高強鋼筋T63優勢對比論證

卜云飛，呂明明，楊邯超，張毅博，劉 強，楊文強，顧民陽

（中建新疆建工（集團）有限公司西北分公司，西安 710000）

本項目位于西安市高新技術開發區，東臨上林苑五路，南臨西部大道。總建筑面積為73 695.99 m2。其中綜合樓建筑面積為48 085.59 m2，建筑高度86.5 m，地下一層，地上十八層，結構形式為框剪結構，建筑性質為一類高層建筑，耐火等級為一級。

實際施工中運用強度高、性能好的鋼筋，不僅可以提高各構件的受力特性，還可以節省鋼材，具有非常顯著的經濟效益以及社會效益。自20世紀80年代以來，國外已開始普及采用400 MPa以上設計強度的高強鋼筋；日本和美國是最早開始發展高強鋼筋的國家，日本在20世紀90年代開始大力推廣設計強度500 MPa的鋼筋。美國鋼筋混凝土房屋建筑規范ACI318中已將420 MPa和520 MPa級鋼筋作為主要受力鋼筋[1]。Sumpter[2]通過對比高強鋼筋和普通鋼筋的混凝土構件，結果表明，高強鋼筋能夠大大提高抗剪承載能力。而國內對于高強鋼筋的研究和應用還不夠全面，但正在積極推廣和優先使用高強鋼筋。郭超等[3]通過不同構件的計算分析，結果表明T63高強鋼筋具有較強的適用性和經濟性，可以積極應用，不僅有效減少了用鋼量，而且降低了結構總造價。胡曉依[4]研究結果表明，高強鋼筋采用滾圓滾軋加工工藝，能夠有效提升其綜合機械性能。趙杰等[5]通過對冷作強化直螺紋套筒力學性能進行實驗研究，結果表明，應用冷作強化直螺紋套筒時，在有耐火要求的情況下，需開展套筒入場防火性能檢驗。孫傳智等[6]對630 MPa超高強鋼筋進行靜力拉伸試驗，得到力學參數，通過采用低周疲勞特性評價，得到了630 MPa超高強鋼筋疲勞性能參數，建立了預測其疲勞壽命的公式模型，可以較為精確地對其進行疲勞模擬。白力更等[7]研究表明和超強鋼筋用作箍筋可以提高構件抗震性能，另外超強鋼筋與高強混凝土組合不僅可以有效發揮各自優勢，而且可以有效解決高強混凝土的脆性，為減少材料的使用節約資源，提供了有效的途徑。楊成學等[8]通過應用超強鋼筋混凝土技術，不僅大幅度地減小了鋼筋用量，而且降低了成本費用，加快了工期速度。蔡忠奎等[9]通過將超強鋼筋與普通鋼筋混合配筋建立了混合配筋PSBC纖維模型，使用有限元分析，研究其抗震性能與自復位能力，研究結果表明，在PSBC中混合配筋可有效提升其自復位能力及位移延性。王志超等[10]通過對鋼筋套筒開裂原因的分析，結果表明開裂主要原因為鋼組織內部存在不均勻的網狀體，以及存在有缺陷的魏氏組織。另外含有較多的非金屬雜質，也相應地增加了套筒的開裂。

1 高強鋼筋以及高強連接套筒應用意義

T63高強鋼筋是一種新型的建筑用鋼，與普通鋼筋相比，具有強度高，抗震性能好，造價成本低，施工方便快捷等優點；不僅是引領鋼鐵與建筑業轉型升級的具有革命性的新材料，而且代表了未來建筑用鋼的方向。

（1）經濟價值。應用T63熱處理帶肋高強鋼筋替代HRB400鋼筋節省鋼筋用量達34%，節約材耗，降低成本；明顯降低布筋密度，提高鋼筋混凝土結合力，大幅度提升混凝土結構的抗震強度與抗核沖擊波的能力；鋼筋綜合成本可節約11%以上，優化企業的創新力與核心競爭力。

（2）社會價值。采用T63高強鋼筋會大大減少能源和資源的耗費，同時還減少污染排放，符合國家節能減排的基本政策，推動了低碳經濟建設和可持續發展戰略的實施，為社會帶來巨大效益。

另外我國傳統的鋼筋連接所采用的焊接技術，受限于工藝、技術及生產環境等因素的干擾[11-12]，難以滿足施工環境的需求。因此對套筒接頭工藝和性能的研究有一定的必要性，這對提高鋼筋連接的技術應用具有重要的意義。現有工藝常出現鋼筋端頭螺紋精度差及強度低等缺點，這已是高強鋼筋機械連接應用技術的重難點之一。因此加強對套筒接頭工藝和性能的研究，對施工工藝以及應用安全等具有重要意義。

