混凝土结构中预应力钢筋和在抗震建筑中应用

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1、混凝土结构中预应力钢筋和在抗震建筑中应用　　摘要：本文介绍了建筑工程中常用预应力钢筋。对普通钢筋、冷加工钢筋、预应力钢丝和钢绞线在成型工艺、主要力学性能、耗能特性等方面进行了对比。阐述了抗震混凝土结构对钢筋和预应力结构的使用要求。关键词：预应力钢筋；力学性能；抗震结构中图分类号：U452.2+8文献标识码：A文章编号：0．概述本文介绍了建筑工程中常用预应力钢筋。对普通钢筋、冷加工钢筋、预应力钢丝和钢绞线在成型工艺、主要力学性能、耗能特性等方面进行了对比，阐述了抗震混凝土结构对钢筋和预应力结构的使用要求。本文主要目的是认识三种钢筋的区别，消

2、除预应力钢筋都是冷加工钢筋的误解，让读者了解目前广泛使用的钢绞线已有相当好的延性，现代预应力混凝土结构已有与普通混凝土结构相当的抗震性能，且有优于普通混凝土结构的变形恢复能力。1混凝土结构中的钢筋1.1钢筋的组分和工艺12钢筋的成分主要是铁（Fe）与碳（C）。钢筋的力学性能（强度及延性）在很大程度上取决于碳、其他元素的含量及分布（金相结构），而金相结构又取决于钢筋的成型工艺。一般低碳钢筋（HPB）延性特别好，但强度很低（235MPa），通过轧制可以将其强度提高到300MPa。而继续提高钢筋强度，就要采取以下途经。1）合金化（HRB）；2）

3、控晶细晶粒（HRBF）；3）淬水余热处理（RRB）；4）热处理。《混凝土结构设计规范》4.2.2条所列的中强度预应力钢丝、消除应力钢丝、钢绞线都经过了热处理工艺；5）冷加工。在常温条件下通过冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、冷镦等机械方法改变钢筋的直径和长度，使其成为各种外形的冷加工钢筋（钢丝）。1.2普通钢筋《混凝土结构设计规范》GB50010-2010中，普通钢筋都是热轧钢筋。HPB300是热轧低碳光园钢筋，HRB335、HRB400、HRB500是合金普通热轧带肋钢筋，HRBF335、HRBF400、HRBF500是细晶粒热轧带肋钢筋，RRB

4、400是余热处理热轧带肋钢筋。12以上HRB、HRBF、RRB同级的钢筋虽然强度指标是相同的，但延性、连接传力性能依次降低。HRB、HRBF性能相差不多，使用限制很少。RRB400是余热处理钢筋，钢筋焊接受热回火可能降低强度，并且高强度部分集中在钢筋表层，疲劳性能、冷弯性能可能受到影响，钢筋机械连接表面切削加工时也可能影响强度，因此应用会受到较多的限制，一般用在非主要受力构件中，设计选择时应注意。作为普通钢筋的热轧钢筋它们的均匀伸长率（最大力下的总伸长率，延性的重要指标）δgt较大，都有很好的延性（RRB稍差）和耗能特性，有关指标见表1。

5、热轧钢筋具有软钢性质，有明显的屈服点。普通钢筋有两个特征强度：屈服强度和抗拉强度。抗拉强度就是就是对应强化阶段最高点的强度极限。根据可靠度要求，混凝土结构设计规范取具有95％以上的保证率的屈服强度作为钢筋的强度标准值fyk，fyk用于正常使用极限状态的验算。承载能力极限状态计算应采用钢筋强度设计值fy（受拉）fy’及（受压），强度设计值应由标准值除以材料分项系数γs而得，普通钢筋分项系数γs=1.1.表1钢筋的均匀伸长率δgt及断裂耗能指标Wt(N·m/kg)1.3冷加工钢筋12钢筋的冷加工是通过采用冷加工强化控制轧制工艺来改变热轧钢筋的

6、组织以提高强度，也即对热轧钢筋进行深加工。冷加工的工艺包括冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、冷镦。如热轧园盘条低碳钢筋经过冷拔形成冷拔低碳钢丝；盘条经冷轧或冷拔减径后在其表面冷轧成三面或两面有肋的钢筋形成冷轧带肋钢筋；冷轧扭钢筋是盘条经过先冷轧扁，再冷扭转形成的呈螺旋状的直条钢筋。冷加工钢筋的特点是强度提高，强屈比降低，应力应变曲线呈硬钢性质，无明显屈服点，均匀伸长率δgt大幅度下降，呈明显的脆性。如我国热轧钢筋δgt在8％～18％之间，而冷轧扭钢筋δgt只有1.6%左右，强屈比大约为1.1，大致的概念是强度提高了一倍，塑性降低了近十倍。冷轧带肋钢

7、筋与冷轧扭钢筋也差不多，冷拔低碳丝更差。冷加工钢筋一般仅用于延性要求不高的楼板中或作构造钢筋用。把冷加工钢筋作为预应力结构中的普通钢筋是不合适的。冷加工钢筋过去也用在楼梯板中，但汶川地震表明，地震作用下，楼梯板充当非常复杂的角色，破坏严重，延性要求高，因此楼梯构件也不应再用冷加工钢筋。《人民防空地下室设计规范》GB50038-2005第4.4.2条明确规定“防空地下室钢筋混凝土构件中，不得采用冷轧带肋钢筋、冷拉钢筋等冷加工处理的钢筋”。用优质高碳钢盘条经冷拔后直接用于预应力混凝土的光园钢丝叫预应力冷拉钢丝，这种钢丝强度较高，但存在残余应力

8、，屈强比低，伸长率小，GB/T5223-2002的标准仅要求δgt≥1.5，它也是一种高强冷加工钢筋，它也仅用于预应力铁路轨枕、压力水管、电杆等。12上述冷加工钢筋均没有列入《混凝土结构设计规