國(guó)內(nèi)外高強(qiáng)鋼筋的研發(fā)與應(yīng)用概況-山東工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)造價(jià)信息網(wǎng)

國(guó)內(nèi)外高強(qiáng)鋼筋的研發(fā)與應(yīng)用概況一、國(guó)外高強(qiáng)鋼筋應(yīng)用情況 目前，國(guó)外混凝土結(jié)構(gòu)所采用的鋼筋等級(jí)基本上以300MPa級(jí)、400MPa級(jí)、500MPa級(jí)三個(gè)等級(jí)為主，工程中普遍采用400MPa級(jí)及以上高強(qiáng)鋼筋，其用量一般達(dá)70%80%，其中以400MPa級(jí)的應(yīng)用為主。 對(duì)于國(guó)土面積比較小且非地震區(qū)的發(fā)達(dá)國(guó)家（如英國(guó)、德國(guó)）直接采用了一個(gè)品種的500MPa級(jí)鋼筋。其主要原因是對(duì)鋼筋不需要有抗震性能的要求，同時(shí)這些國(guó)家的總體建設(shè)量也不大。鋼筋牌號(hào)種類少也方便了鋼筋的生產(chǎn)加工、市場(chǎng)供應(yīng)、工程設(shè)計(jì)與施工應(yīng)用等環(huán)節(jié)。 澳大利亞采用250MPa級(jí)、500MPa級(jí)兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，新西蘭則采用300MPa級(jí)、500MPa級(jí)鋼筋。 歐洲的鋼筋應(yīng)用強(qiáng)度等級(jí)較高，歐盟規(guī)范EN1992鋼筋強(qiáng)度規(guī)定為400600MPa級(jí)，其主要原因是歐洲絕大部分地區(qū)屬非地震區(qū)（只有南歐的意大利、西班牙等有抗震要求），對(duì)鋼筋延性要求不高。而追求高強(qiáng)度，歐洲絕大部分地區(qū)采用余熱處理的高強(qiáng)鋼筋。為適應(yīng)南歐地震區(qū)建筑抗震的要求，歐盟規(guī)范對(duì)鋼筋也特別提出了延性指標(biāo)，分為A、B、C三個(gè)等級(jí)，其中C級(jí)延性有極限應(yīng)變大于等于7.5%的要求（這個(gè)極限應(yīng)變性能與我國(guó)普通熱軋帶肋鋼筋的均勻伸長(zhǎng)率一致，但小于我國(guó)帶E有抗震性能要求的鋼筋）。歐盟規(guī)范中的S450高強(qiáng)鋼筋（延性等級(jí)C），主要用于南歐地震區(qū)抗震構(gòu)件的配筋。 日本鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋規(guī)范（JIS G3112）與我國(guó)目前鋼筋標(biāo)準(zhǔn)比較一致，鋼筋分為熱軋光圓鋼筋與熱軋帶肋鋼筋，對(duì)于光圓鋼筋有SR235（屈服強(qiáng)度235MPa以上）、SR295（屈服強(qiáng)度295MPa以上）；對(duì)于熱軋帶肋鋼筋有SD295（屈服強(qiáng)度295MPa）、SD345（屈服強(qiáng)度345MPa）、SD390（屈服強(qiáng)度390MPa）、SD490（屈服強(qiáng)度490MPa）。日本是一個(gè)地震多發(fā)國(guó)家，早期的高層建筑大多采用鋼結(jié)構(gòu)或型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，從20世紀(jì)80年代末開(kāi)始，為推廣混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用，從19881993年啟動(dòng)了“新鋼筋混凝土（NewRC）”項(xiàng)目的應(yīng)用研發(fā)工作。該項(xiàng)研發(fā)工作中用于柱縱向配筋的鋼筋的強(qiáng)度等級(jí)為USD685（屈服強(qiáng)度為685MPa，但至今未列入JIS G3112標(biāo)準(zhǔn)），但所有研究工作沒(méi)有涉及混凝土受彎構(gòu)件在使用極限狀態(tài)的裂縫、剛度等性能研究。研究成果應(yīng)用于相關(guān)試點(diǎn)工程，這些試點(diǎn)工程中應(yīng)用SD390鋼筋占10.7%，SD490高強(qiáng)鋼筋的占60.7%，USD685高強(qiáng)鋼筋的比例為28.6%。USD685高強(qiáng)鋼筋主要應(yīng)用于高層建筑的柱，加強(qiáng)了箍筋的約束作用，并都采用強(qiáng)度為60MPa的高強(qiáng)混凝土。 美國(guó)鋼筋混凝土房屋建筑規(guī)范（ACI 318）對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋主要依據(jù)ASTM（American Society for Testing and Materials，美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)。ASTM A706為混凝土配筋用低合金帶肋鋼筋，其強(qiáng)度等級(jí)為60級(jí)（屈服強(qiáng)度60000psi，420MPa），鋼筋的均勻伸長(zhǎng)率按不同直徑分別為10%14%；ASTM A615為鋼筋混凝土配筋用碳鋼帶肋鋼筋與光圓鋼筋標(biāo)準(zhǔn)，鋼筋的強(qiáng)度等級(jí)分別為40級(jí)（屈服強(qiáng)度40000psi，280MPa）、60級(jí)（屈服強(qiáng)度60000psi，420MPa）、75級(jí)（屈服強(qiáng)度75000psi，520MPa），40級(jí)鋼筋作為結(jié)構(gòu)的輔助配筋。