钢筋与预应力技术

1. 钢筋与预应力技术 单彩杰 010-88082618 shancaijie@cscec.com

2. 综述 • 1 钢筋技术现状—产量及用量 -普通钢筋年用量约1.2亿吨 -预应力筋年用量约380万吨 -钢筋焊接网用量50万吨以上 -接头用量约6亿件

3. 综述 • 1 钢筋技术现状—品种 热轧普通钢筋 -热轧带肋钢筋，Ⅱ、Ⅲ级钢，标准GB1499;屈服强度335 、400MPa,直径6-50mm; -热轧光圆钢筋，Ⅰ级钢，GB1499，屈服强度235MPa,常用直径5.5-12mm

4. 综述 • 1 钢筋技术现状—品种 • 冷加工钢筋 -冷轧带肋钢筋标准GB13788,其中屈服强度550MPa用作普通钢筋；屈服强度为650、800MPa用于中小型预应力构件。 -其他冷加工钢筋。

5. 综述 • 1 钢筋技术现状—品种-预应力筋 • 预应力筋 -预应力钢丝，GB/T5223,强度级别为1470-1860MPa,钢丝直径3-9mm（常用5mm），品种有消除应力钢丝和冷拔钢丝。 -预应力钢绞线，GB/T5224,强度级别1570-1860MPa,规格有1*7、1*2、1*3，常用直径15.2mm，强度1860MPa的七股钢绞线。

6. 综述 • 1 钢筋技术现状—品种-预应力筋 • 预应力钢棒，采用低合金盘条，经拉拔成型后最终进行热处理。有多种直径和强度级别，主用用于混凝土管桩和铁路轨枕。 • 精轧螺旋钢筋 直径25mm 32mm

7. 2 存在问题与对策 • 资源消耗高、污染排放大 • 材料用量大、加工损耗大 • 吨钢消耗：矿石1.6吨，煤0.62吨、水4.5吨 • 吨钢排放 CO2 1.6吨，SO21.8千克，粉尘 • 质量控制难，出现瘦身钢筋 • 制作安装效率低、人工成本高

8. 2 存在问题与对策 • 提高强度—采用高强钢筋及预应力筋 • 采用先进技术-后张拉、连接、锚固等。 • 提高效率—工厂化加工配送、规范化管理。

9. 3 主要技术 • 3.1 高强钢筋应用技术 • 3.2 钢筋焊接网应用技术 • 3.3 大直径钢筋直螺纹连接技术 • 3.4 无粘结预应力技术 • 3.5 有粘结预应力技术 • 3.6 索结构预应力施工技术 • 3.7 建筑用成型钢筋制品加工与配送 • 3.8 钢筋机械锚固技术

10. 3.1 高强钢筋应用技术 • 1. 400、500MPa级钢筋的发展概况 • 2009年我国建筑用钢筋的产销量约1.2亿吨左右，约占钢材总产量20%，其中235、335MPa级钢筋仍占60%以上，其余为HRB400钢筋。HRB400钢筋的用量经多年推广，已有较大进步，但仍未改变我国钢筋应用强度偏低的局面。 • 欧洲大多数国家400MPa级钢筋占总量的70%，500MPa级的钢筋占25%；德国主要采用420MPa和500MPa级钢筋；英国及东南亚一带主要使用460MPa级钢筋；从2007年起英国开始推广100%使用500MPa级钢筋。

11. HRB400、500级钢筋的技术指标 • 2 化学成分 • 对于400、500两种热轧钢筋，为保证钢筋力学性能和工艺性能，产品标准GB 1499.2-2007中提出了化学成分的上限值要求。 • GB 1499.2-2007标准中还对普通热轧钢筋和细晶粒热轧钢筋的区别作出规定：二者金相组织均为铁素体加珠光体，且不得有影响使用性能的其他组织存在；并提出细晶粒热轧钢筋是通过控轧和控冷工艺生产，且晶粒度不粗于9级。

12. 高强钢筋的优越性 • 3 500MPa钢筋的材料分项系数为1.15，高于其他强度等级钢筋的1.10，采用500MPa钢筋是适当提高混凝土结构可靠度水准的有力措施。通过设计比较得出，利用提高钢筋设计强度而不是增加用钢量来提高建筑结构的安全储备是一项经济合理的选择。

