低合金鋼雙鋼筋的力學(xué)性能試驗(yàn)研究*

高兵 王勃

(吉林建筑工程學(xué)院土木工程學(xué)院，長春130118)

雙鋼筋也稱現(xiàn)代增強(qiáng)鋼筋，是由兩條平行的經(jīng)冷拔加工而成的縱筋與若干先冷拔后冷軋加工而成的橫筋，經(jīng)平焊在一起形成的一種新型鋼筋.采用低合金雙鋼筋技術(shù)，可以改善鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用，從而改善鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的裂縫分布，減小裂縫寬度，使裂縫開展呈現(xiàn)細(xì)而密的特征［1］.

1 國內(nèi)外雙鋼筋技術(shù)的發(fā)展

雙鋼筋技術(shù)是奧地利AVI—EVG公司首先研制并獲得成功(見圖1).其后，許多國家相繼引進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)，在工程領(lǐng)域大量采用，獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益.在發(fā)達(dá)國家，該技術(shù)除用于各種梁、板構(gòu)件外，還用于大直徑的筒倉、框架及大跨度飛機(jī)庫的剛架等結(jié)構(gòu)中.

圖1 低合金鋼雙鋼筋

我國對(duì)于雙鋼筋技術(shù)的研究是從國外公布的雙鋼筋照片及產(chǎn)品簡(jiǎn)介開始的.目前，全國各地均有學(xué)者研究雙鋼筋技術(shù).在實(shí)踐工程中影響比較大的是北京亞運(yùn)村項(xiàng)目，采用了雙鋼筋疊合樓板技術(shù)，實(shí)踐告訴我們，雙鋼筋技術(shù)可節(jié)省工期，降低造價(jià)，是十分有發(fā)展前途的一項(xiàng)技術(shù).但是，目前我國對(duì)雙鋼筋技術(shù)的研究水平與國外相比還存在較大差距.對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用還停留在板類構(gòu)件中，因此，對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究還有相當(dāng)長的路要走.

2 國內(nèi)外雙鋼筋構(gòu)造尺寸對(duì)比研究

雙鋼筋的梯格尺寸對(duì)混凝土的裂縫寬度有較大影響，上海的雙鋼筋軸拉試驗(yàn)表明，當(dāng)主筋間距由20 mm增大到30 mm，其平均裂寬增大都在一倍以上［2］.

奧地利雙鋼筋的基本梯格構(gòu)造尺寸為20 mm×95 mm，這種梯格尺寸是經(jīng)過2年的選型才確定的，它適用于板梁、框架、筒倉等各類混凝土結(jié)構(gòu)中.

通過多次對(duì)比試驗(yàn)得出，在我國，低合金鋼雙鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼筋梯格尺寸取為20 mm×90 mm較為合理，此時(shí)裂縫寬度一般為0.1 mm～0.2 mm，滿足我國規(guī)范對(duì)裂縫最小寬度的要求，既可以合理應(yīng)用該鋼筋的高強(qiáng)度，又可顯示出它的節(jié)鋼效果［3］.

3 低合金鋼雙鋼筋的力學(xué)特性與工藝性能試驗(yàn)

低合金鋼雙鋼筋的取樣按金屬拉伸試驗(yàn)試樣進(jìn)行.從制成的低合金鋼雙鋼筋上的任意端截去1～2梯格后，取一根含有3個(gè)橫筋的試樣(長度270 mm～285 mm)，每一規(guī)格為4個(gè)試樣.將其中的2根做冷彎試驗(yàn)，彎心直徑6 d0，冷彎180°;另外2根將雙鋼筋的橫筋剪斷后，做成四個(gè)單肢試樣.其中2個(gè)單肢試樣做抗拉試驗(yàn)與伸長率的測(cè)定;另外2個(gè)單肢試樣做剪切力(單剪)試驗(yàn).雙鋼筋剪切力與單肢拉伸試驗(yàn)，在WE—100 A或WE—100 B型萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行.雙鋼筋剪切試驗(yàn)采用JC-02型專用剪切器進(jìn)行測(cè)試，剪切時(shí)的測(cè)試加荷速度為0.1 kN/s～0.2 kN/s，對(duì)試件連續(xù)施荷直至其被剪斷為止，從測(cè)力度盤上讀出最大荷載，讀數(shù)精確至0.01 kN，每組剪切試驗(yàn)測(cè)出6個(gè)數(shù)據(jù).

3.1 低合金鋼雙鋼筋的單肢拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

3.1.1 試樣標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)距參用預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲將L0定為100 mm，用游標(biāo)卡尺讀數(shù)，精確到0.02 mm，量出標(biāo)距的實(shí)際精確長度L0.夾口距離(夾距)為150 mm.

3.1.2 試驗(yàn)方法

按GB/T 228-2010金屬拉伸試驗(yàn)方法進(jìn)行.對(duì)試樣的加荷速度為10 MPa/s，最大不超過12 MPa/s;將試件連續(xù)施荷直至拉斷，從測(cè)力度盤讀出最大荷載N，精確至0.05 kN，并按公式:fy=N/A(N/mm2)計(jì)算試樣的抗拉強(qiáng)度.式中，fy為抗拉強(qiáng)度，MPa;N為最大荷載，N;A為試件的公稱截面面積，mm2.