對(duì)光圓鋼筋，美國(guó)鋼筋混凝土房屋建筑規(guī)范規(guī)定僅用于螺旋箍筋，大量箍筋與構(gòu)造配筋要求采用帶肋鋼筋，這主要是考慮到帶肋鋼筋有較好的錨固性能，以控制裂縫與改善結(jié)構(gòu)性能。美國(guó)西海岸加利福尼亞州為強(qiáng)地震區(qū)，為保證混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能，美國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范（ACI 318）對(duì)地震區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋提出了強(qiáng)度等級(jí)與性能要求。用于有抗震性能要求的框架與剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，鋼筋的強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)采用ASTM A706標(biāo)準(zhǔn)中的低合金鋼（該標(biāo)準(zhǔn)僅為一種60級(jí)低合金鋼）或采用ASTM A615中碳鋼的40級(jí)與60級(jí)鋼筋，同時(shí)必須滿足實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度不高于標(biāo)準(zhǔn)屈服強(qiáng)度18000psi（屈服強(qiáng)度124MPa）、實(shí)測(cè)抗拉強(qiáng)度與實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度之比（強(qiáng)屈比）不小于1.25的要求。這主要是從結(jié)構(gòu)的延性考慮，60級(jí)鋼筋（屈服強(qiáng)度420MPa）比75級(jí)鋼筋（屈服強(qiáng)度520MPa）有更好的延性，保證在梁端可以形成塑性鉸，并能更好地消耗與吸收地震能量，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震性能要求。 俄羅斯規(guī)范C 52-101-2003中鋼筋最高強(qiáng)度等級(jí)為600MPa，但保留了300MPa級(jí)鋼筋。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家在高強(qiáng)鋼筋方面的研發(fā)與應(yīng)用，除非地震區(qū)的歐洲從400MPa級(jí)起步外，其余國(guó)家均保留了300MPa級(jí)這一等級(jí)，并形成300MPa級(jí)、400MPa級(jí)、500MPa級(jí)完整的系列，主力配筋為400MPa級(jí)及500MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋，輔助配筋為300MPa級(jí)鋼筋。在抗震地區(qū)，有對(duì)鋼筋的強(qiáng)度與延性要求，并按延性分級(jí)確定用途。有抗震性能要求構(gòu)件的配筋，其強(qiáng)度等級(jí)均低于500MPa。只有非地震區(qū)歐盟與俄羅斯才采用600MPa級(jí)鋼筋。二、我國(guó)高強(qiáng)鋼筋應(yīng)用研發(fā)與推廣情況 我國(guó)從第六個(gè)五年計(jì)劃期間，冶金系統(tǒng)就通過(guò)微合金化及淬水余熱處理兩條途徑開(kāi)發(fā)了410MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋。從1987年開(kāi)始，建筑行業(yè)開(kāi)始410MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋應(yīng)用技術(shù)的試驗(yàn)研究，主要解決該強(qiáng)度等級(jí)鋼筋的粘結(jié)錨固性能與鋼筋的連接技術(shù)（搭接、焊接、機(jī)械連接），進(jìn)行了配置410MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋的受彎、壓彎構(gòu)件性能試驗(yàn)（承載力、裂縫寬度、剛度）。 1991年冶金部公布冶金標(biāo)準(zhǔn)410兆帕級(jí)可焊熱軋鋼筋應(yīng)用技術(shù)規(guī)程YB145，并開(kāi)始了在北京燕莎中心（中國(guó)與德國(guó)聯(lián)合設(shè)計(jì)）的試點(diǎn)應(yīng)用，但隨后未能進(jìn)一步推廣應(yīng)用。 為在建筑行業(yè)啟動(dòng)推廣高強(qiáng)鋼筋，在上述試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，1996年完成了混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50010的局部修訂，列入了微合金化與余熱處理的400MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋（屈服強(qiáng)度400MPa，當(dāng)時(shí)稱為新級(jí)鋼），以替代原級(jí)鋼（25MnSi，屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值370MPa）。原建設(shè)部于1997頒布了中國(guó)建筑技術(shù)政策（1996-2010），明確要求推廣應(yīng)用400MPa級(jí)新級(jí)鋼筋，隨后在相關(guān)的工程項(xiàng)目中積極進(jìn)行試應(yīng)用，這是我國(guó)高強(qiáng)鋼筋在建筑結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用的起步。