13. 4 在一般钢筋混凝土结构设计中，在钢材强度得到充分利用的情况下，采用1吨500级钢筋（设计强度435 Mpa）相当于1.45吨335级钢筋（设计强度300 Mpa）；采用1吨400级钢筋（设计强度360 Mpa）相当于1.2吨335级钢筋（设计强度300 Mpa）；综合考虑结构构造要求等，使用500、400级钢筋替代335级钢筋可节约钢材15%左右。从全社会角度，可缓解原材料生产、加工、交通运输、电力供应等行业的压力，同时减少了对环境的污染。

14. 高强钢筋的推广应用 • 5《混凝土结构设计规范》GB 50010、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204、《混凝土结构工程施工规范》等国家标准的制定、修订均已确定纳入500MPa钢筋的基本目标和原则，并针对高强钢筋的应用修订了裂缝控制、最小配筋率等技术规定。在2010年系列规范完成修订后，将形成以400MPa、500MPa级钢筋为主要受力钢筋的规范体系。

15. 3.2 钢筋焊接网应用技术 • 1 钢筋焊接网国内外发展概况 • 钢筋焊接网是在工厂制造，用专门的焊网机采用电阻点焊（低电压、高电流、焊接接触时间很短）焊接成型的网状钢筋制品。即纵向钢筋和横向钢筋分别以一定间距排列且互成直角，全部交叉点均用电阻点焊在一起的钢筋网片。多头点焊机用计算机自动控制生产，焊接质量良好，焊接前后钢筋的力学性能几乎没有变化，与20世纪五六十年代采用冷拔低碳钢丝生产的用于板类构件构造配筋用的焊接网有很大的不同。冷轧带肋钢筋由于三面带有横肋，易矫直，圆度好，焊点处纵横向钢筋能很好的熔为一体，是当前国内外最主要的焊接网品种。

16. 钢筋焊接网的技术特点 • 2 钢筋焊接网宜采用CRB550级冷轧带肋钢筋或HRB400级热轧带肋钢筋制作，也可采用CPB550级冷拔光面钢筋制作。 • 焊接网用钢筋的技术要求应符合现行国家标准《钢筋混凝土用钢筋焊接网》GB/T1499.3的规定。冷轧带肋钢筋焊接网由于钢筋三面带肋、圆度好，开盘矫直方便，焊接质量好，价格偏低，是目前国内外主要应用的焊接网品种，技术成熟，使用经验丰富。热轧带肋钢筋焊接网在国外已经应用，国内也有部分工程开始应用。由于热轧带肋钢筋延性好，除用于一般钢筋混凝土板类结构外，适用于有抗震要求的构件（如剪力墙底部加强区）配筋。由于热轧钢筋二面带肋圆度较差，给矫直增加一定困难，易扭曲，有时表面擦伤。

17. 钢筋焊接网的技术特点 • 3 钢筋焊接网一般分为定型焊接网和定制焊接网两种。定型焊接网有时也称为标准网，通用性较强，一般可在工厂提前预制，有大量库存、待用。在国外，焊接网应用较发达的国家标准网占主要比例，欧洲平均达70%左右。定型网在网片的两个方向上钢筋的间距和直径可不同，但在同一方向上一般采用同一牌号的钢筋并有相同的直径、间距和长度。网格尺寸为正方形或矩形，网片的宽度和长度可根据设备生产能力或由工程设计人员确定。考虑到工程中板、墙及桥面中各种可能配筋情况，使用规程（JGJ114-2003）附条A仅根据直径和网格尺寸推荐了包括10种直径和5种网格尺寸组合的定型钢筋焊接网。

18. 钢筋焊接网的规格宜符合下列规定： • ⑴钢筋直径：冷轧带肋钢筋为4-12mm，且在直径4-12mm范围内可采用0.5mm进级，受力钢筋焊接网的钢筋直径宜采用5-12mm，从构件耐久性考虑，直径5mm以下的钢筋不宜用作受力主筋；热轧带肋钢筋宜采用6-16mm。⑵焊接网长度不宜超过12m，宽度不宜超过3.3m，主要考虑焊网机的能力及运输条件的限制。⑶焊接网制作方向的钢筋间距宜为100mm、150mm或200mm；与制作方向垂直的钢筋间距宜为100-400mm，且宜为10mm的整倍数。当双向板采用双层配筋时，非受力方向钢筋间距可适当增大。

