500MPa級(jí)鋼筋混凝土受壓構(gòu)件受力性能研究.pdf

1、混凝土結(jié)構(gòu)是我國(guó)目前應(yīng)用最廣泛的建筑結(jié)構(gòu)形式。但與國(guó)外相比,我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋的強(qiáng)度普遍低1~2個(gè)等級(jí),直接造成構(gòu)件配筋密集,施工困難,鋼筋用量過(guò)大,相應(yīng)能源和資源消耗偏高,與我國(guó)目前提倡的“可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略”背道而馳。近年來(lái),我國(guó)冶金行業(yè)通過(guò)添加釩等微合金元素,新開(kāi)發(fā)出了強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為500MPa的熱軋HRB500級(jí)鋼筋,并又通過(guò)控溫控軋技術(shù),開(kāi)發(fā)出不添加或少添加微量元素的500MPa級(jí)超細(xì)晶粒鋼筋。其中HRB500級(jí)鋼筋已列入我國(guó)《混

2、凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋標(biāo)準(zhǔn)》(GB1499-1998),但由于缺乏全面系統(tǒng)的科研工作,尤其基礎(chǔ)性試驗(yàn)研究嚴(yán)重不足,《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)尚未列入500MPa級(jí)鋼筋,直接影響了500MPa級(jí)鋼筋在實(shí)際工程中的推廣應(yīng)用。
　　本文針對(duì)500MPa級(jí)鋼筋在受壓構(gòu)件中的應(yīng)用,共進(jìn)行了32個(gè)軸心受壓和9個(gè)偏心受壓500MPa級(jí)鋼筋混凝土柱受力性能的試驗(yàn)研究,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了軸壓柱的混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線分析和偏壓柱的數(shù)值模

3、擬,提出了500MPa級(jí)鋼筋用于混凝土結(jié)構(gòu)受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)建議,并依據(jù)上述建議進(jìn)行了HRB500級(jí)鋼筋的試點(diǎn)工程應(yīng)用分析。主要內(nèi)容如下:
　　1.通過(guò)500MPa級(jí)鋼筋混凝土軸壓柱試驗(yàn),分析了混凝土強(qiáng)度、縱向鋼筋配筋率、配箍情況和縱筋強(qiáng)度對(duì)軸壓受力變形性能的影響,探討了混凝土強(qiáng)度和縱筋配筋率與混凝土受壓峰值應(yīng)變和峰值應(yīng)力的變化規(guī)律,研究表明:
　　①隨著混凝土強(qiáng)度、縱筋配筋率和箍筋體積配箍率的提高,軸壓柱的混凝土峰值應(yīng)變均有明

4、顯增大并可超過(guò)0.002,在常用的受壓構(gòu)件縱筋配筋率范圍內(nèi)以及規(guī)范構(gòu)造配箍條件下,混凝土峰值壓應(yīng)變?cè)?.0022~0.0026之間,500MPa級(jí)鋼筋在受壓構(gòu)件中能充分發(fā)揮其抗壓強(qiáng)度;
　　②當(dāng)鋼筋和混凝土強(qiáng)度分別取實(shí)測(cè)平均值(f_y約為524MPa)和標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范公式對(duì)軸壓承載力進(jìn)行了計(jì)算分析,試驗(yàn)值與計(jì)算值之比分別為1.08和1.24,計(jì)算結(jié)果偏于安全,具有一定的安全儲(chǔ)備。
　　2.根據(jù)對(duì)軸壓柱混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲

5、線的試驗(yàn)結(jié)果,通過(guò)對(duì)曲線特征點(diǎn)的分析和對(duì)規(guī)范附錄C混凝土受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線的改進(jìn),提出了綜合考慮縱筋和配箍影響的混凝土峰值壓應(yīng)力和峰值壓應(yīng)變的計(jì)算公式和應(yīng)力應(yīng)變曲線方程,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果符合較好,可作為混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件非線性分析的參考。
　　3.通過(guò)500MPa級(jí)鋼筋混凝土偏壓柱試驗(yàn),分析了偏心距和縱筋配筋率對(duì)偏壓柱側(cè)向撓度、受壓邊緣混凝土應(yīng)變和縱向鋼筋應(yīng)變的影響,其受力性能與普通鋼筋混凝土偏壓柱一致,當(dāng)鋼筋和混凝土強(qiáng)度取實(shí)測(cè)平均

6、值(f_y約為516MPa)時(shí),按我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范公式計(jì)算偏壓柱承載力,試驗(yàn)值與計(jì)算值之比為1.18,計(jì)算結(jié)果偏于安全,具有一定的安全儲(chǔ)備。
　　4.在偏壓柱試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,編寫(xiě)了基于Matlab的偏壓柱非線性分析程序,進(jìn)行了縱筋分別采用500MPa級(jí)和HRB335級(jí)鋼筋的偏壓柱數(shù)值模擬試驗(yàn),分析了偏心距、長(zhǎng)細(xì)比、混凝土強(qiáng)度和縱筋配筋率對(duì)二階效應(yīng)影響,并與中國(guó)、美國(guó)和歐洲規(guī)范公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,研究表明:500MPa級(jí)鋼筋混

7、凝土偏壓柱的二階效應(yīng)變化規(guī)律與普通鋼筋混凝土柱相同,中國(guó)、美國(guó)和歐洲規(guī)范的二階效應(yīng)公式計(jì)算結(jié)果與模擬試驗(yàn)結(jié)果基本一致,500MPa級(jí)鋼筋混凝土偏壓柱二階效應(yīng)可采用我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范公式進(jìn)行計(jì)算,且與采用HRB335級(jí)鋼筋的偏壓柱具有大致相同的安全度。
　　5.基于上述試驗(yàn)研究和分析,提出了500MPa級(jí)鋼筋用于受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)強(qiáng)度取值(f_y=f_yk/r_s=500/1.1≈450MPa)和設(shè)計(jì)建議,進(jìn)行了國(guó)內(nèi)首個(gè)采用HRB500鋼筋的

8、試點(diǎn)工程的設(shè)計(jì),并與采用HRB335和HRB400鋼筋的用量進(jìn)行了對(duì)比分析,研究表明:
　?、俨捎?00MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋替代傳統(tǒng)鋼筋在一定條件下可明顯減少鋼筋用量,可改善目前框架結(jié)構(gòu)中梁、柱節(jié)點(diǎn)和框架柱中鋼筋擁擠的現(xiàn)象,提高工程質(zhì)量,取得較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益;
　?、谠诠こ探Y(jié)構(gòu)中要更為有效地推廣應(yīng)用500MPa級(jí)鋼筋,還應(yīng)改進(jìn)和完善現(xiàn)行規(guī)范裂縫寬度和最小配筋率的計(jì)算方法或規(guī)定,為500MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋列入我國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)