2 T63高強鋼筋及連接套筒優勢對比

2.1 鋼筋力學性能優勢對比

根據《熱處理帶肋高強鋼筋混凝土結構技術規程》要求，試驗測試不同鋼筋型號的屈服強度、抗拉強度以及伸長率、強屈比、超屈比。結果如圖1所示。

圖1 不同鋼筋性能對比

由圖1可知，T63高強鋼筋的屈服強度以及抗拉強度均高于其他型號鋼筋，T63與HRB500鋼筋對比可以看出，在強屈比與超屈比符合規范范圍內，T63鋼筋抗拉強度高于HRB500鋼筋抗拉強度26.8%，屈服強度高于HRB500鋼筋26.7%；T63與HRB400鋼筋對比可以看出，T63鋼筋抗拉強度高于HRB400鋼筋抗拉強度28.4%，屈服強度高于HRB400鋼筋35.7%；T63與HRB335鋼筋對比可以看出，T63鋼筋抗拉強度高于HRB335鋼筋抗拉強度53.8%，屈服強度高于HRB335鋼筋46.4%。

綜上所述可以得出，在強屈比與超屈比符合規范范圍內，T63超強鋼筋各方面性能均優于普通鋼筋。鑒于上述T63鋼筋良好的力學性能，根據公式fyAs=F可知，要達到相同受力，提高鋼筋設計強度將會有效降低用鋼量。工程中常用的鋼筋（設計強度360 MPa），但如果選用T63高強鋼筋（設計強度630 MPa），理論上最大可降低用鋼量（1－360/630）×100%=43%。

2.2 連接套筒力學優勢對比

單向拉伸試驗標準見表1，不同鋼筋套筒試驗結果如圖2所示。

圖2 不同鋼筋套筒試驗結果

表1 單向拉伸試驗標準

試驗結果表明，對于直徑20、22、25 mm的鋼筋套筒試件，經過拉伸試驗后，其結果均大于標準值，對比相同直徑不同材質的套筒實驗結果可以看出，T63高強套筒要優于普通套筒，其中直徑25 mm的性能相比普通材質提升約28%，直徑22 mm的性能相比普通材質提升約27%，直徑20 mm的性能相比原材質提升約30%。這為T63高強套筒用于工程中提供了更為安全的保障。

3 經濟優勢

截至2021年6月份普鋼5 186元/t，特鋼7 700元/t。由此計算，鋼筋單價見表2。本文以綜合樓1-18/E-L軸標準層為研究對象，如圖3和圖4所示。分別采用HRB400和T63高強鋼筋作為柱的受力筋配筋，比較兩種配筋方式在該類型下的經濟指標。

圖3 綜合樓標準層

圖4 廣聯達模型

表2 鋼筋單價

根據建立廣聯達算量模型得到梁、柱使用T63特鋼總重為1 147.34 t，替換為普鋼總重1 821.01 t，可以得出，T63超強鋼筋在能更好地保證安全性能的前提下，節約材料費用60萬余元，考慮工期以及人工費、管理費用合計約70萬余元。綜上所述，運用T63高強鋼筋不僅節約了鋼筋重量，節約了工期，而且降低了成本費用，產生的經濟效益巨大。

4 社會效益

節能減排已成為我國目前社會發展的重要一環，是可持續發展的基本國策的體現，因此高強鋼筋的推廣是建筑行業實施可持續發展的一項重要的技術革新。T63熱處理帶肋高強鋼筋，屈服強度標準值為630 MPa（抗拉強度設計值為545 N/mm2），替代HRB400普通鋼筋（抗拉強度設計值為360 N/mm2）可節省30%～43.7%的用鋼量，極大地提高了高強鋼筋應用的性價比。據權威部門統計2017年全國中鋼協會會員單位螺紋鋼筋總產量達到20 724萬t。若以高強鋼筋替換HRB400鋼筋，按照25%鋼筋替換率計算，可替換HRB400鋼筋5 180余萬t。全年可節省2 220萬t以上的用鋼量（按節材率30%計算），減少鐵礦石消耗3 550萬t（按噸鋼消耗1.6 t礦石計算），節省標準電煤達1 530萬t（按噸鋼耗能0.69 t煤計算），減少水消耗8 880萬t，減少二氧化碳排放5 330萬t（按噸鋼排放2.4 t計算），污水排放減少5 500萬t，符合國家節能減排基本國策，給國家帶來巨大社會效益。大力推廣和應用，既能給國家帶來巨大的社會效益，同時也能為工程建設帶來可觀的經濟效益。應用T63熱處理帶肋高強鋼筋優勢巨大。

5 結束語

通過結合智能鉆探裝備及煤層氣開發產業基地項目特點，對高強鋼筋T63以及高強鋼筋連接套筒進行優勢對比分析，證明了高強鋼筋T63在實際應用中有較強的適用性和經濟性，不僅降低用鋼量，節約工期以及總造價。同時促進了低碳經濟建設和可持續發展戰略的實施，為社會帶來巨大效益，達到令人滿意的結果。在滿足設計和規范的前提下，主動創新，為建設單位及設計單位提供更為經濟合理的方案，不僅達到了降本增效的目的，同時也為社會可持續發展貢獻了一份應有的力量。