国内 HRB600 级高强钢筋研究及应用现状

HRB600级钢筋因其强度高、延性好、拥有良好的使用性能,在国外已经得到广泛应用。国内对HRB600级钢筋才刚刚起步,本文对国内HRB600级钢筋生产工艺、力学性能、配置HRB600钢筋的混凝土构件抗弯、抗剪性能、疲劳性能以及抗震性能相关研究进行了归纳总结,并提出需进一步研究的问题。     

HRB600级钢筋高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究HRB600级钢筋高强混凝土柱的抗震性能,进行9根截面尺寸为600mm×600mm的高强混凝土柱在工程实际轴压比条件下的低周反复荷载试验,主要设计变化参数为钢筋等级、箍筋间距、混凝土强度和轴压比。对比分析各试件的破坏形态、滞回性能、承载力、延性、刚度退化和耗能能力,基于试验建立HRB600级钢筋高强混凝土柱的恢复力模型。结果表明：各试件的破坏形态相似,均为延性弯曲破坏,柱底出现塑性铰,纵筋屈曲,混凝土保护层脱落;HRB600级钢筋高强混凝土柱不仅具有较好的滞回性能以及变形与耗能能力,且震后可恢复性能相对较好;高强混凝土柱设计中,HRB600级钢筋与C80混凝土匹配应用效果较优;合理配置箍筋,可使HRB600级钢筋高强混凝土柱在高轴压比条件下的延性系数大于4.0;文章基于足尺构件试验建立的恢复力模型,以期可为相关工程结构抗震弹塑性分析提供参考。     

HRB600级钢筋高强混凝土柱偏心受压性能试验研究

为研究HRB600级钢筋高强混凝土柱的偏心受压性能,以推动HRB600级钢筋的工程应用,进行了9根截面尺寸为600 mm×600 mm、混凝土强度等级为C60～C100的高强混凝土柱单调偏心加载试验,其中7根柱的纵筋为HRB600级钢筋,2根柱的纵筋为HRB400级钢筋。分析了钢筋强度、混凝土强度、配箍率及偏心距等参数对钢筋高强混凝土柱偏压性能的影响规律。研究结果表明:HRB600级钢筋高强混凝土柱的破坏特征、挠度曲线、截面应变分布规律与普通钢筋混凝土柱基本一致;大偏心受压状态下,HRB600级钢筋高强混凝土柱受压承载力较HRB400级钢筋高强混凝土柱提高了8.55%,且峰值后的荷载-挠度曲线下降平缓;随着混凝土强度、配箍率和箍筋强度的提高,其压弯承载力均有所提高;采用现行混凝土结构设计规范中的相关公式计算HRB600级钢筋高强混凝土柱的压弯承载力、平均裂缝间距与最大裂缝宽度,具有较好的可靠性。     

600 MPa级钢筋与高强混凝土黏结锚固性能试验研究

为探讨600 MPa级高强钢筋与高强混凝土的黏结锚固性能,设计制作42个中心置筋的拉拔试件。通过单边拉拔试验,分析了混凝土强度、保护层厚度和锚固长度等因素对600 MPa级高强钢筋与高强混凝土黏结性能的影响,探讨了各影响因素对其黏结强度的影响规律。利用试验数据进行回归分析,给出了600 MPa级钢筋与混凝土的临界锚固长度经验计算式。该计算值较GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的基本锚固长度值小,说明600 MPa级钢筋的锚固长度按GB 50010—2010计算能够满足使用要求。     

配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁裂缝宽度试验研究

为研究配置600 MPa高强钢筋混凝土梁的裂缝分布与宽度的变化规律及平均裂缝间距与最大裂缝宽度的计算方法,分别进行了4组8根不同配筋率的配置600 MPa高强钢筋混凝土梁,以及1组2根配置400 MPa钢筋对比梁受弯加载试验.通过实测各类型裂缝的分类统计分析,明确了结构设计中配置600 MPa高强钢筋混凝土梁的裂缝宽度验算对应的主要裂缝(开裂后各级荷载作用下可持续延伸,或迅速扩展到中性轴附近的裂缝)形态特征.结合试验研究结果,建议了裂缝截面有效受拉高度的计算方法.基于实测平均裂缝间距与各级荷载作用下实测最大裂缝宽度与采用现行国内外规范验算模式计算结果的比较分析,建立了适用于配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁的平均裂缝间距计算式,提出了2种最大裂缝宽度的验算模式.由试验实测值与计算值的比较结果可知,所建议计算式的精度较好,且更适用于配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁的裂缝宽度验算.     

