能力；其影響

15、預(yù)應(yīng)力筋的傳遞長度。可焊性：鋼筋焊接連接的性能與碳當(dāng)量有關(guān)，碳當(dāng)量高時(shí)不易焊；0.55以上不可焊。機(jī)械連接適應(yīng)性：強(qiáng)度集中于表層的鋼筋表面太硬，不易加工連接螺紋，且會(huì)造成強(qiáng)度損失。熱穩(wěn)定性：冷加工、熱處理而提高強(qiáng)度的鋼筋，在受熱后（焊接、火災(zāi)）強(qiáng)度會(huì)降低。疲勞性能：反復(fù)荷載作用下的鋼筋強(qiáng)度降低；與鋼筋材質(zhì)及其外形有關(guān)。耐久性：鋼筋電化學(xué)腐蝕而影響使用年限，鋼筋冷加工及預(yù)應(yīng)力狀態(tài)會(huì)降低其耐久性。冷彎性能：加工鋼筋時(shí)，冷加工鋼筋彎曲或反復(fù)彎曲后容易裂縫、折斷，施工適應(yīng)性差。質(zhì)量穩(wěn)定性：規(guī)模生產(chǎn)的鋼筋質(zhì)量穩(wěn)定；二次加工勻質(zhì)性較差；作坊式生產(chǎn)的鋼筋質(zhì)量差。規(guī)格：工程應(yīng)用中細(xì)筋、粗筋及某些規(guī)格的鋼筋經(jīng)常

16、短缺，造成施工不便。供貨狀態(tài)：直條筋須切斷、連接、造成余料；盤卷筋須調(diào)直；鋼筋定長供貨可以減小施工量。附加工序：光面鋼筋須加彎鉤，施工不便；盤圓鋼筋須調(diào)直；直條筋切斷余料再用須對接。成品剛度：細(xì)直徑鋼筋施工時(shí)易變形、移位；焊接網(wǎng)片、預(yù)制骨架剛度大，形狀準(zhǔn)確。經(jīng)濟(jì)性：取決于鋼筋的強(qiáng)度價(jià)格比（MPa.kg/元）；一般高強(qiáng)鋼筋具有價(jià)格上的優(yōu)勢。3.2 強(qiáng)度及對承載能力的影響鋼筋承受拉力，因此強(qiáng)度越高，混凝土構(gòu)件的承載能力就越大。但高強(qiáng)通常伴隨延性減??；且變形模量不変，高應(yīng)力帶來的大伸長變形受制于混凝土的裂縫寬度和構(gòu)件撓度，故鋼筋的高強(qiáng)度有一定的限制。僅預(yù)應(yīng)筋的高強(qiáng)度可以通過預(yù)張拉，有條件地加以利用。

17、3.3 伸長率對斷裂耗能的影響傳統(tǒng)的斷口伸長率只反映頸縮區(qū)域的殘余伸長，不是鋼筋變形能力（延性）的真正標(biāo)志，只有鋼筋斷裂前達(dá)到的最大力下的總伸長率gt（均勻伸長率）才是延性的真正標(biāo)志。鋼筋斷裂導(dǎo)致構(gòu)件解體、結(jié)構(gòu)倒塌，是對安全的最大威脅。而地震、沉降等作用并非力（荷載）而是強(qiáng)迫位移。因此延性（變形能力）對結(jié)構(gòu)安全有決定性的影響，其重要性并不亞于強(qiáng)度。綜合考慮強(qiáng)度和變形的影響，圖17中鋼筋本構(gòu)關(guān)系曲線下積分面積所代表的斷裂耗能W才是鋼筋抗力的真正指標(biāo)。熱軋鋼筋斷裂耗能約為7000 Nm/Kg；預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼鉸約為6000-7000 Nm/Kg；而冷加工鋼筋約為1000-1500 Nm/Kg左右。這

18、就解釋了地震時(shí)許多強(qiáng)度高的冷加工鋼筋（硬鋼圖中虛線），由于延性差而斷裂，造成了房倒屋塌；而強(qiáng)度并不高但延性好的熱軋鋼筋（軟鋼圖中實(shí)線），卻維護(hù)住了結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)固性而避免了倒塌。3.4 強(qiáng)屈比對破壞形態(tài)的影響除伸長率外，鋼筋抗拉強(qiáng)度ft與屈服強(qiáng)度fy的比值強(qiáng)屈比（ft /fy）對破壞形態(tài)（延性）也有很大的影響。熱軋鋼筋（軟鋼）強(qiáng)屈比一般都在1.20以上，從屈服到斷裂有很長的過程，破壞有明顯的預(yù)兆，延性優(yōu)良。 圖17 鋼筋的強(qiáng)度、伸長率和斷裂耗能 圖18 鋼筋的本構(gòu)關(guān)系及強(qiáng)屈比 冷加工鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋（硬鋼）本構(gòu)曲線沒有明顯的屈服點(diǎn)。圖18為抗拉強(qiáng)度ft和伸長率gt基本相同的兩種鋼筋的本構(gòu)曲線示意。

