第二章高强混凝土和中高强钢筋在桥梁结构中的应用

1、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62 2004）学 习 与 应 用 讲 评,张树仁 哈尔滨工业大学 二零零四年,新颁布的（以下简称）和（以下简称明确提出，在钢筋混凝土结构中推荐采用HRB400钢筋（新级钢）做为主导钢筋，HRB335（原级钢）做为辅助钢筋；在预应力混凝土结构中推荐采用高强度钢绞线做为主导钢筋。这些重大措施，对提高我国混凝土结构的质量，提高经济效益，将产生重大影响,第二章 高强混凝土和中高强钢筋在桥梁结构中的应用,长期以来，我国土木和建筑工程采用的混凝土强度偏低，因此不得不加大构件的截面尺寸，肥梁、胖柱、深基、厚墙就在所难免。结构自重加大，降低了结构的有效承载

2、力，同时增加了材料运输、加工、吊装、施工中的各种费用。因此，尽管我国传统的混凝土结构安全度总体上比国外低，但建造结构的材料一点也不比国外少，费用也不见得节省。国际上，特别是发达国家，建筑结构较高的安全度是靠高强度材料来实现的。所以，要加大我国建筑结构的安全度并提高混凝土结构的技术水平，改变我国传统混凝土强度等级偏低的状况，就成为十分现实而紧迫的事情。 20世纪90年代以来，由于技术进步和经营方式的变化，我国结构混凝土强度偏低的状况有了很大的变化。首先是混凝土的成分不再局限于传统的水泥、砂、石和水，外加剂（如减水剂）和掺合料（如粉煤灰）的普遍采用，已成为,一、适当提高混凝土的强度等级是结构工程的

3、重大技术进步,混凝土材料不可缺少的新的组成部分。其次混凝土的生产不再局限于施工单位自行拌制，取而代之以市场化经营的高品质混凝土。这对保证混凝土质量，提高混凝土强度创造了条件。目前，一般工程采用C30以上混凝土已很普遍；使用C40C50混凝土也已无困难；C60甚C80的高强混凝土的应用已经开始。 提高混凝土强度等级带来的直接效益是可以减小结构截面尺寸，减轻结构自重，提高结构承受外荷的承载力，特别是对于承受轴向压力为主的构件，效果更为明显。在混凝土结构中，混凝土材料的用量取决于其强度设计值。强度等级高的混凝土价格当然较高，但其强度设计值也高，因此可以减少材料用量。决定混凝土经济性是其强度价格比，即

4、每元钱可以购买到的单位体积（m3）强度设计值（MPa）。以1998年北京建筑市场商品混凝土的价格为例，不同强度等级混凝土的强度价格比列于表1,表1 混凝土强度价格比,由表1可以看出，随着混凝土强度等级的提高，强度价格比迅速增长，上下相差达1.7倍。因此，在结构中采用强度等级较高的混凝土，特别是对墩、柱等受压为主的构件及预应力混凝土构件具有显著的经济效益。 此外，适当地提高混凝土的强度等级是提高混凝土结构耐久性的需要。在耐久性设计中，对混凝土强度等级的要求是由于其与混凝土的密实性有关，强度等级高的混凝土其密实性好，耐久性好。 从混凝土结构耐久性要求，规定，最低混凝土强度等级为：I类环境（非寒冷或

5、寒冷地区的大气环境；与无侵蚀性的水或土接触的环境）为C25,类环境（严寒地区的大气环境与无侵蚀性的水或土接触的环境；使用除冰盐环境；滨海环境）为C30；类环境（海水环境）C35；类环境（受人为或自然侵蚀性物质影响的环境）C35。 新颁布的中国土木工程学会标准，按不同的环境作用等级和设计使用年限级别，规定最低混凝土强度等级应符合表2的要求,表2,桥梁结构处于露天环境，非寒冷地区环境作用等级一般取B级；寒冷及严寒地区一般取B级或C级；除冰盐冻融环境取D级或E级；近海或海洋环境一般取D、E或F级。 笔者建议：改变传统的设计习惯，适当提高设计时选取用的混凝土强度等级：对钢筋混凝土受弯构件采用C30C3

6、5；钢筋混凝土受压构件采用C30C40；预应力混凝土构件采用C40C60。采用C50以上高强混凝土应参照CECS104：1999执行,长期以来，我国钢筋混凝土结构的主导钢筋是强度为335Mpa的级钢筋，强度为235Mpa的I级钢筋大量用作辅助配筋，比国外低了一个强度等级。低强度带来的配筋率增加，不仅经济效益降低，还造成配筋密集难以设计、施工困难；加之运输、加工、现场绑扎等工作量的增加，已成为混凝土结构应用中的一个不利因素。预应力混凝土结构，特别中小型的房建预制构件，大量采用冷加工（冷拉、冷拔、冷轧）钢筋。这类钢筋利用低碳钢的冷加工强化，以大幅度牺牲延性为代价获得强度的提高，是我国处于短型经济条

7、件下，由于物资匮乏搞“瓜菜代”的产物。冷加工钢筋用作预应力配筋，由于钢筋的延性差，易于发脆性破坏。 新修订的建混规GB50010基于混凝土结构对钢筋性能的要求，分析了我国钢筋应用中的问题，参考了国际上用钢的趋势，以及我国冶金工业所能提供的产品,二、中、高强钢筋的应用,提出选用钢筋的原则是： 钢筋混凝土结构以HRB400热轧带肋钢筋（新级钢筋）为主导钢筋，以HRB335热轧带肋钢筋（原级钢筋）为辅助钢筋； 预应力混凝土结构以高强、低松弛钢丝，钢绞线为主导钢筋。 各种形式的冷加工钢筋应整顿市场、加强管理，保证质量，提高性能，通过市场竞争优化或淘汰。新修订的规范不再列入，但并不等于禁止使用。 20世

8、纪90年代以来，我国冶金部门引进国外的技术和设备，开始按国际标准的要求生产新型钢筋，同时为满足建筑市场的需求，调整了产品结构,首先，利用我国的钒（V）资源优势，对热轧钢筋微合金化而生产出质高价低的HRB400热轧钢筋（新级钢 筋），其强度较HRB335钢筋（原级钢筋）提高了20%，且具有较高的延性和锚固性能及可焊性，品种规格也比较齐全，其强度价格比为HRB335钢筋（原级钢）的1.12倍。使用HRB400钢筋可以降低配筋率，减少施工工作量，应大力推广。 其次，用于预应力混凝土结构的中、高强度低松弛钢丝、钢绞线也增加了许多新品种；性能优良的螺旋肋钢丝逐渐取代刻痕钢丝；二股、三股钢绞线使高效预应力构件小型化成为可能，强度等级也基本齐全，最高可达1860Mpa，甚至更高。目前我国中、高强钢丝、钢绞线的生产能力已超过100万吨，完全有条件实现向高效预应力结构构件转化。 但是，所有这些质优价低的新钢筋品种推广速度太迟缓。特别是HRB400钢筋（新级钢），早在20世纪80年代已完成了产品研制及应用研究，20世纪90年代已经鉴定，但至今仍未能普遍推广，在桥梁结构中很少有人采用。究其原因,除了设计人员受传统设计习惯的影响外，还与陈旧设计规范和所谓“标准图”设计的约束有直接的关系。在向市场经济转轨，特别是我国加