配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁裂缝宽度试验研究

为研究配置600 MPa高强钢筋混凝土梁的裂缝分布与宽度的变化规律及平均裂缝间距与最大裂缝宽度的计算方法,分别进行了4组8根不同配筋率的配置600 MPa高强钢筋混凝土梁,以及1组2根配置400 MPa钢筋对比梁受弯加载试验.通过实测各类型裂缝的分类统计分析,明确了结构设计中配置600 MPa高强钢筋混凝土梁的裂缝宽度验算对应的主要裂缝(开裂后各级荷载作用下可持续延伸,或迅速扩展到中性轴附近的裂缝)形态特征.结合试验研究结果,建议了裂缝截面有效受拉高度的计算方法.基于实测平均裂缝间距与各级荷载作用下实测最大裂缝宽度与采用现行国内外规范验算模式计算结果的比较分析,建立了适用于配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁的平均裂缝间距计算式,提出了2种最大裂缝宽度的验算模式.由试验实测值与计算值的比较结果可知,所建议计算式的精度较好,且更适用于配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁的裂缝宽度验算.     

配置600 MPa级钢筋异形柱梁柱节点抗震性能试验研究

异形柱梁柱节点是结构的薄弱部位,为了改善异形柱梁柱节点薄弱部位的受力性能,采用配置600 MPa级高强钢筋和X形筋两种改善异形柱梁柱节点受力性能的方法。设计了4个异形柱梁柱节点组合体试件并对其进行拟静力加载试验,研究分析节点的破坏特征、滞回特性、骨架曲线、承载力、延性及钢筋应变等性能指标,揭示配置600 MPa级钢筋节点的抗震性能及配置X形筋对节点抗震性能的影响规律。研究结果表明:配置600 MPa级钢筋的节点具有较高的承载力,相比于配置500 MPa级钢筋的节点延性稍差;配置X形筋可明显改善节点的破坏特征,并可提高节点的承载力、延性及耗能能力,改善节点的抗震性能。     

HRB600级钢筋预制管高强混凝土柱抗震性能试验

为推动高强钢筋和高强高性能混凝土的工程应用,探讨HRB600级钢筋预制管高强混凝土柱的抗震设计方法,优化设计参数,进行了4根截面尺寸为600 mm×600 mm高强混凝土柱的低周反复荷载试验,包括3根HRB600级钢筋预制管高强混凝土柱和1根现浇HRB600级钢筋高强混凝土柱,设计变化参数主要为预制管中有无钢纤维和核心混凝土强度等级。在试验基础上,分析各试件的破坏形态、滞回曲线、承载力、变形能力、刚度退化以及耗能能力,揭示预制管中有无钢纤维和混凝土强度等级变化对高强混凝土柱的抗震性能影响规律。研究结果表明:HRB600级钢筋预制管高强混凝土柱的破坏形态与整体现浇高强混凝土柱相似,均呈弯曲破坏特征;预制管中加入钢纤维,使得高强混凝土柱的损伤程度降低,刚度退化减缓,滞回曲线更加饱满,变形和耗能能力提高。     

HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱抗震性能研究

为研究HRB600级钢筋高强高性能混凝土柱的抗震性能，进行了6根大尺寸方形截面(600mm×600mm)混凝土柱在高轴压比条件下的低周反复荷载试验，包括2根HRB600级钢筋普通高强混凝土柱和4根HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱，对比分析了各试件的破坏形态、滞回性能、承载力、刚度退化规律、延性和耗能能力。在试验基础上建立了HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱的恢复力模型。研究结果表明：钢纤维可以减小高强混凝土柱的裂缝宽度，有效防止混凝土保护层脱落，减小柱的残余变形，提高柱的震后恢复性能；HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱的变形能力良好，随着钢纤维掺量的增加，高强混凝土柱的位移延性系数逐渐增大；基于试验数据建立的HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱恢复力模型计算精度良好；该类型柱可较好地满足现行抗震设计规范要求，宜于推广应用。     

HRB600作为普通钢筋的预应力混凝土梁疲劳强度试验研究

通过HRB600作为普通钢筋的预应力混凝土梁的静载和疲劳对比试验,分析了疲劳荷载对试验梁的受弯承载力和裂缝性能的影响,研究了混凝土和HRB600钢筋的疲劳应力幅发展规律及其计算方法。分析结果表明:经过200万次循环加载,试验梁的受弯承载力没有明显削弱,裂缝宽度增大,裂缝形态更为复杂。混凝土和HRB600钢筋的疲劳应力幅可以按照现行《混凝土结构设计规范》进行计算,本文建议HRB600钢筋的疲劳应力幅限值可以按照HRB400钢筋选取。     

高强Q960钢高温后力学性能试验研究

为了研究高强Q960钢在火灾后的力学性能,对过火温度为300~900℃的高强Q960钢试件进行了稳态拉伸试验,得到其在自然冷却和浸水冷却条件下的应力-应变曲线、弹性模量、屈服强度和极限强度.结果表明:600℃是高强Q960钢强度发生明显变化的临界温度,将试验结果与普通Q235钢、Q345钢和高强Q460钢、Q690钢、S960钢进行比较,发现不同种类钢材经历高温后的力学性能退化程度并不相同;根据试验结果,建立了高强Q960钢高温后力学性能折减系数随温度变化的拟合公式,拟合结果与试验结果吻合较好.     

Nb含量及工艺对HRB600钢筋组织与性能的影响

基于热模拟、中试试验、组织观察、拉伸试验、TEM以及热力学软件等技术手段,研究了Nb含量与轧制工艺对Nb,V微合金化600MPa级高强度钢筋(HRB600)组织、力学性能及析出行为的影响.结果表明:在连续冷却过程中,当冷却速率3℃/s时,试验钢的组织为铁素体与珠光体;当冷却速率为5℃/s时,试验钢中开始出现贝氏体,且贝氏体量随Nb含量的增加而增加;终轧后空冷与弱水冷的钢组织为铁素体与珠光体,且珠光体含量(质量分数)为42%~47%;随Nb含量与冷却速率的增加及轧制温度的降低,铁素体晶粒与珠光体片层间距减小;Nb在钢中以方形、圆形与棒状析出,随着Nb含量的增加,其析出物尺寸增大,钢中Nb含量不宜超过0.04%(质量分数);终轧至800~1 000℃时应快速冷却,以防止Nb析出物粗化,相变范围内冷却速率宜控制在1~3℃/s.     

论HRB500级高强钢筋的应用

通过HRB500级钢筋的实际工程应用,并与HRB400级钢筋进行对比,重点论述了HRB500级高强钢筋强度高、延性好、性价比高的特点,并提出了高强钢筋的混凝土等级、应用范围、连接方式、抗震性能等要求及注意事项,为工程设计和工程施工提供了翔实的参考数据和资料。     

高强钢筋部分预应力混凝土梁变形性能的试验研究

通过配置600MPa级钢筋部分预应力混凝土梁受弯试验,分析了试验梁的变形性能及其影响因素,探讨了不同阶段试验梁的短期刚度和挠度的计算。试验结果表明:配置600MPa级钢筋部分预应力混凝土梁变形性能良好,尤其在高强钢筋屈服后,构件仍具有较好的变形能力。同时,本文建议构件开裂前后的短期刚度宜分别按照现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》和《混凝土结构设计规范》的规定计算,挠度计算值与实测值吻合较好。     

