HRB400級熱軋帶肋鋼筋在高速公路工程中的應用

□文/沈 鑫

HRB400級熱軋帶肋鋼筋在高速公路工程中的應用

□文/沈 鑫

文章以天津某高速公路為例，分別按照滿足最小配筋率和滿足強度的控制原則，對橋梁各典型構件進行配筋計算。研究HRB400級鋼筋在橋梁施工過程中代替HRB335級鋼筋的規律，對HRB400級鋼筋的應用提出幾點建議。

HRB400級；鋼筋；配筋率；強度；橋梁

HRB400級熱軋帶肋鋼筋利用微合金化的技術，改善材料金相結構，以提升鋼筋性能。HRB400級熱軋帶肋鋼筋具有延性好、強度高、碳含量低、工藝性能良好等優點，但在橋梁結構中，HRB400級熱軋帶肋鋼筋的實際應用經驗較少，同時缺乏規范依據。

本文以天津某高速公路為實例，研究HRB400級鋼筋在橋梁施工過程中代替HRB335級鋼筋的規律。

1 工程概況

天津某高速公路全長37.6 km，設計車速為100 km/h，路基寬度為36.0 m，設置雙向6車道。工程全線共設置特大橋2座，橋梁總長度2 584.7 m；大橋3座，橋梁總長度780.0 m；中橋3座，橋梁總長度160.0 m。

全線大橋上部結構原則上采用25～35 m先簡支后連續小箱梁結構；中橋、小橋上部結構采用13～16 m跨徑先張預應力空心板梁結構和20 m先簡支后連續小箱梁結構。沿線橋梁下部結構一般采用樁柱式排架墩布置形式，在特殊節點考慮承臺接墩柱形式，推薦采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑分別采用1.2、1.5、1.8 m。

該工程前期鋼筋材料采用R235級鋼筋和HRB335級鋼筋。當項目進入施工中期階段，市面R235級鋼筋和HRB335級鋼筋短缺，為響應天津市建交委推廣HRB400級熱軋帶肋鋼筋的號召并保證工程順利實施，采用HRB400級熱軋帶肋鋼筋代替HRB335級鋼筋，HPB300級鋼筋代替R235級鋼筋。

2 橋梁構件配筋計算

橋梁結構構件配筋原則可分3種：

1）按構造需要配筋，鋼筋數量與鋼筋強度無關；

2）按裂縫寬度控制配筋，鋼筋數量與鋼筋強度無關；

3）按強度控制配筋，鋼筋數量與鋼筋強度有關。

橋梁結構中的R235級鋼筋均為構造鋼筋，鋼筋配置與強度無關，直接用HPB300級鋼筋替換。

2.1 鉆孔灌注樁配筋計算

樁為偏心受壓構件，縱向鋼筋為受力鋼筋，螺旋筋為構造鋼筋。樁基配筋需同時滿足樁身強度和最小配筋率的要求。樁基的計算配筋率大部分＜0.5%，計算結果均為最小配筋率。實際配筋采用0.8%和0.6%兩種配筋率。樁的配筋以配筋率控制。樁基實際配筋率見表1。

表1 高速樁基配筋率

2.2 承臺配筋計算

承臺的配筋計算需滿足強度和最小配筋率的要求。選取典型承臺進行計算。

1）以滿足強度為控制條件進行配筋。24#墩承臺采用HRB335級鋼筋，主筋直徑28 mm，間距10 cm。計算結果見表2。

表2 承臺配筋率

按等強度原則替換為HRB400后，主筋直徑不變，間距調整為11.8 cm。計算結果見表3。

表3 替換后的承臺配筋率

由表2和表3可知，承臺配筋計算以滿足強度為控制條件時，采用HRB400級鋼筋代替HRB335級鋼筋，主筋可節省鋼筋1.66 t。

2）以滿足最小配筋率為控制條件進行配筋。承臺的配筋以滿足最小配筋率為控制條件時，承臺配筋率與鋼筋的強度無關，因此可以直接使用HRB400級鋼筋替換HRB335級鋼筋。

