淺談鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程中對鋼筋性能的要求

張亞斌

摘要：鋼筋是由碳素鋼和合金鋼加工制作的線材，一般將直徑d≥6mm的線材稱為鋼筋，而將直徑d<6mm的線材稱為鋼絲。有時(shí)根據(jù)碳含量和主要合金元素來對鋼筋材料命名，按照“平均碳含量萬分?jǐn)?shù)、主要合金元素符號(hào)、合金含量百分?jǐn)?shù)”的順序予以標(biāo)注。本文闡述了鋼筋的種類以及鋼筋的性能，分析了鋼筋混凝土工程對工程結(jié)構(gòu)的加固作用，并論述了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程中對鋼筋性能的要求。

關(guān)鍵詞：鋼筋；種類；性能；鋼筋混凝土；結(jié)構(gòu)工程；要求

一、鋼筋的種類以及鋼筋的性能分析

1.鋼筋的種類。鋼筋外形有光面（光圓）、螺旋紋（螺紋）、人字紋以及月牙形等形式。除光圓鋼筋外，其他形式的鋼筋統(tǒng)稱為變形鋼筋或帶肋鋼筋。螺紋鋼筋在工地上較常用，所以經(jīng)常將變形鋼筋簡稱為“螺紋鋼”。鋼筋根據(jù)使用上的不同，可分為普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋兩類。（1）普通鋼筋。用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的非預(yù)應(yīng)力鋼筋，稱為普通鋼筋。普通鋼筋由低碳鋼、低合金鋼熱軋而成，又稱熱軋鋼筋。（2）預(yù)應(yīng)力鋼筋。預(yù)應(yīng)力鋼筋有鋼絞線、鋼絲和熱處理鋼筋等種類。第一、鋼絞線鋼絞線是由多根高強(qiáng)度鋼絲扭結(jié)而成并經(jīng)消除應(yīng)力后的盤卷狀鋼絲束。常用的鋼絞線有3股、7股等，截面以公稱直徑（鋼絞線外接圓直徑）度量。鋼絞線具有截面集中、比較柔軟、盤彎后運(yùn)輸方便、與混凝土黏結(jié)性能良好等特點(diǎn)，可大大簡化現(xiàn)場成束工序，是一種較理想的預(yù)應(yīng)力鋼筋，廣泛應(yīng)用于后張法大型構(gòu)件。第二、消除應(yīng)力鋼絲由高碳鎮(zhèn)靜鋼光圓盤條鋼筋經(jīng)冷拔制成的鋼絲，經(jīng)回火處理以消除殘余應(yīng)力。其強(qiáng)度高，塑性好，但與混凝土的黏結(jié)力差，一般用作預(yù)應(yīng)力筋。根據(jù)表面不同，可分為光面鋼絲、螺旋肋鋼絲和刻痕鋼絲三種。預(yù)應(yīng)力鋼筋還采用低松弛鋼絲。與普通松弛鋼絲不同的是，鋼絲冷拔后在一定拉力條件下進(jìn)行回火處理，以消除殘余應(yīng)力。經(jīng)過這種工藝處理的鋼絲，彈性極限和屈服強(qiáng)度提高，應(yīng)力松弛率大大降低，故稱為低松弛鋼絲。在預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，低松弛鋼絲可使預(yù)應(yīng)力損失降低，提高了構(gòu)件的抗裂度，綜合經(jīng)濟(jì)效益較好，目前國際上已大量采用這種鋼絲。第三、熱處理鋼筋由40Si2Mn鋼、48Si2Mn鋼和45Si2Cr鋼等合金鋼熱軋而成的鋼筋，再進(jìn)行加溫、淬火和回火等調(diào)質(zhì)處理，得到的鋼筋稱為熱處理鋼筋。熱處理鋼筋的強(qiáng)度大幅度提高，且塑性降低不多。熱處理鋼筋的直徑有6mm、8.2mm、10mm等幾種，它們都以盤條形式供應(yīng)，無需焊接、冷拉，施工方便，因而作為預(yù)應(yīng)力鋼筋廣泛應(yīng)用。

2.鋼筋的性能分析。（1）材料伸長率。伸長率是材料塑性好壞的指標(biāo)，是決定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件是否安全可靠的主要因素之一，它是以拉斷試樣后的殘余變形量來定義的。伸長率愈大，標(biāo)志著鋼筋的塑性性能愈好。這樣的鋼筋不致突然發(fā)生危險(xiǎn)的脆性破壞，因?yàn)閿嗔亚颁摻钣邢喈?dāng)大的變形，所以它是有預(yù)兆的破壞，損失較小。強(qiáng)度和塑性這兩個(gè)方面對鋼筋都有要求。（2）冷彎性能。拉伸試驗(yàn)所得到的力學(xué)性能指標(biāo)是單一的指標(biāo)，而且還是靜力指標(biāo)；鋼筋的冷彎性能是綜合指標(biāo)。冷彎性能由冷彎試驗(yàn)確定，在材料試驗(yàn)機(jī)上按照規(guī)定的彎心直徑用沖頭加壓，將鋼筋彎曲180度后，再用放大鏡檢查鋼筋表面，如果無裂紋、分層等現(xiàn)象出現(xiàn)，則認(rèn)為鋼筋的冷彎性能合格。冷彎試驗(yàn)不僅能直接檢驗(yàn)鋼筋的彎曲變形能力或塑性性能，而且還能暴露鋼筋內(nèi)部的冶金缺陷，如硫、磷偏析和硫化物與氧化物的摻雜情況。這些內(nèi)部冶金缺陷，將降低冷彎性能。所以，冷彎性能合格是鑒定鋼筋在彎曲狀態(tài)下的塑性應(yīng)變能力和鋼筋（鋼材）質(zhì)量的綜合指標(biāo)。

