冷轧带肋钢筋的发展概况及应用前景

冷轧带肋钢筋的发展概况及应用前景一、国外发展情况冷轧带肋钢筋是用热轧盘条经多道冷轧减径，一道压肋并经消除内应力后形成的一种带有二面或三面月牙形的钢筋。1968年由德国、荷兰、比利时研制成功，1973年起在欧州（德国、奥地利、意大利、美国、英国等）就得到了大量发展应用。并有国家标准。国际标准化组织（ISO）也制定了国际标准。作为一种建筑钢材，纳入了各国的混凝土结构规范，在这些国家，冷轧带肋钢筋已广泛用于建筑工程、高速公路、机场、市政、水电管线中。1994年，欧共体年产量450万吨。在中国周边国家，新加坡和马来西亚也早已在建筑工程和市政工程中广泛应用，仅新加坡冷轧带肋钢筋的年使用量就在15万吨以上。冷轧带肋钢筋的强度级别各国大致相同，均在550N/mm[~2]上下，规格4─9mm。用于普通钢筋混凝土结构，如现浇的楼板、基础底板的受力筋与分布筋，剪力墙的分布筋，梁柱的箍筋等。国际标准ISO10544─1992（E）规定的钢筋力学性能如下：屈服强度500N/mm[~2]，抗拉强度550N/mm[~2]，伸长率（标距5倍直径）为12%（注：我国设定的延伸率δ10≥8%代替δ5≥12%）。拉伸性能至少应有试验总数的90%等于或大于规定特性值，单项试验结果应不小于规定特性值的95%。冷轧带肋钢筋各国大都以焊网的形式用于工程中，少量用直条钢筋在现场绑扎，其中德国有19家焊网厂，分属6个集团。不论是直条钢筋还是焊网，都实行工厂化生产，按施工进度要求分批送到施工现场，钢筋工只需按图铺放，不需再作任何加工。二、国内发展概况我国自八十年代后期起，开始引进冷轧带肋钢筋生产设备。先后有南京、苏州、上海、青岛、沧州、昆明等地分别从德国、意大利等国引进11套设备。九十年代中期又有安徽、广东、江苏等省的合资或外商独资企业，从国外引进几条生产线。与此同时。国内有些科研单位和企业着手研制或仿制冷轧设备。迄今已有十多个单位在生产和销售冷轧带肋钢筋全套设备，分布于北京、辽宁、江苏、河北、天津等地。还有一些设备生产企业，在几年来激烈的市场竞争中，由于产品性能不良或质量低劣被淘汰。迄今国内已建冷轧带肋钢筋生产线约有400多条，年生产能力200万吨，分布在26个省、市。从所了解的各省情况看，近几年来，在建设部和各省市建委的大力推动下，冷轧带肋钢筋的推广工作有了很进展。一些省取得了突出的成绩，其中江苏、辽宁两省的推广面最大，在预制构件中已淘汰了冷拔低碳钢丝；在现浇混凝土结构中也有了数量较大的应用，四川、福建省的在这方面推广工作很有成绩。此外，河北、湖南、安徽、山西、山东、广东、北京、浙江、上海等省市也陆继开始推广应用。据不完全统计。仅1998年全国的推广量已超过60万吨。用于城乡住宅及公共建设的建筑面积达1.5亿平方米，今后还将有较大的增长。在生产和应用技术方面，我国在引进的基础上有了发展，如钢材抗拉强度由国外一个强度级别发展到三个级别：LL550、LL650和LL800；应用范围也由国外的非预应力混凝土结构构件扩大到预应力混凝土构件。为推广应用冷轧带肋钢筋，国家和一些省市主管部门组织编制了有关标准和图集。国家标准《冷轧带肋钢筋》GB13788─92已经实施。行业标准《冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程》JGJ95─95已于1995年7月1日起施行。江苏、辽宁、四川、安徽、浙江等省都已编制了冷轧带肋钢筋预应力空心板标准图集。其它构件的图集也将发行。国家科委已将冷轧带肋钢筋列入国家重点推广项目。建设部将它纳入“九五”期间建筑业重点推广的10项新技术之一（包含在“高效钢筋和预应力混凝土技术”项目内）。