2.3 系梁配筋計算

根據JTGD63—2007《公路橋涵地基與基礎設計規范》第5.2.5條，系梁的配筋以滿足最小配筋率為控制條件，系梁配筋率與鋼筋的強度無關，因此可以直接使用HRB400級鋼筋替換HRB335級鋼筋。

2.4 蓋梁配筋計算

蓋梁為普通鋼筋混凝土構件，配筋計算包含承載能力極限狀態的正截面抗彎強度計算、斜截面抗剪強度計算，正常使用極限狀態的裂縫寬度計算。

1）正截面抗彎強度計算。JTGD 62—2004《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》第5.2.2條：矩形截面或翼緣位于受拉邊的T形截面受彎構件，其正截面抗彎承載力計算應符合

式中：γ0——橋梁結構的重要性系數；

Md——彎矩組合設計值；

fcd——混凝土軸心抗壓強度設計值；

b——矩形界面寬度或T形截面腹板寬度；

x——混凝土受壓區高度；

h0——截面有效高度；

fsd＇——縱向普通鋼筋的抗壓強度設計值；

As＇——受壓區縱向普通鋼筋的截面面積；

as＇——受壓區普通鋼筋合力點至受壓區邊緣的距離；

fpd＇——縱向預應力鋼筋的抗壓強度設計值；

σp0＇——受壓區預應力鋼筋合力點處混凝土法向應力等于0時預應力鋼筋的應力；

Ap＇——受壓區縱向預應力鋼筋的截面面積；

ap＇——受壓區預應力鋼筋合力點至受壓區邊緣的距離。

由式（1）可知，正截面抗彎強度計算以滿足強度為控制條件。因此可以使用HRB400級鋼筋按等強度原則替換HRB335級鋼筋。

2）斜截面抗剪強度計算。JTGD 62—2004第5.2.7條，矩形、T形和I形截面的受彎構件，當配置箍筋和彎起鋼筋時，其斜截面抗剪承載力計算應符合

式中：Vcs——斜截面內混凝土和箍筋共同的抗剪承載力設計值；

Vsb——與斜截面相交的普通彎起鋼筋抗剪承載力設計值；

Vpd——與斜截面相交的預應力彎起鋼筋抗剪承載力設計值；

a1——異號彎矩影響系數；

a2——預應力提高系數；

a3——受壓翼緣的影響系數；

b——斜截面受壓端正截面處矩形截面寬度或T和I形截面腹板寬度；

h0——斜截面受壓端正截面的有效高度，自縱向向受拉鋼筋合力點至受壓邊緣的距離；

P——斜截面內縱向受拉鋼筋的配筋率；

fcu，k——混凝土強度等級；

ρsv——斜截面內箍筋配筋率；

fsv——箍筋抗拉強度設計值；

fsd——縱向普通鋼筋的抗拉強度設計值；

Asd——斜截面內在同一彎起平面的普通彎起鋼筋的截面面積；

θs——普通彎起鋼筋的切線與水平線的夾角；

fpd——縱向預應力鋼筋的抗拉強度設計值；

Apbd——斜截面內在同一彎起平面的預應力彎起鋼筋的截面面積；

θp——預應力彎起鋼筋的切線與水平線的夾角。

Vd——斜截面受壓端上由作用（或荷載）效應所產生的最大剪力組合設計值；

由式（2）-式（5）可知，斜截面抗剪強度計算以滿足強度為控制條件。因此，可以使用HRB400級鋼筋按等強度原則替換HRB335級鋼筋。

3）抗裂性計算。JTGD62—2004第6.4.3條、矩形、T形和I形截面鋼筋混凝土構件及B類預應力混凝土受彎構件，其最大裂縫寬度Wfk可按式（6）和式（7）計算

式中：C1——鋼筋表面形狀系數；

C2——長期效應影響系數；

C3——與構件受力性質有關的系數；

σss——鋼筋應力；

Es——普通鋼筋的彈性模量；

d——縱向受拉鋼筋直徑；

ρ——縱向受拉鋼筋配筋率；

As——受拉區普通鋼筋的截面面積；

Ap——受拉區預應力通鋼筋的截面面積；

bf——構件受拉翼緣寬度；

hf——構件受拉翼緣厚度。

由式（6）和式（7）可知，裂縫寬度只與鋼筋的面積和直徑有關，與鋼筋的強度無關。因此結構的縱向受力主筋若以滿足最小裂縫寬度為控制條件，可直接使用HRB400級鋼筋替換HRB335級鋼筋。