3.1.3 伸長率

對(duì)單肢試樣進(jìn)行拉伸，試樣被拉斷后，將試樣對(duì)齊靠緊，用游標(biāo)卡尺量出拉斷后的標(biāo)距L，并按公式:δ100=(L－L0)/L0計(jì)算出試樣的伸長率.式中，δ100為雙鋼筋單肢拉伸伸長率，%;L0為原標(biāo)距長，mm;L為拉斷后的標(biāo)距長，mm.

3.2 低合金鋼雙鋼筋的冷彎試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

按GB/T 232-2010金屬彎曲試驗(yàn)方法進(jìn)行.試驗(yàn)時(shí)，壓頭拐點(diǎn)位于試件中間橫筋處，壓頭為6 d0(d0為試樣直徑)，整條雙鋼筋彎曲180°.雙鋼筋經(jīng)冷彎后，在受彎區(qū)如果發(fā)生裂紋、斷裂、刺翹、起層、橫筋脫落，則判為冷彎不合格.反之則為合格(見圖2).

3.3 低合金鋼雙鋼筋取樣試驗(yàn)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)結(jié)果

通過對(duì)低合金鋼鋼材等材料的各種性能情況的調(diào)查和研究，以及按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50010—2010中規(guī)定的對(duì)鋼筋性能的各種要求，本試驗(yàn)的低合金鋼雙鋼筋的剪切力、單肢拉伸強(qiáng)度、伸長率，應(yīng)保證表1中規(guī)定的數(shù)值，同時(shí)保證冷彎試驗(yàn)必須合格.在所測(cè)試的數(shù)據(jù)中，只要有任何一個(gè)數(shù)據(jù)即剪切力、單肢拉伸強(qiáng)度、伸長率低于表1所規(guī)定的數(shù)值或冷彎不滿足要求，即定為不合格.

圖2 平焊抗彎及焊點(diǎn)冷彎試驗(yàn)示意圖

表1 低合金鋼雙鋼筋力學(xué)性能與工藝性能指標(biāo)

本試驗(yàn)在進(jìn)行過程中嚴(yán)格控制鋼筋的取樣和試化驗(yàn)，嚴(yán)格控制雙鋼筋的焊接，要求有焊工證的工人操作焊機(jī)，遵守試驗(yàn)前制定的試驗(yàn)規(guī)程.對(duì)每組剪切試驗(yàn)測(cè)出六個(gè)數(shù)據(jù)，經(jīng)取平均值后得出下面的試驗(yàn)成果(見表2).

表2 低合金鋼雙鋼筋機(jī)械性能試驗(yàn)表

4 結(jié)論

通過試驗(yàn)研究，低合金鋼雙鋼筋的塑性、延性、焊接性能和抗彎性能較好，符合建筑中對(duì)鋼筋的力學(xué)與工藝性能要求，且發(fā)現(xiàn)該構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度值超過760 N/mm2，實(shí)踐工程中，可將其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值定為460 N/mm2.隨著實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷增多，我們會(huì)對(duì)該值的取用更加合理，還有提高其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的可能性，以節(jié)省更多的鋼材.

試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在低合金鋼雙鋼筋的焊接中采用的橫筋為Q 235低碳鋼，其含碳量比縱筋低，焊接效果較好.鋼材的工藝焊接性能也稱為接合性能，是指在一定的焊接工藝下焊接接頭中出現(xiàn)各種裂紋及其他工藝缺陷的敏感性和可能性.鋼材的可焊性常用碳當(dāng)量Ceq來估計(jì)，當(dāng)碳當(dāng)量不大于0.55 %時(shí)認(rèn)為可焊性好.在以往的大量試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，橫筋也可采用Q 125的低碳鋼，其焊接效果也比較好.縱筋與橫筋的焊接質(zhì)量好，就加強(qiáng)了雙鋼筋在混凝土中的錨固，根據(jù)工程中的實(shí)際情況，用Q 235的低碳鋼作橫筋比較合理.

通過對(duì)鋼筋各種力學(xué)和工藝性能的試驗(yàn)研究，筆者認(rèn)為，新型低合金鋼雙鋼筋具有可喜的應(yīng)用前景，但對(duì)于鋼筋混凝土構(gòu)件除了保證鋼筋的各種物理力學(xué)性能和工藝性能要滿足要求之外，還要滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和裂縫寬度的要求.因此，要通過制作具體雙鋼筋混凝土試件和實(shí)際試驗(yàn)來說明問題.

［1］高兵.新型低合金鋼雙鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的機(jī)理研究及在基坑工程中的應(yīng)用［D］.長春:吉林大學(xué)，2007.

［2］倪國葳，姜登嶺，陳娟濃，祁佳睿.雙鋼筋混凝土梁的受彎試驗(yàn)及裂縫計(jì)算［J］.工業(yè)建筑，2009，39(6):59-61.

［3］趙材建，徐超，畢建東，高毅敏，徐滿昌，高兵.雙鋼筋混凝土構(gòu)件技術(shù)規(guī)程(DB22/T430-2006)［R］.吉林省建設(shè)廳，吉林省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合發(fā)布，2008.