19. 4 钢筋焊接网的优点 • (1)显著提高钢筋工程质量 • 焊接网的网格尺寸非常规整，远超过手工绑扎网，网片刚度大、弹性好、浇筑混凝土时钢筋不易被局部踏弯，混凝土保护层厚度易于控制均匀。 • (2)明显提高施工速度 • 在钢筋用量相同（如10kg/㎡）的前提下，1000kg焊接网如按单层铺放约需4个多工时，如采用双层网需6个多工时，而手工绑扎需22个工时。焊接网铺放时间仅为手工绑扎时间的20~30%。根据国内一批房屋工程和桥面铺装的统计结果，与绑扎网相比大约可节省人工50~70%。 • (3)增强混凝土抗裂性能 • 传统配筋在纵横钢筋交叉点使用钢丝人工绑扎，绑扎点处易滑动，钢筋与混凝土握裹力较弱，易产生裂缝。焊接网的焊点不仅能承受拉力，还能承受剪力，纵横向钢筋形成网状结构共同起粘结锚固作用。当焊接网钢筋采用较小直径、较密的间距时，由于单位面积焊接点数量的增多，更有利于增强混凝土的抗裂性能，有利于减少或防止混凝土裂缝的产生与发展。 • (4)具有较好的综合经济效益 • 采用焊接网节省大量现场绑扎人工和施工场地，可以做到文明施工，使钢筋工程质量有明显提高。

20. 3.3 大直径钢筋直螺纹连接技术 • 二十世纪七十年代, 国外工业发达国家如德国、美国、法国、日本、英国等国开始发展钢筋机械连接技术, 包括套筒挤压接头、锥螺纹接头、直螺纹接头、水泥灌浆接头、溶融金属充填接头等多种机械连接类型，并在混凝土工程中得到广泛应用。 • 我国于二十世纪八十年代后期开始发展套筒挤压接头和锥螺纹钢筋接头，并在混凝土工程中获得普遍推广应用。九十年代后期，我国自主开发出镦粗直螺纹钢筋接头，随后又开发出滚轧直螺纹钢筋接头。

22. 发展概述 • 2003年、2010年我国又公布实施了新修订版《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107-2003及《钢筋机械连接技术规程》JGJ107-2010，对接头的分级、性能指标、及接头的应用作了较大调整，将原来的接头等级A级、B级、C级修改为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级接头，原A 级接头相当于新标准Ⅱ级接头，并增加了一个更高质量等级的Ⅰ级接头，同时放松了Ⅰ级接头在结构中的应用部位的限制，从而为施工单位方便施工，满足某些特殊工况条件下在同一截面连接钢筋的要求创造了条件并提供了技术依据。

23. 3.4 后张无粘结预应力技术 • 无粘结预应力成套技术包括采用挤出涂塑工艺制作无粘结筋的生产线及工艺参数，张拉锚固配套机具，以及无粘结预应力混凝土结构设计与施工方法。 • 无粘结预应力筋由单根钢绞线涂抹建筑油脂外包塑料套管组成，它可象普通钢筋一样配置于混凝土结构内，待混凝土硬化达到一定强度后，通过张拉预应力筋并采用专用锚具将张拉力永久锚固在结构中。其技术内容主要包括材料及设计技术、预应力筋安装及单根钢绞线张拉锚固技术、锚头保护技术等，详细内容请见《无粘结预应力混凝土结构技术规程》（JGJ 92—2004)。

24. 技术指标及适用范围 • 无粘结预应力技术用于混凝土楼盖结构可用较小的结构高度跨越大跨度，对平板结构适用跨度为7-12米，高跨比为1/40-1/50；对密肋楼盖或扁梁楼盖适用跨度为8-18米，高跨比为1/20-1/28。在高层或超高层楼盖建筑中采用该技术可在保证净空的条件下显著降低层高，从而降低总建筑高度，节省材料和造价；在多层大面积楼盖中采用该技术可提高结构性能、简化梁板施工工艺、加快施工速度、降低建筑造价。 • 该技术可用于多、高层房屋建筑的楼盖结构、基础底板、地下室墙板等，以抵抗大跨度或超长度混凝土结构在荷载、温度或收缩等效应下产生的裂缝，提高结构、构件的性能，降低造价。也可用于筒仓、水池等承受拉应力的特种工程结构。

