卜云飛，呂明明，楊邯超，張毅博，劉 強，楊文強，顧民陽

（中建新疆建工（集團）有限公司西北分公司，西安 710000）

本項目位于西安市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)，東臨上林苑五路，南臨西部大道?？偨ㄖ娣e為73 695.99 m2。其中綜合樓建筑面積為48 085.59 m2，建筑高度86.5 m，地下一層，地上十八層，結(jié)構(gòu)形式為框剪結(jié)構(gòu)，建筑性質(zhì)為一類高層建筑，耐火等級為一級。

實際施工中運用強度高、性能好的鋼筋，不僅可以提高各構(gòu)件的受力特性，還可以節(jié)省鋼材，具有非常顯著的經(jīng)濟效益以及社會效益。自20世紀(jì)80年代以來，國外已開始普及采用400 MPa以上設(shè)計強度的高強鋼筋；日本和美國是最早開始發(fā)展高強鋼筋的國家，日本在20世紀(jì)90年代開始大力推廣設(shè)計強度500 MPa的鋼筋。美國鋼筋混凝土房屋建筑規(guī)范ACI318中已將420 MPa和520 MPa級鋼筋作為主要受力鋼筋[1]。Sumpter[2]通過對比高強鋼筋和普通鋼筋的混凝土構(gòu)件，結(jié)果表明，高強鋼筋能夠大大提高抗剪承載能力。而國內(nèi)對于高強鋼筋的研究和應(yīng)用還不夠全面，但正在積極推廣和優(yōu)先使用高強鋼筋。郭超等[3]通過不同構(gòu)件的計算分析，結(jié)果表明T63高強鋼筋具有較強的適用性和經(jīng)濟性，可以積極應(yīng)用，不僅有效減少了用鋼量，而且降低了結(jié)構(gòu)總造價。胡曉依[4]研究結(jié)果表明，高強鋼筋采用滾圓滾軋加工工藝，能夠有效提升其綜合機械性能。趙杰等[5]通過對冷作強化直螺紋套筒力學(xué)性能進行實驗研究，結(jié)果表明，應(yīng)用冷作強化直螺紋套筒時，在有耐火要求的情況下，需開展套筒入場防火性能檢驗。孫傳智等[6]對630 MPa超高強鋼筋進行靜力拉伸試驗，得到力學(xué)參數(shù)，通過采用低周疲勞特性評價，得到了630 MPa超高強鋼筋疲勞性能參數(shù)，建立了預(yù)測其疲勞壽命的公式模型，可以較為精確地對其進行疲勞模擬。白力更等[7]研究表明和超強鋼筋用作箍筋可以提高構(gòu)件抗震性能，另外超強鋼筋與高強混凝土組合不僅可以有效發(fā)揮各自優(yōu)勢，而且可以有效解決高強混凝土的脆性，為減少材料的使用節(jié)約資源，提供了有效的途徑。楊成學(xué)等[8]通過應(yīng)用超強鋼筋混凝土技術(shù)，不僅大幅度地減小了鋼筋用量，而且降低了成本費用，加快了工期速度。蔡忠奎等[9]通過將超強鋼筋與普通鋼筋混合配筋建立了混合配筋PSBC纖維模型，使用有限元分析，研究其抗震性能與自復(fù)位能力，研究結(jié)果表明，在PSBC中混合配筋可有效提升其自復(fù)位能力及位移延性。王志超等[10]通過對鋼筋套筒開裂原因的分析，結(jié)果表明開裂主要原因為鋼組織內(nèi)部存在不均勻的網(wǎng)狀體，以及存在有缺陷的魏氏組織。另外含有較多的非金屬雜質(zhì)，也相應(yīng)地增加了套筒的開裂。

1 高強鋼筋以及高強連接套筒應(yīng)用意義

T63高強鋼筋是一種新型的建筑用鋼，與普通鋼筋相比，具有強度高，抗震性能好，造價成本低，施工方便快捷等優(yōu)點；不僅是引領(lǐng)鋼鐵與建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的具有革命性的新材料，而且代表了未來建筑用鋼的方向。

（1）經(jīng)濟價值。應(yīng)用T63熱處理帶肋高強鋼筋替代HRB400鋼筋節(jié)省鋼筋用量達34%，節(jié)約材耗，降低成本；明顯降低布筋密度，提高鋼筋混凝土結(jié)合力，大幅度提升混凝土結(jié)構(gòu)的抗震強度與抗核沖擊波的能力；鋼筋綜合成本可節(jié)約11%以上，優(yōu)化企業(yè)的創(chuàng)新力與核心競爭力。

（2）社會價值。采用T63高強鋼筋會大大減少能源和資源的耗費，同時還減少污染排放，符合國家節(jié)能減排的基本政策，推動了低碳經(jīng)濟建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，為社會帶來巨大效益。

另外我國傳統(tǒng)的鋼筋連接所采用的焊接技術(shù)，受限于工藝、技術(shù)及生產(chǎn)環(huán)境等因素的干擾[11-12]，難以滿足施工環(huán)境的需求。因此對套筒接頭工藝和性能的研究有一定的必要性，這對提高鋼筋連接的技術(shù)應(yīng)用具有重要的意義?，F(xiàn)有工藝常出現(xiàn)鋼筋端頭螺紋精度差及強度低等缺點，這已是高強鋼筋機械連接應(yīng)用技術(shù)的重難點之一。因此加強對套筒接頭工藝和性能的研究，對施工工藝以及應(yīng)用安全等具有重要意義。

