房屋建筑混凝土结构中HRB500级钢筋应用研究

HRB500高强钢筋屈服强度高,在建筑工程中合理应用可减少钢筋使用量、节约工程物资和人力投入、显著改善梁柱节点钢筋密集的情况,还可有效促进钢铁行业的节能减排。通过对现行结构设计规范中涉及HRB500钢筋的规定进行梳理,对HRB500在建筑结构中应用的优势条件和制约因素进行分析;选取8栋多高层钢筋混凝土结构建筑实际案例,保持构件截面和混凝土强度等级不变,采用结构设计软件,将原设计中HRB400钢筋替换为HRB500钢筋进行重新设计,研究采用HRB500在建筑工程中应用中对材料用量、工程造价以及节能减排等方面影响,得到HRB500钢筋在不同结构形式,不同部位的适用性结论,可为工程中HRB500高强钢筋的设计提供参考。

正常使用状态下HRB500钢筋混凝土梁受弯性能试验

对8根HRB500高强钢筋混凝土梁以及2根普通钢筋混凝土梁受弯性能进行了对比试验,分析了试验梁的裂缝分布、短期最大裂缝宽度以及挠度的变化情况.结果表明:2种钢筋混凝土梁的受弯性能和挠曲模式基本相同;正常使用极限状态下的平均裂缝间距、跨中挠度实测值与按GB50010—2002《混凝土结构设计规范》中平均裂缝宽度与短期刚度公式得到的计算值相符得较好,而短期最大裂缝宽度计算值则普遍大于实测值.根据实测结果比较分析,建议从降低最大裂缝宽度保证率和调整计算钢筋应力2个方面,对配置该类钢筋的受弯构件裂缝宽度计算方法进行适当的修正.

HRB500级钢筋混凝土梁受弯性能分析

为了研究HRB500钢筋在混凝土梁中的受力性能,进行了7根HRB500钢筋混凝土梁的受弯性能试验,建立了HRB500级钢筋混凝土梁受弯的数值模型.模型以梁截面上的纵向力、截面力矩、钢筋微元力等平衡方程为基础,通过求解任意弯矩作用下任意截面上的平衡方程,确定整根梁的受力响应,得到挠度、曲率、应变等随荷载的变化情况,以及混凝土裂缝宽度的发展情况.模型考虑钢筋与混凝土之间的黏结滑移和裂缝的影响,以及裂缝之间受拉区混凝土的影响,计算结果与7根试验梁结果相比较,验证了模型的准确性.利用建立的数值模型分析了HRB500级钢筋混凝土梁内钢筋与混凝土的协同工作,研究了相邻2条裂缝之间相对滑移、黏结力、混凝土和钢筋应变等的变化情况.对多因素进行参数分析,分析表明:采用高强度的混凝土能够较好地利用HRB500钢筋的高强度;随着梁截面高度的增加,裂缝宽度值成为限制梁承载力发挥的制约条件;增加保护层厚度不利于梁承载力的发挥,但影响很小可忽略.

铌微合金化控冷工艺生产HRB500抗震钢筋强韧化机理

采用Nb微合金化和控冷工艺开发HRB500抗震钢筋,通过金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、X线衍射仪及拉力试验机对钢筋取样金相显微组织、析出相、力学性能及强韧化机理进行分析研究。研究结果表明：采用Nb微合金化和控轧控冷工艺生产HRB500抗震钢筋,最主要的强化机制为细晶强化,其对强度贡献超过40%;采用该工艺,钢筋铁素体晶粒度达11.0级以上,晶粒细化效果明显;铁素体基体、晶界及位错线上形成和分布着尺寸为10~20 nm的大量细小弥散的Nb（CN）析出相,起到了较好的沉淀强化及细化晶粒作用;晶粒细化使冲击转折温度下降150℃,使钢筋在获得较高强度的同时,仍具有较好的塑韧性。

配置HRB500钢筋的混凝土桥墩承载力与耗能性能

对4根配置HRB500钢筋的混凝土桥墩进行水平低周反复荷载下的抗震性能试验,分析其在低周往复荷载作用下的破坏特征、滞回曲线、承载力、位移及延性、耗能能力,研究了钢筋强度、轴压比、箍筋间距对桥墩抗震性能的影响规律。研究结果表明:轴压比的增加,使试件的承载能力提高了21.1%,但使试件的延性降低了44.6%。配箍率的增加,对试件承载能力影响不大,而钢筋强度的增加,使试件的承载能力提高了31.7%,而且使试件耗能能力增强了25.9%。