2.5 普通鋼筋混凝土箱梁配筋計算

普通鋼筋混凝土箱梁配筋計算內容和蓋梁相同。對于普通鋼筋混凝土箱梁，以最小裂縫寬度控制受力主筋。因此普通鋼筋配筋率和強度無關。抗剪鋼筋可按照等強度原則進行替換。

2.6 預應力混凝土箱梁配筋計算

預應力混凝土箱梁的計算主要包括承載能力極限狀態的強度計算，正常使用極限狀態下的應力驗算。預應力混凝土箱梁中的HRB335級鋼筋，除提供抗剪強度的箍筋外，均為構造配筋。構造鋼筋可以直接使用HRB400級鋼筋代替HRB335級鋼筋。抗剪箍筋可按照等強度原則進行替換，降低箍筋的配筋率。

3 結果分析

根據橋梁結構各種典型構件的配筋計算結果，使用HRB400級鋼筋代替HRB335級鋼筋的規律。

1）橋梁樁基、承臺等典型構件進行配筋時，如果以滿足強度為控制條件，可使用HRB400級鋼筋按照等強度原則代替HRB335級鋼筋，降低鋼筋的配筋率；如果以滿足最小配筋率為控制條件，配筋率與鋼筋強度無關，直接使用HRB400級鋼筋替換HRB335級鋼筋。

2）橋梁系梁等典型構件進行配筋時，以滿足最小配筋率為控制條件，配筋率與鋼筋強度無關，直接使用HRB400級鋼筋替換HRB335級鋼筋。

3）蓋梁、普通鋼筋混凝土箱梁進行配筋時，縱向受力主筋以滿足最小裂縫寬度為控制條件進行配筋，直接使用HRB400級鋼筋替換HRB335級鋼筋；箍筋以滿足強度為控制條件，可使用HRB400級鋼筋按照等強度原則代替HRB335級鋼筋，降低鋼筋的配筋率。

4）預應力混凝土箱梁進行配筋計算時，HRB335級鋼筋為構造配筋，可直接使用HRB400級鋼筋代替；其抗剪箍筋以滿足強度為控制條件，可使用HRB400級鋼筋按照等強度原則代替HRB335級鋼筋，降低鋼筋的配筋率。

4 經濟性研究

隨著鈮微合金化生產技術的應用，HRB400鋼筋的生產成本已經大大降低，具備了市場競爭力。按照2016年10月份的鋼筋市場價格，HRB400熱軋帶肋鋼筋價格為2 620元/t，HRB335熱軋帶肋鋼筋價格為2 600元/t；鋼筋的增加成本為20元/t，在使用成本上基本保持持平，未有明顯的成本波動。

1）按滿足最小配筋率為控制條件，直接使用HRB400級鋼筋替換HRB335級鋼筋，則增加成本比為0.7%。

2）按照鋼筋等強度原則進行替換，則主筋可節省成本比率為16.25%，算上增加成本比0.7%，最終節省成本比率為15.66%。

由此可見，HRB400級鋼筋的應用，經濟效益有明顯的提高。

5 結論

1）橋梁結構中的R235級鋼筋均為構造鋼筋，鋼筋配置與強度無關，直接用HPB300鋼筋替換。

2）橋梁結構中的HRB335級鋼筋若為構造鋼筋、裂縫控制配筋、以最小配筋率控制配筋的受力鋼筋，可直接使用HRB400級鋼筋替換。

3）對于強度控制的配筋，采用等強度原則進行替換。

4）對于鋼筋的替換，應考慮管理和時間成本。

[1]JTGD 62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[2]范立礎.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2002.

U446

C

1008-3197（2016）06-54-03

10.3969/j.issn.1008-3197.2016.06.018

2016-11-28

沈 鑫/男，1984年出生，工程師，天津第三市政公路工程有限公司，從事市政公路工程施工管理工作。