1997年8月，建设部将国家跨世纪重大技术推广工作命名为“广厦工程”，冷轧带肋钢筋的推广作为“广厦工程”的先期启动项目最先开始实施。足见国家对冷轧带肋钢筋推广的重视。三、冷轧带肋钢筋的技术性能冷轧带肋钢筋在预应力混凝土构件中，是冷拔低碳钢丝的更新换代产品，在现浇混凝土结构中，则可代换Ⅰ级钢筋，以节约钢材，是同类冷加工钢材中较好的一种。其性能及应用效果如下：我国国家标准《冷轧带肋》GB13788─92中LL550级的力学性能指标是参照国际标准及发达国家标准制订的，抗拉强度550N/mm[~2]，伸长率按德国标准化δ[_10]8%（相当于δ[_5]为12─13%），从这两项指标对照，我国冷轧带肋钢筋的标准并不比国际标准低。冷轧带肋钢筋有如下优点：1、钢材强度高，可节约建筑钢材和降低工程造价。LL550级冷轧带肋钢筋与热轧光圆钢筋相比，用于现浇结构（特别是楼屋盖中）可节约35%─40%的钢材。如考虑不用弯钩，钢材节约量还要多一些。根据目前钢材市场价格，每使用一吨冷轧带肋钢筋，可节约钢材费用800元左右。2、冷轧带肋钢筋与混凝土之间的粘结锚固性能良好。因此用于构件中，从根本上杜绝了构件锚固区开裂、钢丝滑移而破坏的现象，且提高了构件端部的承载能力和抗裂能力；在钢筋混凝土结构中，裂缝宽度也比光圆钢筋，甚至比热轧螺纹钢筋还小。3、冷轧带肋钢筋伸长率较同类的冷加工钢材大。四、生产应用中的几个具体问题1、关于保证钢筋质量和提高合格率问题：所有冷轧带肋钢筋都宜采用高速线材轧制。据江苏省98年省建委对有证企业年度复查，抽检LL550、LL650级冷轧带肋钢筋的质量看，共78家企业390个样品，强度合格率为99%；伸长合格率为95.1%；冷弯全部合格。2、加强检测保证工程质量为了保证不合格钢材不用在工程上去，应注意钢材的检测：一是不得采用冷拔刻痕工艺生产的伪劣产品；二是未通过生产许可证和使用认可证检查的企业的产品不准使用；三是加强生产厂家建立一质保体系，不合格品不得出厂。关于冷轧带肋钢筋的连续板能否考虑内力重分布的问题结论是肯定的，LL550级冷轧带肋钢筋配筋的连续板设计计算时可以考虑塑性内力重分布，理由有二：a、正如前述，LL550级冷轧带肋钢筋的伸长率δ[_10]8%（比现在正在使用的冷轧扭钢筋δ[_10]4.5%要大得多），其最大均匀伸长率在2%以上。b、据规程编制组对二跨连续板的试验，结果表明冷轧带肋钢筋混凝土连续板具有较好的塑性性能，有明显的内力重分布现象（需要说明该试验构件中所有的冷轧带肋钢筋还不是专用盘条轧制的，否则试验结果将更为理想）。基于上述理由，正在修订中的《冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程》JGJ95─95将对有关条文作出修改，增加连续板设计时考虑塑性内力重分布的内容。4、关于箍筋的应用按《冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程》JGJ95─95和规范GBJ10─89的96年局部修订稿的规定，LL550级冷轧带肋钢筋可用作箍筋。采用冷轧带肋钢筋会不会影响钢筋砼框架的延性？框架结构在地震效应作用下，梁、柱会有较大的弯曲变形，但剪切变形比起弯曲变形来要小得多，因此在梁、柱配筋时，对纵向受力钢筋的塑性要求应比箍筋的塑性要求更重要。即要求纵向钢筋的伸长率应较箍筋更大一些。在规范中既然规定Ⅲ级钢筋适宜用作纵向受力钢筋，Ⅲ级钢筋的伸长率为δ[_5]14%，LL550级冷轧带肋钢筋仅比Ⅲ级钢筋略小一点（前面已谈到δ[_10]8%，相当于δ[_12]12─13%），用作箍筋，其塑性当能满足梁、柱的剪切变形要求。在规范中规定梁、柱端部箍筋要加密，其目的是保证在地震和垂直荷载作用下框架梁塑性铰区和柱端部有足够的受剪承载力，同时也增加箍筋对砼的约束作用，以保证梁铰机构的实现，保证柱端的延性，防止柱纵向钢筋压屈。