配置HRB500钢筋的混凝土桥墩滞回性能研究

对4根配置HRB500钢筋的混凝土桥墩抗震性能进行了拟静力试验的研究,对其在低周往复荷载作用下的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化进行分析,研究钢筋强度、箍筋间距、轴压比对桥墩抗震性能的影响规律.结果表明,增大钢筋强度对提高构件的承载能力和变形能力效果显著,配箍率对构件承载能力和变形能力的影响不大,轴压比的增大虽可以显著提高构件承载能力但却不能提高构件的变形能力.

HRB500钢筋混凝土梁静动态受弯承载力试验研究

为研究HRB500钢筋混凝土简支梁的受弯承载力,进行7组21根适筋梁的静、动态三分点弯曲加载试验,分别采用0.6%、1.0%两种配筋率,C40、C60两种强度等级的混凝土,3种加载速度,获得梁的截面应变分布曲线,以及开裂载荷、屈服载荷、极限载荷和延性比等参数。通过对比分析试验结果,认为在动态载荷作用下,平截面假定依然成立,梁的开裂载荷可提升1倍以上,屈服载荷和极限载荷有小幅提升。动态屈服载荷可采用静载时的计算方法进行计算,但需要将钢筋和混凝土的静态强度替换为动态强度。梁的延性比基本不受加载速度的影响,配筋率越高的梁延性比越低。

转炉铌钒复合微合金化HRB500E高强抗震钢筋开发

通过对转炉钢成分设计、炼钢工艺控制、轧钢工艺控制等方面进行研究,在广钢转炉成功开发了HRB500、HRB500E钢筋,为降低生产成本、普及HRB500钢筋的生产应用打下良好的基础。

考虑箍筋约束的HRB500级纵筋柱抗震性能试验研究

通过对各国规范中柱子箍筋加密区的构造对比,发现中国规范与国外规范在配箍特征值的取值上有较大差别。此外,在钢筋混凝土柱中采用更高强度的HRB500钢筋后,按照GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》设计的柱子其抗震性能是否能达到要求也需进行验证。通过对9根配置HRB500纵筋柱进行低周反复荷载试验,分析配箍率、配箍特征值、箍筋强度以及配箍形式等因素对柱的破坏状态、P-Δ滞回曲线、延性、刚度退化以及耗能能力的影响;对比分析条件基本相同情况下配置HRB500纵筋柱与配置HRB335纵筋柱受力性能的差异。研究结果表明,当柱端箍筋加密区的构造满足要求时,配置HRB500纵筋柱能够满足抗震结构对柱的变形能力以及位移延性的要求。

采用富氮钒微合金化生产大规格HRB500钢筋

采用扫描电镜、透射电镜、金相显微镜、闪光焊接及力学性能测试,对国内某厂采用富氮钒微合金化生产的Φ40 mm HRB500抗震钢筋微合金析出强化效果、力学性能、金相显微组织、夹杂物、焊接及时效性进行了试验研究。结果表明：采用增氮降钒工艺增加了细小弥散的钒析出相数量,析出相尺寸为10~30 nm,其中V（CN）析出物占总w（V）的79.35%,析出强化效果显著;钢中夹杂物尺寸小且数量少,A、B、D类夹杂小于1.0级,C类夹杂小于1.5级,有利于控制钢中微裂纹的萌生与扩展,改善钢筋塑韧性;钢筋强屈比（Rm实/ReL实）不小于1.27,均匀伸长率（Agt）不小于12%,抗震性能好;自然时效1个月后强度变化平缓,具有低应变时效性;焊接试样断口远离焊接接头、焊接性能良好;生产成本和钒氮微合金化工艺相比吨钢降低20元。

HRB500钢筋轻骨料混凝土叠合梁受弯性能试验研究

对3根不同配筋率下采用HRB500组合封闭箍筋和纵筋的钢筋轻骨料混凝土叠合梁和3根对比试件进行了受弯性能试验,对叠合梁的正截面受弯承载力、抗裂性、挠度以及裂缝开展情况进行了分析。结果表明:采用HRB500组合封闭箍筋和纵筋的钢筋轻骨料混凝土叠合梁的破坏形态、受弯性能与整浇对比梁相近,梁正截面的平截面假定仍然适用,正截面受弯承载力、开裂荷载及挠度仍可按照现行规程JGJ 12-2006中的计算公式计算。