二、鋼筋混凝土工程對工程結(jié)構(gòu)的加固作用

鋼筋混凝土工程構(gòu)件是由鋼筋與混凝土組成，二者具有互補(bǔ)的作用，從原材料的力學(xué)性能而言，鋼筋具有較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度，而混凝土則具有較高的抗壓強(qiáng)度，而其抗拉強(qiáng)度卻很低，這種揚(yáng)長避短的組合發(fā)揮了它們各自的優(yōu)勢性能，共同承擔(dān)著結(jié)構(gòu)構(gòu)件所承受的外部荷載。因此，一般在考慮鋼筋混凝土的受力條件時(shí)，首先考慮的是混凝土的受壓應(yīng)力與鋼筋的受拉應(yīng)力。由于鋼筋在工程結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)位置不一定準(zhǔn)確，導(dǎo)致其實(shí)際的抗壓能力和預(yù)算中的有一定的偏差，而鋼筋混凝土保護(hù)層的厚度決定了鋼筋位置的準(zhǔn)確性，因此在實(shí)際的工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)該注重控制鋼筋保護(hù)層的厚度。鋼筋和混凝土之所以能共同工作，是因混凝土硬化并達(dá)到一定強(qiáng)度后，兩者之間建立了足夠的粘結(jié)強(qiáng)度，這種相互作用力稱為握裹力。而只有鋼筋在混凝土中的保護(hù)層達(dá)到要求的厚度時(shí)才能保證二者之間的粘合力達(dá)到最佳的結(jié)合程度。只有保證二者之間的粘合度才能提高構(gòu)件的承載力，保護(hù)整個(gè)的結(jié)構(gòu)體系。鋼筋混凝土這種優(yōu)勢互補(bǔ)的組合加固了工程結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)，它們就像是工程結(jié)構(gòu)中的保護(hù)傘，承受著因?yàn)樽匀灰蛩匾约叭藶橐蛩卦斐傻膬?nèi)外壓力與拉力。

三、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程中對鋼筋性能的要求

1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程對鋼筋質(zhì)量的要求。（1）與混凝土的黏結(jié)力。為了保證鋼筋與混凝土共同工作，兩者之間必須有足夠的黏結(jié)力。鋼筋表面形狀對黏結(jié)力有明顯影響，變形鋼筋優(yōu)于光圓鋼筋。（2）具有適當(dāng)?shù)那鼜?qiáng)比。屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值稱為屈強(qiáng)比，它代表結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度儲(chǔ)備。比值小則結(jié)構(gòu)強(qiáng)度儲(chǔ)備大，但比值過小會(huì)使鋼筋的有效利用率太低；比值大則強(qiáng)度儲(chǔ)備小，結(jié)構(gòu)安全性能下降，所以需要有適當(dāng)?shù)那鼜?qiáng)比。（3）足夠的塑性。要求鋼筋在斷裂前應(yīng)有足夠的變形，使鋼筋混凝土構(gòu)件在將要破壞時(shí)給人們以預(yù)兆。另外，在施工時(shí)要對鋼筋進(jìn)行各種加工，所以鋼筋還有冷彎試驗(yàn)要求。（4）可焊性。要求鋼筋具備良好的焊接性能，保證焊接強(qiáng)度，焊接后鋼筋不產(chǎn)生過大的變形、不產(chǎn)生裂紋。（5）抗低溫性。能在嚴(yán)寒地區(qū)的鋼筋，對韌性指標(biāo)有要求，保證在低溫下不至于發(fā)生脆性破壞。

2.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程對鋼筋抗震性能的要求。地震波按傳播方式分為三種類型：縱波、橫波和面波。縱波是推進(jìn)波，又稱P波，它使地面發(fā)生上下振動(dòng)，破壞性較弱。橫波是剪切波，又稱S波，它使地面發(fā)生前后、左右抖動(dòng)，破壞性較強(qiáng)。面波又稱L波，是由縱波與橫波在地表相遇后激發(fā)產(chǎn)生的混合波，其波長大、振幅強(qiáng)，只能沿地表面?zhèn)鞑ィ窃斐山ㄖ飶?qiáng)烈破壞的主要因素。P波通過建筑物的地基與基礎(chǔ)時(shí)，會(huì)使建筑產(chǎn)生上下震動(dòng)，由于鋼筋混凝土能夠承受較大的壓應(yīng)力，所以p波對建筑物的破壞作用較弱。而s波和L波通過建筑物地基與基礎(chǔ)時(shí)，會(huì)使建筑物產(chǎn)生水平搖動(dòng)，基礎(chǔ)會(huì)承受極大的剪應(yīng)力，因此對建筑的破壞較大。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程中的鋼筋抗震性能的要求是當(dāng)?shù)卣饡r(shí)，s波和L波的破壞，使建筑物承受極大的剪應(yīng)力，這就要求鋼筋要具有較強(qiáng)的韌性，即具有較強(qiáng)的抗拉伸性能、抗彎曲性能、抗反復(fù)彎曲性能、抗扭曲性能，且具有足夠的述延性（伸長率），總之要具有能承受再生塑性變形的外加荷載（地震）的能力。

四、結(jié)束語

鋼筋是現(xiàn)代建設(shè)工程中最主要的基礎(chǔ)材料之一，廣泛應(yīng)用于工民建、道路橋梁等工程中。鋼筋作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的承力構(gòu)件，其質(zhì)量優(yōu)劣直接影響工程建設(shè)質(zhì)量。所以分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程中對鋼筋性能的要求具有重要的意義。

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