25. 3.5 后张有粘结预应力技术 • 我国预应力技术从50年代初起步，一开始主要是采用冷拉钢筋制作有粘结预应力预制构件，随着高强预应力钢丝、钢绞线材料的应用和预应力设计、施工、工艺技术的发展，70年代中国建筑科学研究院研制成功JM15锚具，80年代研制成功锚固多根钢绞线及平行钢丝束的XM、QM、OVM锚具及相应的联接器，这些材料、技术及其标准规范的配套完善，促进了有粘结预应力技术迅速在房建、桥梁、水工和特种结构工程中广泛应用，取得了明显的经济和社会效益。

26. 基本原理及主要技术内容 • 有粘结预应力技术采用在结构或构件中预留孔道,待混凝土硬化达到一定强度后，穿入预应力筋，通过张拉预应力筋并采用专用锚具将张拉力锚固在结构中，然后在孔道中灌入水泥浆。其技术内容主要包括材料及设计技术、成孔技术、穿束技术、大吨位张拉锚固技术、锚头保护及灌浆技术等。

27. 扁管有粘结预应力技术用于平板混凝土楼盖结构，适用跨度为8-15米，高跨比为1/40-1/50；圆管有粘结预应力技术用于单向或双向框架梁结构，适用跨度为12-40米，高跨比为1/18-1/25。在高层楼盖建筑中采用扁管技术可在保证净空的条件下显著降低层高，从而降低总建筑高度，节省材料和造价；在多层、大面积框架结构中采用有粘结技术可提高结构性能、节省钢筋和混凝土材料，降低建筑造价。扁管有粘结预应力技术用于平板混凝土楼盖结构，适用跨度为8-15米，高跨比为1/40-1/50；圆管有粘结预应力技术用于单向或双向框架梁结构，适用跨度为12-40米，高跨比为1/18-1/25。在高层楼盖建筑中采用扁管技术可在保证净空的条件下显著降低层高，从而降低总建筑高度，节省材料和造价；在多层、大面积框架结构中采用有粘结技术可提高结构性能、节省钢筋和混凝土材料，降低建筑造价。

28. 3.6 索结构预应力施工技术 • 索结构在上世纪五、六十年代在我国得到应用，典型工程如北京工人体育馆、浙江省体育馆等，但由于索体材料和防腐及锚固技术不能较好地满足要求，应用范围很小。上世纪八十年代中期以后，随着预应力钢绞线、钢丝材料技术及锚固技术的发展，特别是整体拉索防护技术的发展，索结构得到进一步应用。典型工程如吉林滑冰馆、青岛体育馆、潮州体育馆、北京奥体中心游泳馆、综合馆等一批大型体育建筑；特别是在桥梁工程中斜拉索得到广泛应用，我国建起了数十座大跨度斜拉桥，我国斜拉桥建设的数量、跨度和成套技术处于世界领先地位。

29. 本工程屋架采用预应力张弦结构，张弦桁架的预应力系统采用20根5×163×80的预应力钢束 ，并施加 526----636千牛不等的张拉应力，是目前国内同类结构中为数不多的超大跨度空间张弦结构。

31. 基本原理及主要技术内容 • 以索作为主要结构受力构件而形成的结构称为索结构，索结构可分为索桁架、索网、索穹顶、张弦梁、悬吊索和斜拉索等，索结构一般通过张拉或下压建立预应力。其主要技术包括拉索材料及制作技术、拉索节点及锚固技术、拉索安装及张拉技术、拉索防护及维护技术等。

32. 技术指标及适用范围 • 拉索采用高强度材料制作，作为主要受力构件，其索体性能应符合《桥梁缆索用热镀锌钢丝》（GB/T17101）、《预应力混凝土用钢绞线》、《钢丝绳》等相关标准。拉索采用的锚固装置应满足《预应力筋用锚具、夹具和连接器》及相关钢材料标准。拉索的静载破断荷载一般不小于索体标准破断荷载的95%，破断延伸率不小于2%，拉索的使用应力一般在0.4-0.5倍标准强度。当有疲劳要求时，拉索应安规定进行疲劳试验。

33. 适用范围 • 该技术可用于大跨度建筑工程的屋面结构、楼面结构等，可以单独用索形成结构，也可以与网架结构、桁架结构、钢结构或混凝土结构组合形成杂交结构，以实现大跨度，并提高结构、构件的性能，降低造价。该技术还可广泛用于各类大跨度桥梁结构和特种工程结构。

