第二章高强混凝土和中高强钢筋在桥梁结构中的应用

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范,（,JTG D62 2004,）,学 习 与 应 用 讲 评,张树仁,哈尔滨工业大学,二零零四年,新颁布的,（,以下简称,）,和,（,以下简称,建混规,GB50010,）,在混凝土和钢筋材料选择上有较大变化：适当提高了混凝土强度等级，将,C50C80,高强混凝土列入规范；,明确提出，在钢筋混凝土结构中推荐采用,HRB400,钢筋（新级钢）做为主导钢筋，,HRB335,（,原级钢）做为辅助钢筋；在预应力混凝土结构中推荐采用高强度钢绞线做为主导钢筋。这些重大措施，对提高我国混凝土结构的质量，提高经济效益，将产生重大影响。,第二章 高强混凝土和中高强钢筋在桥梁结构中的应用,长期以来，我国土木和建筑工程采用的混凝土强度偏低，因此不得不加大构件的截面尺寸，肥梁、胖柱、深基、厚墙就在所难免。结构自重加大，降低了结构的有效承载力，同时增加了材料运输、加工、吊装、施工中的各种费用。因此，尽管我国传统的混凝土结构安全度总体上比国外低，但建造结构的材料一点也不比国外少，费用也不见得节省。国际上，特别是发达国家，建筑结构较高的安全度是靠高强度材料来实现的。所以，要加大我国建筑结构的安全度并提高混凝土结构的技术水平，改变我国传统混凝土强度等级偏低的状况，就成为十分现实而紧迫的事情。,20,世纪,90,年代以来，由于技术进步和经营方式的变化，我国结构混凝土强度偏低的状况有了很大的变化。首先是混凝土的成分不再局限于传统的水泥、砂、石和水，外加剂（如减水剂）和掺合料（如粉煤灰）的普遍采用，已成为,一、适当提高混凝土的强度等级是结构工程的重大技术进步,混凝土材料不可缺少的新的组成部分。其次混凝土的生产不再局限于施工单位自行拌制，取而代之以市场化经营的高品质混凝土。这对保证混凝土质量，提高混凝土强度创造了条件。目前，一般工程采用,C30,以上混凝土已很普遍；使用,C40C50,混凝土也已无困难；,C60,甚,C80,的高强混凝土的应用已经开始。,提高混凝土强度等级带来的直接效益是可以减小结构截面尺寸，减轻结构自重，提高结构承受外荷的承载力，特别是对于承受轴向压力为主的构件，效果更为明显。在混凝土结构中，混凝土材料的用量取决于其强度设计值。强度等级高的混凝土价格当然较高，但其强度设计值也高，因此可以减少材料用量。决定混凝土经济性是其强度价格比，即每元钱可以购买到的单位体积（,m,3,）强度设计值（,MPa,）。以,1998,年北京建筑市场商品混凝土的价格为例，不同强度等级混凝土的强度价格比列于表,1,。,混凝土强度等级（,Mpa,）,C20,C25,C30,C40,C50,强度价格比（,m,3,Mpa/,元）,0.0356,0.0397,0.0440,0.0546,0.0608,表,1,混凝土强度价格比,由表,1,可以看出，随着混凝土强度等级的提高，强度价格比迅速增长，上下相差达,1.7,倍。因此，在结构中采用强度等级较高的混凝土，特别是对墩、柱等受压为主的构件及预应力混凝土构件具有显著的经济效益。,此外，适当地提高混凝土的强度等级是提高混凝土结构耐久性的需要。在耐久性设计中，对混凝土强度等级的要求是由于其与混凝土的密实性有关，强度等级高的混凝土其密实性好，耐久性好。,从混凝土结构耐久性要求，,规定，最低混凝土强度等级为：,I,类环境（非寒冷或寒冷地区的大气环境；与无侵蚀性的水或土接触的环境）为,C25,；,类环境（严寒地区的大气环境与无侵蚀性的水或土接触的环境；使用除冰盐环境；滨海环境）为,C30,；,类环境（海水环境）,C35,；,类环境（受人为或自然侵蚀性物质影响的环境）,C35,。,新颁布的中国土木工程学会标准，,按不同的环境作用等级和设计使用年限级别，规定最低混凝土强度等级应符合表2的要求。