19、鋼絲、鋼絞線的非線性段具有漸変的性質(zhì)（實(shí)線），通常取抗拉強(qiáng)度的0.85為條件屈服強(qiáng)度，故強(qiáng)屈比較大。鋼棒在屈服強(qiáng)度fy后很快就達(dá)到抗拉強(qiáng)度ft而被拉斷（虛線），強(qiáng)屈比相對很小，僅比1稍大一些。這樣的鋼筋即使強(qiáng)度、總伸長率及斷裂耗能也不小，但受力時(shí)在荷載作用下鋼筋在屈服后迅速發(fā)展而斷裂，缺乏必要的過程和預(yù)兆，破壞往往呈穾發(fā)的脆性性質(zhì)，也應(yīng)認(rèn)為延性差而不安全。因此，強(qiáng)屈比（ft /fy）也是鋼筋延性的重要標(biāo)志。3.5 施工適應(yīng)性能的影響從工程應(yīng)用的角度考慮，鋼筋的施工適應(yīng)性也對結(jié)構(gòu)安全有很大的影響。鋼筋的質(zhì)量穩(wěn)定性、冷彎性能、可焊性、機(jī)械連接性能、熱穩(wěn)定性（焊接、火災(zāi)）、附加工序（彎鉤、調(diào)直、對接

20、）、耐久性等都與其力學(xué)性能及構(gòu)件的破壞形態(tài)有關(guān)，因而也對安全造成了影響。綜上所述，混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能提出了許多必要的要求。其中強(qiáng)度和延性對結(jié)構(gòu)安全有著重要的影響。傳統(tǒng)重視強(qiáng)度而忽略延性的觀念必須糾正。鋼筋在提高強(qiáng)度的同時(shí)，應(yīng)保持必要的変形能力延性，表規(guī)為最大力下的總伸長率和強(qiáng)屈比。4 鋼筋的優(yōu)化及應(yīng)用4.1 提高鋼筋強(qiáng)度的途徑提高鋼筋強(qiáng)度是冶金及建筑部門的共同目標(biāo)，但不同類型鋼筋的綜合效果不盡相同。低合金化：在碳鋼中加入錳（Mn）、硅（Si）、釩（V）、鈦（Ti）、鈮（Nb）等元素可提高強(qiáng)度，并保持較好的延性和施工適應(yīng)性。其金相組織均勻，成分為鐵素體加珠光體，無影響使用性能的其它組織存在，如

21、圖19（1）所示。細(xì)晶?；和ㄟ^控軋、控冷工藝使晶粒度不粗于9級而提高鋼筋強(qiáng)度，并保留一定延性。其金相組織如圖19（2）所示，主要成分為鐵素體珠光體，外圍有不連續(xù)局部的回火馬氏體。余熱處理：鋼筋軋制時(shí)淬水余熱處理而提高強(qiáng)度，但延性損失且影響施工適應(yīng)性。其金相組織如圖19（3）所示，可以看出，硬脆的高強(qiáng)回火馬氏體組織集中在鋼筋表層。冷加工：冷拉、冷拔、冷軋、冷扭、冷鐓可以提高鋼筋的強(qiáng)度，但延性、施工適應(yīng)性變差。綜合處理：對拔（軋）制鋼絲進(jìn)行短時(shí)熱處理而獲得高強(qiáng)度并保留一定延性，常用作預(yù)應(yīng)力鋼絲；或捻制成預(yù)應(yīng)力鋼絞線。 （1）低合金普通熱軋鋼筋HRB （2）細(xì)晶粒熱軋鋼筋HRBF（3）余熱處理鋼筋

22、RRB圖19 不同類型鋼筋的金相組織 4.2 鋼筋外形的分析及優(yōu)化影響鋼筋性能的外形參數(shù)有：基園面積率、相對肋高、相對肋間距、肋面積比、齒肋比、橫肋的圓周角、橫肋的對稱性等。圖19為我國各類鋼筋的形狀，下面分別進(jìn)行分析。 圖20 各類鋼筋的形狀 光圓鋼筋：基園面積率最大 (1.00)，但錨固性能差，須加彎鉤受力，將逐漸淘汰。等高肋鋼筋：基園面積率不足0.90，強(qiáng)度削弱過多，外形不合理，己被淘汰。月牙肋鋼筋：基園面積率約0.94，錨固性能良好但有方向性，是目前受力鋼筋的主要形式。預(yù)應(yīng)力鋼絞線及螺旋肋鋼絲：基園面積率大，且錨固性能好，是目前預(yù)應(yīng)力筋的主要形式。預(yù)應(yīng)力螺旋槽鋼棒：混凝土咬合齒薄弱，錨