34. 3.7 建筑用成型钢筋制品加工与配送 • 建筑用成型钢筋制品加工与配送是指在固定的加工厂,利用盘条或直条钢筋经过一定的加工工艺程序,由专业的机械设备制成钢筋制品供应给项目工程。钢筋专业化加工与配送技术主要包括： • 钢筋制品加工前的优化套裁、任务分解与管理； • 线材专业化加工——钢筋强化加工，带肋钢筋的开卷矫直，箍筋加工成型等； • 棒材专业化加工——定尺切断，弯曲成型，钢筋直螺纹加工成型等； • 钢筋组件专业化加工——钢筋焊接网，钢筋笼，梁，柱，桁架等； • 钢筋制品的科学管理、优化配送。 • 对于施工周期长的大型工程，为降低运输费用也可以将钢筋加工厂设在施工现场附近。钢筋加工的生产方式分为按设计要求的定制生产和按标准规定的定型生产。成型钢筋制品主要包括单件成型钢筋制品、组合成型钢筋制品。

35. 3.7 建筑用成型钢筋制品加工与配送 • 钢筋成型成套设备全部采用PCC、B&R控制技术，GSL最大剪切力500T，剪切能力5×50mm、20×28mm、40×16mm；GW-robot弯曲能力1×50mm、3×28mm、4×16mm； GT最大矫直HRB500钢筋直径16mm、最大速度180m/min；GSB最大弯箍直径1×16mm、2×12mm、生产箍筋1800个/小时。主要有GSL500、GSL300、GSL100，GW-robot50、GW-classic50，GT16、GT12，GSB16、GSB12R等系列产品。实现了棒材钢筋与线材自动定尺、切断、收集、输送、弯曲（弯箍）成型、成品收集等工序，大幅度提高了生产效率和钢筋成材率，减少了钢筋吊运和操作人工。

36. 3.7 建筑用成型钢筋制品加工与配送 • 钢筋加工专业化程度高低反映了一个国家建筑工业化和施工技术的发展水平，发展钢筋加工专业化的目的是为了改变我国钢筋加工分散落后面貌，以先进技术装备打造专业化施工队伍、实现规模化经营。该项技术的最大优势是坚持以人为本，减轻劳动者作业强度，提高作业效率，提高钢筋加工制品质量，减小材料损耗，降低能耗和排放，降低工程施工成本，提高施工企业核心竞争能力，满足绿色建筑施工的发展要求。

37. 3.8 钢筋机械锚固技术 • 钢筋的锚固是混凝土结构工程中的一项基本技术。该项钢筋机械锚固技术为混凝土结构中的钢筋锚固提供了一种全新的机械锚固方法，该技术是将螺帽与垫板合二为一的锚固板通过直螺纹连接方式与钢筋端部相连形成钢筋机械锚固装置。锚固板分为“部分锚固板”和“全锚固板”二种，部分锚固板与钢筋组装后称为部分锚固板钢筋，其锚固作用机理为：钢筋的锚固力由埋入段钢筋与混凝土之间的粘结力和锚固板的局部承压力共同承担。全锚固板与钢筋组装后称为全锚固板钢筋，其锚固能力可完全由锚固板的局部承压力提供，因此特别适用于梁、板抗剪钢筋等场合使用。

38. 锚固板钢筋受力机理示意图

39. 工艺流程 • 施工工艺流程：施工准备→工艺检验→钢筋切割→钢筋端部滚轧螺纹→螺纹检验→安装锚固板→锚固板钢筋拧紧扭矩检查。

40. 适用范围 • 该技术适用于混凝土结构中钢筋的机械锚固，用锚固板钢筋代替传统弯筋和直钢筋锚固，其主要适用范围有：框架结构梁柱节点；简支梁支座、梁或板的抗剪钢筋；以及桥梁、水工结构、地铁、隧道、核电站等各类混凝土结构工程的钢筋锚固；且可用作钢筋锚杆（或拉杆）的紧固件等。

41. 典型应用 • 该项钢筋机械锚固技术已在核电工程、水利水电、房屋建筑等工程领域得到较为广泛地应用，典型的核电工程如：浙江三门AP1000核电站、山东海阳AP1000核电站、秦山核电二期扩建、方家山核电站等；典型的水利水电工程如：溪洛渡水电站；典型的房屋建筑如：太原博物馆、深圳万科第五园工程、怀来建设局综合楼等项目，受到用户的普遍欢迎。

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