应用HRB500级高强钢筋的不同结构体系钢筋用量分析

针对HRB500级高强钢筋在框架、框架-剪力墙结构、剪力墙及框筒结构中作为受力钢筋的经济效益进行了分析。应用PKPM和STAT软件分别对若干工程实例进行建模分析,采用HRB500级高强钢筋代替HRB400级钢筋,在保证安全的基础上,对不同强度等级钢筋的用量进行比较和分析。分析结果证明,将HRB500级高强钢筋用于纵向受力钢筋时,材料强度充分发挥,节材效果明显,钢筋用量的节约比例约为10.0%,为使用HRB500级高强钢筋的结构的经济性提供数据支持和技术依靠。

应用HRB500级高强钢筋的剪力墙与框筒结构体系安全性分析

针对HRB500级高强钢筋在剪力墙与框筒结构体系中作为受力钢筋的安全性进行了分析。采用HRB500级钢筋代替HRB400级钢筋,应用EPDA软件对两个工程实例进行建模和弹塑性时程分析。分析结果表明,对于使用HRB500级高强钢筋的结构,在满足轴压比、构造要求及常遇地震的变形要求等条件下,结构在罕遇地震作用下的最大层间位移角满足变形要求,达到"大震不倒"的第三水准抗震设防目标。分析结果可为使用高强钢筋的结构的安全性提供数据支持和技术依靠。

配置HRB500高强钢筋框架与框剪结构的抗震性能分析

对配置HRB500高强钢筋作为受力钢筋的框架与框剪结构体系的抗震性能进行了分析。应用EPDA软件对采用HRB500高强钢筋代替HRB400高强钢筋的若干工程实例进行建模和弹塑性时程分析。对于配置HRB500高强钢筋的结构,在满足轴压比、构造要求及常遇地震作用时的变形要求等条件下,结构在罕遇地震作用下的最大层间位移角均小于规范要求,满足罕遇地震作用下的变形要求,达到了"大震不倒"的第三水准抗震设防目标。分析结果可为使用HRB500高强钢筋的结构的安全性提供数据支持和技术依靠。

HRB500钢筋直螺纹机械连接失效研究与工艺优化

HRB400钢筋缩颈-滚压直螺纹机械连接工艺已在实际建筑工程中被广泛应用。国家大力推广的HRB500钢筋缩颈-滚压直螺纹机械连接的产品性能稳定性较差。通过计算机数值模拟的方法研究了HRB500钢筋在缩颈工序过程中的金属流动情况,从宏观表现和微观特征两个方面研究了HRB500钢筋直螺纹机械连接失效断口,明确了连接失效的原因。缩颈时钢筋横肋的金属流动速度不同,形成显微裂纹,造成应力集中,缩颈过程中塑性变形极其不均匀,降低了其拉伸塑性;提出了剥肋-缩颈-滚压直螺纹的钢筋机械连接优化工艺,给出了Ф32 mm以上钢筋剥肋后,为母材直径+2 mm的合理剥肋工艺参数。

HRB500钢筋中V的析出动力学研究

采用应力松弛法对模拟轧制变形后HRB500钢筋中钒的析出动力学进行研究。结果表明,在轧后恒温、恒应变的应力松弛曲线上分别出现了两个拐点,分别对应着钒的开始析出点和析出终了点。钒的析出动力学曲线(析出-温度-时间曲线或PTT曲线)呈明显的C形。随轧制变形量的增加,PTT曲线朝左下方移动。当轧制变形量大于0.2时,钒析出孕育期最短的温度为870℃左右,整个析出过程在3 s内完成。用透射电镜对析出相进行了观察。

高强钢筋高强混凝土连梁抗震试验及非线性有限元分析

对3个三层1/4缩尺比的高强钢筋高强混凝土双肢剪力墙进行了低周往复试验,并采用ABAQUS软件对其进行了非线性有限元弹塑性分析,得到了双连梁在弹塑性阶段的内力以及其变化规律。结果表明,有限元分析结果与试验结果吻合良好,表明高强钢筋高强混凝土双肢剪力墙具有一定的抗震性能;增加连梁跨高比可以避免连梁发生剪切破坏,进而增加连梁的延性;与单连梁相比,双连梁具有更好的延性和耗能能力。