淺談鋼筋混凝土結構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“平均碳含量萬分數(shù)、主要合金元素符號、合金含量百分數(shù)”的順序予以標注。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構的加固作用，并論述了鋼筋混凝土結構工程中對鋼筋性能的要求。

關鍵詞：鋼筋；種類；性能；鋼筋混凝土；結構工程；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應力鋼筋兩類。（1）普通鋼筋。用于鋼筋混凝土結構中的鋼筋和預應力鋼筋混凝土結構中的非預應力鋼筋，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）預應力鋼筋。預應力鋼筋有鋼絞線、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度鋼絲扭結而成并經(jīng)消除應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、盤彎后運輸方便、與混凝土黏結性能良好等特點，可大大簡化現(xiàn)場成束工序，是一種較理想的預應力鋼筋，廣泛應用于后張法大型構件。第二、消除應力鋼絲由高碳鎮(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力。其強度高，塑性好，但與混凝土的黏結力差，一般用作預應力筋。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。預應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行回火處理，以消除殘余應力。經(jīng)過這種工藝處理的鋼絲，彈性極限和屈服強度提高，應力松弛率大大降低，故稱為低松弛鋼絲。在預應力鋼筋混凝土結構中，低松弛鋼絲可使預應力損失降低，提高了構件的抗裂度，綜合經(jīng)濟效益較好，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，再進行加溫、淬火和回火等調質處理，得到的鋼筋稱為熱處理鋼筋。熱處理鋼筋的強度大幅度提高，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，無需焊接、冷拉，施工方便，因而作為預應力鋼筋廣泛應用。

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，是決定結構或構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)生危險的脆性破壞，因為斷裂前鋼筋有相當大的變形，所以它是有預兆的破壞，損失較小。強度和塑性這兩個方面對鋼筋都有要求。（2）冷彎性能。拉伸試驗所得到的力學性能指標是單一的指標，而且還是靜力指標；鋼筋的冷彎性能是綜合指標。冷彎性能由冷彎試驗確定，在材料試驗機上按照規(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)，則認為鋼筋的冷彎性能合格。冷彎試驗不僅能直接檢驗鋼筋的彎曲變形能力或塑性性能，而且還能暴露鋼筋內部的冶金缺陷，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)下的塑性應變能力和鋼筋（鋼材）質量的綜合指標。

二、鋼筋混凝土工程對工程結構的加固作用

鋼筋混凝土工程構件是由鋼筋與混凝土組成，二者具有互補的作用，從原材料的力學性能而言，鋼筋具有較強的抗拉強度，而混凝土則具有較高的抗壓強度，而其抗拉強度卻很低，這種揚長避短的組合發(fā)揮了它們各自的優(yōu)勢性能，共同承擔著結構構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，首先考慮的是混凝土的受壓應力與鋼筋的受拉應力。由于鋼筋在工程結構中的結構位置不一定準確，導致其實際的抗壓能力和預算中的有一定的偏差，而鋼筋混凝土保護層的厚度決定了鋼筋位置的準確性，因此在實際的工程結構中應該注重控制鋼筋保護層的厚度。鋼筋和混凝土之所以能共同工作，是因混凝土硬化并達到一定強度后，兩者之間建立了足夠的粘結強度，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層達到要求的厚度時才能保證二者之間的粘合力達到最佳的結合程度。只有保證二者之間的粘合度才能提高構件的承載力，保護整個的結構體系。鋼筋混凝土這種優(yōu)勢互補的組合加固了工程結構的整體結構，它們就像是工程結構中的保護傘，承受著因為自然因素以及人為因素造成的內外壓力與拉力。

三、鋼筋混凝土結構工程中對鋼筋性能的要求

1.鋼筋混凝土結構工程對鋼筋質量的要求。（1）與混凝土的黏結力。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力。鋼筋表面形狀對黏結力有明顯影響，變形鋼筋優(yōu)于光圓鋼筋。（2）具有適當?shù)那鼜姳?。屈服強度與抗拉強度的比值稱為屈強比，它代表結構的強度儲備。比值小則結構強度儲備大，但比值過小會使鋼筋的有效利用率太低；比值大則強度儲備小，結構安全性能下降，所以需要有適當?shù)那鼜姳?。?）足夠的塑性。要求鋼筋在斷裂前應有足夠的變形，使鋼筋混凝土構件在將要破壞時給人們以預兆。另外，在施工時要對鋼筋進行各種加工，所以鋼筋還有冷彎試驗要求。（4）可焊性。要求鋼筋具備良好的焊接性能，保證焊接強度，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。能在嚴寒地區(qū)的鋼筋，對韌性指標有要求，保證在低溫下不至于發(fā)生脆性破壞。

2.鋼筋混凝土結構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?？v波是推進波，又稱P波，它使地面發(fā)生上下振動，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，破壞性較強。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，只能沿地表面?zhèn)鞑?，是造成建筑物強烈破壞的主要因素。P波通過建筑物的地基與基礎時，會使建筑產(chǎn)生上下震動，由于鋼筋混凝土能夠承受較大的壓應力，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時，會使建筑物產(chǎn)生水平搖動，基礎會承受極大的剪應力，因此對建筑的破壞較大。鋼筋混凝土結構工程中的鋼筋抗震性能的要求是當?shù)卣饡r，s波和L波的破壞，使建筑物承受極大的剪應力，這就要求鋼筋要具有較強的韌性，即具有較強的抗拉伸性能、抗彎曲性能、抗反復彎曲性能、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、結束語

鋼筋是現(xiàn)代建設工程中最主要的基礎材料之一，廣泛應用于工民建、道路橋梁等工程中。鋼筋作為鋼筋混凝土結構中的承力構件，其質量優(yōu)劣直接影響工程建設質量。所以分析鋼筋混凝土結構工程中對鋼筋性能的要求具有重要的意義。

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