23、固性能差，應(yīng)向螺旋肋外形靠攏。冷軋帶肋鋼筋：基園面積率有待提高，為改善錨固性能，應(yīng)向螺旋肋外形靠攏。冷軋扭鋼筋：外形也有待改進(jìn)，應(yīng)向螺旋肋外形靠攏?？毯垆摻z：削弱了截面，而咬合齒太淺，錨固性能不良，已趨于淘汰。我國鋼筋的外形有待優(yōu)化選擇，就基園面積率和錨固性能而言，螺旋肋外形最具優(yōu)勢。4.3 鋼筋的優(yōu)化及選擇面對我國混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋的現(xiàn)狀及汶川震害調(diào)查分析的結(jié)果，現(xiàn)有鋼筋應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化?？偟内厔菔翘岣邚?qiáng)度、延性和加工適應(yīng)性，并根據(jù)各自特點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)膽?yīng)用范圍?？v向受力鋼筋宜采用強(qiáng)度400、500MPa的HRB普通熱軋帶肋鋼筋，以及HRBF細(xì)晶粒熱軋帶肋鋼筋?？拐鸾Y(jié)構(gòu)的主要受力鋼筋宜采用帶后綴“E”

24、的高延性抗震鋼筋，其最大力下的總伸長率不小于9%；強(qiáng)屈比不低于1.25。余熱處理的RRB鋼筋延性較差，可用于對延性要求不高的次要構(gòu)件、基礎(chǔ)或大體積結(jié)構(gòu)中，以節(jié)約合金資源。低強(qiáng)的HPB235MPa光面鋼筋應(yīng)予淘汰，代之以300MPa鋼筋，并進(jìn)一步合并強(qiáng)度335MPa級而改成帯肋鋼筋，用作輔助配筋。最終形成300、40、500MPa級的合理強(qiáng)度級差。預(yù)應(yīng)力配筋宜采用強(qiáng)度1570MPa及以上的高強(qiáng)螺旋肋鋼絲及鋼絞線，最大力下的總伸長率不應(yīng)低于3.5%?？毯垆摻z應(yīng)予以淘汰。預(yù)應(yīng)力 (PC) 鋼棒應(yīng)提高延性并改進(jìn)外形。此外，應(yīng)發(fā)展用作中小跨預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的強(qiáng)度1000MPa及以下的中強(qiáng)鋼絲；并且應(yīng)通過試驗(yàn)研

25、究及工程應(yīng)用探討其作為約束混凝土配箍的可行性。冷加工鋼筋作為細(xì)直徑受力鋼筋以及輔助配筋，應(yīng)予以保留并進(jìn)行優(yōu)化。但應(yīng)減小冷加工的面縮率并可通過適當(dāng)?shù)臒崽幚恚ɑ鼗穑┗謴?fù)必要的延性。外形上擬向螺旋肋靠攏，以提高基圓面積率并改善錨固性能。鑒于汶川震害及過去脆斷事故的教訓(xùn)，冷加工鋼筋不宜作預(yù)應(yīng)力配筋，不宜考慮塑性內(nèi)力重分布設(shè)計(jì)，因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力及塑性鉸需要鋼筋很大的變形性能延性。4.4 含釩鋼筋的特點(diǎn)及優(yōu)勢綜上所述，采用低合金化改善鋼筋的綜合性能最為有效。在熱軋鋼筋中摻入萬分之幾的釩 (V)、鈦 (Ti)、鈮 (Nb) 作為合金元素，就足以大幅度提高其強(qiáng)度并保持優(yōu)良的延性及施工適應(yīng)性（焊接、冷彎、機(jī)械連接等）

26、。這應(yīng)成為我國混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋的主要發(fā)展方向。我國攀枝花及承德?lián)碛胸S富的釩土資源，發(fā)展含釩 (V) 熱軋帶肋鋼筋 (HRB) 具有獨(dú)特的優(yōu)勢，即使是靠控軋、控冷工藝的細(xì)晶粒鋼筋(HRBF)，少量摻釩 (V) 也可明顯地改善綜合性能。而作為結(jié)構(gòu)抗震的主要承載材料的抗震鋼筋(HRB400E、HRB500E)，需要較高的強(qiáng)度及優(yōu)良的延性（最大力下的總伸長率及強(qiáng)屈比），則最宜采用含釩 (V) 的熱軋帶肋鋼筋。4.5 設(shè)計(jì)規(guī)范修訂的措施新修訂的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010體現(xiàn)了對鋼筋性能的要求和優(yōu)化選擇。首先，增加了強(qiáng)度為500MPa級的高強(qiáng)鋼筋；淘汰低強(qiáng)的235MPa級光圓鋼筋，代之以300MPa級鋼筋：同時(shí)準(zhǔn)備合并335MPa級鋼筋為300MPa級的帯肋鋼筋。形成強(qiáng)度等級為300、400、500MPa的系列熱軋帯肋鋼筋，與國