但當(dāng)時(shí)由于該鋼筋產(chǎn)量低、市場(chǎng)供應(yīng)不足，同時(shí)高強(qiáng)鋼筋的配套技術(shù)不完善，故400MPa級(jí)（新級(jí)鋼筋）高強(qiáng)鋼筋推廣應(yīng)用速度不快。 20世紀(jì)90年代后期，我國(guó)鋼筋機(jī)械連接技術(shù)迅速發(fā)展，從早期的套筒冷擠壓、錐螺紋連接技術(shù)迅速發(fā)展到等強(qiáng)的直螺紋連接技術(shù)，包括鐓粗直螺紋、剝肋滾軋直螺紋、滾軋直螺紋。1997年我國(guó)頒布了鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程JGJ 107，這些直螺紋機(jī)械連接技術(shù)的進(jìn)步，使鋼筋連接端的螺紋加工設(shè)備更加成熟，性能更為可靠，成本也大幅度下降，除了絕大部分用于HRB335鋼筋連接以外，也開(kāi)始應(yīng)用于400MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋的連接。與此同時(shí)，鋼筋的焊接技術(shù)也得到了發(fā)展，頒布了鋼筋焊接技術(shù)規(guī)程JGJ 18，用于解決 400MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋焊接連接問(wèn)題。 隨著冶金行業(yè)HRB400鋼筋生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋GB1499-1998正式頒布，明確規(guī)定采用HRB335、HRB400、HRB500三個(gè)熱軋帶肋鋼筋牌號(hào)，替代了以前的級(jí)鋼、級(jí)鋼稱呼，并新增了HRB500高強(qiáng)鋼筋這一新品種，使我國(guó)的熱軋鋼筋品種更加完善。 隨著我國(guó)建設(shè)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，業(yè)內(nèi)也對(duì)于推廣應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋的迫切性、重要性取得了一致認(rèn)識(shí)，即在保證與提高結(jié)構(gòu)安全性能的同時(shí)，通過(guò)應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋可以減少單位面積鋼筋用量，達(dá)到節(jié)約用材的目的。2002年頒布的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50010- 2002，倡導(dǎo)將400MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋作為混凝土結(jié)構(gòu)的主力鋼筋，并提供設(shè)計(jì)程序及配套技術(shù)，這對(duì)隨后HRB400鋼筋的推廣應(yīng)用起到了較好的技術(shù)保障與促進(jìn)作用。 2002版混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范頒布實(shí)施后，推廣應(yīng)用HRB400鋼筋還是經(jīng)歷了一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)程。主要原因是全國(guó)發(fā)展的不平衡，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，如北京、上海、河北、山東、江蘇、浙江等地區(qū)，高強(qiáng)鋼筋的推廣應(yīng)用較好；而一些經(jīng)濟(jì)尚不發(fā)達(dá)地區(qū)，由于受 HRB400鋼筋的產(chǎn)品供應(yīng)約束，無(wú)法采購(gòu)到規(guī)格齊全的HRB400鋼筋，而造成設(shè)計(jì)返工重新改回到HRB335的現(xiàn)象，影響了HRB400鋼筋的推廣應(yīng)用。此外，受到鋼筋連接技術(shù)與設(shè)計(jì)習(xí)慣等影響，混凝土結(jié)構(gòu)的主要配筋仍采用HRB335鋼筋。到2007年底全國(guó)高強(qiáng)鋼筋的應(yīng)用比例仍不超過(guò)20%。 從2005年開(kāi)始，原建設(shè)部首次提出了“四節(jié)一環(huán)?！保ü?jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材，保護(hù)環(huán)境和減少污染）要求，并將積極推廣高強(qiáng)鋼筋作為“四節(jié)一環(huán)?！迸c落實(shí)國(guó)家節(jié)能減排政策的一項(xiàng)主要內(nèi)容。為積極貫徹節(jié)能減排政策，進(jìn)一步推動(dòng)高強(qiáng)鋼筋應(yīng)用，在住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額司的直接領(lǐng)導(dǎo)下，由中國(guó)建筑科學(xué)研究院于2006年啟動(dòng)了混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50010的修訂工作，并將高強(qiáng)鋼筋的應(yīng)用（特別是新增500MPa級(jí)鋼筋）列為修訂的主要內(nèi)容。