,环境作用等级,设计使用年限等级,一,100,年,二,50,年,三,30,年,对配筋结构的侵蚀程度,A,可忽略,C30,C25,C25,B,轻度,C35,C30,C30,C,中度,C40,C35,C35,D,严重,C40,C40,C40,E,非常严重,C45,C40,C40,F,极端严重,C50,C45,C40,表2,桥梁结构处于露天环境，非寒冷地区环境作用等级一般取,B,级；寒冷及严寒地区一般取,B,级或,C,级；除冰盐冻融环境取,D,级或,E,级；近海或海洋环境一般取,D,、,E,或,F,级。,笔者建议：改变传统的设计习惯，适当提高设计时选取用的混凝土强度等级：对钢筋混凝土受弯构件采用,C30C35；,钢筋混凝土受压构件采用,C30C40；,预应力混凝土构件采用,C40C60。,采用,C50,以上高强混凝土应参照,CECS104：1999,执行。,长期以来，我国钢筋混凝土结构的主导钢筋是强度为,335Mpa,的,级钢筋，强度为,235Mpa,的,I,级钢筋大量用作辅助配筋，比国外低了一个强度等级。低强度带来的配筋率增加，不仅经济效益降低，还造成配筋密集难以设计、施工困难；加之运输、加工、现场绑扎等工作量的增加，已成为混凝土结构应用中的一个不利因素。预应力混凝土结构，特别中小型的房建预制构件，大量采用冷加工（冷拉、冷拔、冷轧）钢筋。这类钢筋利用低碳钢的冷加工强化，以大幅度牺牲延性为代价获得强度的提高，是我国处于短型经济条件下，由于物资匮乏搞“瓜菜代”的产物。冷加工钢筋用作预应力配筋，由于钢筋的延性差，易于发脆性破坏。,新修订的,建混规,GB50010,基于混凝土结构对钢筋性能的要求，分析了我国钢筋应用中的问题，参考了国际上用钢的趋势，以及我国冶金工业所能提供的产品，,二、中、高强钢筋的应用,提出选用钢筋的原则是：,钢筋混凝土结构以,HRB400,热轧带肋钢筋（新,级钢筋）为主导钢筋，以,HRB335,热轧带肋钢筋（原,级钢筋）为辅助钢筋；,预应力混凝土结构以高强、低松弛钢丝，钢绞线为主导钢筋。,各种形式的冷加工钢筋应整顿市场、加强管理，保证质量，提高性能，通过市场竞争优化或淘汰。新修订的规范不再列入，但并不等于禁止使用。,20,世纪,90,年代以来，我国冶金部门引进国外的技术和设备，开始按国际标准的要求生产新型钢筋，同时为满足建筑市场的需求，调整了产品结构。,首先，利用我国的钒（,V,）资源优势，对热轧钢筋微合金化而生产出质高价低的,HRB400,热轧钢筋（新,级钢 筋），其强度较,HRB335,钢筋（原,级钢筋）提高了,20%,，且具有较高的延性和锚固性能及可焊性，品种规格也比较齐全，其强度价格比为,HRB335,钢筋（原,级钢）的,1.12,倍。使用,HRB400,钢筋可以降低配筋率，减少施工工作量，应大力推广。,其次，用于预应力混凝土结构的中、高强度低松弛钢丝、钢绞线也增加了许多新品种；性能优良的螺旋肋钢丝逐渐取代刻痕钢丝；二股、三股钢绞线使高效预应力构件小型化成为可能，强度等级也基本齐全，最高可达,1860Mpa,，甚至更高。目前我国中、高强钢丝、钢绞线的生产能力已超过,100,万吨，完全有条件实现向高效预应力结构构件转化。,但是，所有这些质优价低的新钢筋品种推广速度太迟缓。特别是,HRB400,钢筋（新,级钢），早在,20,世纪,80,年代已完成了产品研制及应用研究，,20,世纪,90,年代已经鉴定，但至今仍未能普遍推广，在桥梁结构中很少有人采用。究其原因,除了设计人员受传统设计习惯的影响外，还与陈旧设计规范和所谓“标准图”设计的约束有直接的关系。在向市场经济转轨，特别是我国加入,WTO,以后，设计管理体制如何适应技术进步是值得我们深思的问题。,新修订的,虽然没有明确提出钢筋混凝土结构以,HRB400,为主导钢筋的设计思想，但已将其作为钢筋混凝土结构主要用钢之一列入规范。我们相信，随着科研和工程实践的进展，,HRB400,钢筋在桥梁工程中的应用，必然会有更大的发展。,