考虑应变时效影响的Q460C高强钢力学性能试验研究

为深入研究应变时效对Q460C高强钢基本力学性能影响,建立考虑应变时效影响Q460C高强钢应力-应变本构关系曲线,对经应变时效影响的Q460C高强钢进行了试验研究,分析了Q460C高强钢经应变时效后基本力学性能指标,采用修正Ramberg-Osgood模型对试验结果进行拟合。结果表明:Q460C钢经预应变后具有显著的应变硬化现象,屈服强度得到大幅提高,极限应变和断裂应变显著降低,屈强比接近1.0,结构发生脆性断裂的可能性增加; Q460C钢经时效后产生时效硬化现象,试件在各时效之间应力-应变曲线差别较小,经时效硬化后钢材的硬化程度低于应变硬化; 采用修正的Ramberg-Osgood模型能够较为准确地拟合经预应变及时效影响后高强钢的应力-应变曲线,拟合结果与试验结果具有较好的一致性; 研究内容可为相关工程应用和理论分析提供参考。     

PVA纤维高强混凝土的力学性能试验研究

对体积掺量为0～1.5%、基体强度为110MPa以上的PVA纤维高强混凝土(PFRHSC)进行了立方体抗压、轴心抗压、劈裂抗拉、抗弯性能和弹性模量的测试,并对PFRHSC梁弯曲韧性进行了试验研究。试验结果表明,PFRHSC立方体抗压强度和轴心抗压强度随纤维掺量的增加有一定的降低,弹性模量随着材料抗压强度的降低略有增加;PVA纤维对PFRHSC的劈裂抗拉、抗弯强度有显著的增强作用。     

非连续连接的拼合钢柱受力性能试验研究

通过2.9 m高拼合钢柱的轴压试验和偏压试验,得到极限荷载、位移、应变分布和破坏模式。试验结果表明,拼合钢柱具有良好的整体受力性能;试件的破坏形态为整体曲屈破坏。轴心受压时可按填板连接的实腹式截面计算极限承载力,偏心受压时可按格构式截面计算极限承载力;连接件在整个加载过程中发生明显变形,能起抗剪作用。     

高强Q460钢高温冷却后力学性能研究

为了评估高强Q460钢高温冷却后的力学性能,采用电炉对高强Q460钢进行加热升温,再采用自然冷却或浸水冷却方式冷却,然后进行拉伸试验,获得了高温冷却后高强Q460钢的应力-应变关系曲线、屈服强度、极限强度、弹性模量和极限伸长率.将高温冷却后高强Q460钢和普通Q235钢的屈服强度、极限强度和弹性模量进行对比.结果表明:高温后高强Q460钢力学性能与常温下力学性能相比有所变化,尤其是当温度超过700℃时,变化基本较大;700℃后,不同冷却方式对高强Q460钢极限强度和极限伸长率影响较大,浸水冷却后钢材的极限强度明显高于自然冷却后钢材的极限强度,而浸水冷却后钢材的极限伸长率则明显低于自然冷却后钢材的极限伸长率;高强Q460钢弹性模量和屈服强度受冷却方式的影响较小;高温冷却后高强Q460钢与普通Q235钢屈服强度、极限强度和弹性模量折减系数存在差异.     

应力-温度作用后钢筋强度的试验研究

高温下建筑材料力学性能的研究是结构抗火性能研究的基础,笔者通过对目前建筑中常用热轧Ⅱ、Ⅲ级钢筋,在一定恒定应力作用下经高温、冷却作用后的强度试验,分析了各种钢筋在不同的应力状态下经受不同历史温度(400~600℃范围内)后钢筋的极限强度、屈服强度,同时分析了不同情况下两种钢筋的强度差异.     

混凝土结构化学植筋安装钢梁节点板受力性能试验研究

提出了在混凝土结构上化学植筋,再通过塞焊和灌浆安装钢梁节点板的新方法.为了解施焊温度对化学植筋锚固强度的影响,现场进行了2组共4个节点板的抗剪承载力试验.结果表明,混凝土结构上通过化学植筋再塞焊安装的钢节点板的受力性能令人满意,其承载力能够满足设计要求.