結(jié)合規(guī)范的修訂工作，相關(guān)單位全面開(kāi)展了500MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋應(yīng)用技術(shù)的試驗(yàn)研究工作，包括：著重研究采用500MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋時(shí)必須解決的受彎構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下的裂縫計(jì)算寬度問(wèn)題；進(jìn)行配置500MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋的受彎與壓彎構(gòu)件在承載能力極限狀態(tài)下的承載能力試驗(yàn)研究，并進(jìn)行了相應(yīng)的構(gòu)件抗震性能研究；研究高強(qiáng)鋼筋的機(jī)械連接技術(shù)、錨固（機(jī)械錨固）技術(shù)；研究500MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋施工技術(shù)。同時(shí)與相關(guān)鋼鐵企業(yè)、設(shè)計(jì)與施工單位聯(lián)合，在部分省市開(kāi)展了500MPa級(jí)鋼筋的試設(shè)計(jì)與工程試點(diǎn)應(yīng)用，為將500MPa級(jí)鋼筋納入新規(guī)范奠定了基礎(chǔ)。 在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50010-2010中進(jìn)一步明確了“以400MPa級(jí)鋼筋作為主力鋼筋，并積極推廣500MPa級(jí)鋼筋，用HPB300鋼筋取代HPB235鋼筋，逐步限制、淘汰 335MPa級(jí)鋼筋”的原則。另外，對(duì)不同牌號(hào)的鋼筋按性能的不同，如HRB（微合金化）、HRBF（細(xì)晶?；?、RRB（余熱處理）在應(yīng)用方面提出了要求，使各類鋼筋各得其用。為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能，完善了抗震鋼筋（標(biāo)注帶“E”）的性能要求。相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件已按照新規(guī)范要求完成版本的升級(jí)，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度，應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋已無(wú)任何技術(shù)困難。 與此同時(shí)，配合高強(qiáng)鋼筋的應(yīng)用，按鋼筋強(qiáng)度的提高和性能變化要求，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范GB 50666、混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB 50204、鋼筋焊接技術(shù)規(guī)程JGJ 18、鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程JGJ 107等標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范陸續(xù)完成修訂并頒布實(shí)施。對(duì)于鋼筋連接技術(shù)，在新修訂的鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程JGJ 107-2010中鋼筋的牌號(hào)已包括500MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋。但對(duì)于500MPa級(jí)鋼筋采用鋼筋機(jī)械連接尚無(wú)很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，還需加強(qiáng)研發(fā)與工程實(shí)踐。 為擴(kuò)大HRB400鋼筋的應(yīng)用，并提前推廣應(yīng)用HRB500鋼筋，由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額司主持、中國(guó)建筑科學(xué)研究院負(fù)責(zé)完成了熱軋帶肋高強(qiáng)鋼筋在混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用技術(shù)導(dǎo)則RISN-TG007-2009的編制，并于2009年開(kāi)始實(shí)施，為提前推廣應(yīng)用 500MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋創(chuàng)造了有利條件。 2009年在住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技司的組織與部標(biāo)準(zhǔn)定額司的支持下，中國(guó)建筑科學(xué)研究院承擔(dān)了國(guó)家“十一五”科技計(jì)劃支撐項(xiàng)目“高強(qiáng)鋼筋與高強(qiáng)高性能混凝土應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究”，通過(guò)這一項(xiàng)目的系統(tǒng)研究工作，將為我國(guó)的高強(qiáng)鋼筋應(yīng)用起到更好的促進(jìn)作用。 通過(guò)以上對(duì)高強(qiáng)鋼筋的研發(fā)與推廣工作，至2011年底，經(jīng)測(cè)算全國(guó)建工行業(yè)應(yīng)用400MPa級(jí)以上高強(qiáng)鋼筋已占到建筑用鋼筋總量的35%，高強(qiáng)鋼筋推廣應(yīng)用工作已取得了初步的成效?；炷两Y(jié)構(gòu)用鋼筋技術(shù)的進(jìn)步，也對(duì)鋼筋產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的修訂提出了新的要求，建筑工程應(yīng)用中迫切