从这些目的看，是要求箍筋有足够的数量和密度，以提高梁柱的抗剪承载力弯曲延性。采用LL550级冷轧带肋钢筋作箍筋在保证最小配筋率、最大间距的条件下是可以达到上述目的的。从国外大量应用的实践看也说明LL550级冷轧带肋钢筋可以用作框架梁、柱的箍筋。5、裂缝宽度验算钢筋砼结构构件不论用什么钢筋配筋都是允许出现裂缝的，但对裂缝的宽度有限制，因此规范规定钢筋砼结构构件设计时应进行裂缝宽度验算。规程JGJ95─95也给出了裂缝宽度计算公式。为减少设计人员麻烦，规程中还明确规定：“对在室内正常环境下的钢筋混凝土受弯构件，当混凝土强度等级不低于C20，钢筋直径不大于是10mm且混凝土保护层厚度不大于25mm时，可不作最大裂缝宽度验算”。这样一般情况下用LL550级配筋的楼板都不必进行裂缝宽度验算。规程编制组曾进行过74个梁、板试件的试验，结果表明冷轧带肋钢筋砼构件有较好的钢度，裂缝也较Ⅰ、Ⅱ级钢筋配筋的裂缝小。所以用冷轧带肋钢筋在楼板中等强代换Ⅰ级钢筋，原设计裂缝如果满足要求，则代换后肯定也能满足要求，不必再去验算，当然这种等强代换必须满足最小配筋率的要求。在此还顺便说一说钢筋混凝土结构的裂缝问题从理论上说，混凝土结构尤其是受弯构件总是带裂缝工作的，但在使用荷载不大的情况下，没有裂缝隙或这类结构性裂缝隙非常细微，不易为肉眼所察觉。在现实的建筑中，混凝土结构会出现各种各样的裂缝，在此无法一一细说，以现浇混凝土楼板而言，有可能出现的裂缝的原因大致有如下几类：a、砼收缩（水泥用量太大，用细砂，养护不及时或时间太短，砼振捣不密实等）；b、水泥安全性不良；c、温度差；d、基础不均匀沉降；e、板周边约束，板面四角负弯矩构造筋配得太少；f、施工中拆模过早；g、板中预埋管线造成断面减损太多或管线下砼不密实；h、设计配筋过少，低于最小配筋率或板太薄等；具体情况应具体分析，采取相应对策。五、应用前景国内外的实践说明，作为高效钢筋的一种，冷轧带肋钢筋具有广阔的应用前景。在预制构件方面，LL650和LL800级冷轧带肋钢筋可全面取代冷拔低碳钢丝作为预应力构件的主筋，在预应力电杆中亦可应用。在住宅和各类公共建筑的现浇混凝土结构中，LL550级冷轧带肋钢筋可以有如下用途：1、现浇楼板、屋面板的主筋和分布筋。钢筋直径一般为5─10mm，由于现浇楼板的刚度一般较大，若以冷轧带肋钢筋代换Ⅰ级钢筋时，一般只需等强代换，不必作裂缝宽度验算。需要指出，按规程JGJ95─95的规定，LL550级冷轧带肋钢筋调直后的抗拉强度设计值可取得360N/mm[~2]，为此工地现场对调直后钢筋抽样检验时，直条钢筋的抗拉强度必须达到550N/mm[~2]。2、剪力墙中的水平和竖向分布筋。[c]由于LL550级冷轧带肋钢筋的伸长率较大，因此用于剪力墙，能满足抗震要求。这一点国外数十年的应用实践当可证明，在钢筋焊接网混凝土结构技术规程JGJ/T114─97中，已作出了明确规定。3、梁柱中的箍筋，当箍筋按受力箍筋计算时，其抗拉强度设计值按310N/mm[~2]取值。4、圈梁、构造柱的配筋。此外，LL550级冷轧带肋钢筋尤其是焊接网片，适用于高速公路路面、机场跑道、大直径排水管、排水渠、隧道等。正如前面所说，冷轧带肋钢筋在国外的应用大都以网片的形式出现。我国的行业标准《钢筋焊接网混凝土结构技术规程》JGJ/T114─97已经实施。在广东、江苏、上海和北京已开始应用。广东、江苏、安徽等省已由奥地利、瑞士、新加坡等国引进了近十条钢筋焊接网生产线。国内也已研制成功焊网生产线，有十多条已投入使用。可以预计，随着我国建筑工业化水平的提高，钢筋焊接网的应用会逐步增多。可以相信，在“广厦工程”的推动下，冷轧带肋钢筋必将加速在全国的推广应用。