2 T63高強鋼筋及連接套筒優(yōu)勢對比

2.1 鋼筋力學(xué)性能優(yōu)勢對比

根據(jù)《熱處理帶肋高強鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》要求，試驗測試不同鋼筋型號的屈服強度、抗拉強度以及伸長率、強屈比、超屈比。結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同鋼筋性能對比

由圖1可知，T63高強鋼筋的屈服強度以及抗拉強度均高于其他型號鋼筋，T63與HRB500鋼筋對比可以看出，在強屈比與超屈比符合規(guī)范范圍內(nèi)，T63鋼筋抗拉強度高于HRB500鋼筋抗拉強度26.8%，屈服強度高于HRB500鋼筋26.7%；T63與HRB400鋼筋對比可以看出，T63鋼筋抗拉強度高于HRB400鋼筋抗拉強度28.4%，屈服強度高于HRB400鋼筋35.7%；T63與HRB335鋼筋對比可以看出，T63鋼筋抗拉強度高于HRB335鋼筋抗拉強度53.8%，屈服強度高于HRB335鋼筋46.4%。

綜上所述可以得出，在強屈比與超屈比符合規(guī)范范圍內(nèi)，T63超強鋼筋各方面性能均優(yōu)于普通鋼筋。鑒于上述T63鋼筋良好的力學(xué)性能，根據(jù)公式fyAs=F可知，要達到相同受力，提高鋼筋設(shè)計強度將會有效降低用鋼量。工程中常用的鋼筋（設(shè)計強度360 MPa），但如果選用T63高強鋼筋（設(shè)計強度630 MPa），理論上最大可降低用鋼量（1－360/630）×100%=43%。

2.2 連接套筒力學(xué)優(yōu)勢對比

單向拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)見表1，不同鋼筋套筒試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同鋼筋套筒試驗結(jié)果

表1 單向拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)

試驗結(jié)果表明，對于直徑20、22、25 mm的鋼筋套筒試件，經(jīng)過拉伸試驗后，其結(jié)果均大于標(biāo)準(zhǔn)值，對比相同直徑不同材質(zhì)的套筒實驗結(jié)果可以看出，T63高強套筒要優(yōu)于普通套筒，其中直徑25 mm的性能相比普通材質(zhì)提升約28%，直徑22 mm的性能相比普通材質(zhì)提升約27%，直徑20 mm的性能相比原材質(zhì)提升約30%。這為T63高強套筒用于工程中提供了更為安全的保障。

3 經(jīng)濟優(yōu)勢

截至2021年6月份普鋼5 186元/t，特鋼7 700元/t。由此計算，鋼筋單價見表2。本文以綜合樓1-18/E-L軸標(biāo)準(zhǔn)層為研究對象，如圖3和圖4所示。分別采用HRB400和T63高強鋼筋作為柱的受力筋配筋，比較兩種配筋方式在該類型下的經(jīng)濟指標(biāo)。

圖3 綜合樓標(biāo)準(zhǔn)層

圖4 廣聯(lián)達模型

表2 鋼筋單價

根據(jù)建立廣聯(lián)達算量模型得到梁、柱使用T63特鋼總重為1 147.34 t，替換為普鋼總重1 821.01 t，可以得出，T63超強鋼筋在能更好地保證安全性能的前提下，節(jié)約材料費用60萬余元，考慮工期以及人工費、管理費用合計約70萬余元。綜上所述，運用T63高強鋼筋不僅節(jié)約了鋼筋重量，節(jié)約了工期，而且降低了成本費用，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益巨大。

4 社會效益

節(jié)能減排已成為我國目前社會發(fā)展的重要一環(huán)，是可持續(xù)發(fā)展的基本國策的體現(xiàn)，因此高強鋼筋的推廣是建筑行業(yè)實施可持續(xù)發(fā)展的一項重要的技術(shù)革新。T63熱處理帶肋高強鋼筋，屈服強度標(biāo)準(zhǔn)值為630 MPa（抗拉強度設(shè)計值為545 N/mm2），替代HRB400普通鋼筋（抗拉強度設(shè)計值為360 N/mm2）可節(jié)省30%～43.7%的用鋼量，極大地提高了高強鋼筋應(yīng)用的性價比。據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計2017年全國中鋼協(xié)會會員單位螺紋鋼筋總產(chǎn)量達到20 724萬t。若以高強鋼筋替換HRB400鋼筋，按照25%鋼筋替換率計算，可替換HRB400鋼筋5 180余萬t。全年可節(jié)省2 220萬t以上的用鋼量（按節(jié)材率30%計算），減少鐵礦石消耗3 550萬t（按噸鋼消耗1.6 t礦石計算），節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)電煤達1 530萬t（按噸鋼耗能0.69 t煤計算），減少水消耗8 880萬t，減少二氧化碳排放5 330萬t（按噸鋼排放2.4 t計算），污水排放減少5 500萬t，符合國家節(jié)能減排基本國策，給國家?guī)砭薮笊鐣б?。大力推廣和應(yīng)用，既能給國家?guī)砭薮蟮纳鐣б?，同時也能為工程建設(shè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。應(yīng)用T63熱處理帶肋高強鋼筋優(yōu)勢巨大。

5 結(jié)束語

通過結(jié)合智能鉆探裝備及煤層氣開發(fā)產(chǎn)業(yè)基地項目特點，對高強鋼筋T63以及高強鋼筋連接套筒進行優(yōu)勢對比分析，證明了高強鋼筋T63在實際應(yīng)用中有較強的適用性和經(jīng)濟性，不僅降低用鋼量，節(jié)約工期以及總造價。同時促進了低碳經(jīng)濟建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，為社會帶來巨大效益，達到令人滿意的結(jié)果。在滿足設(shè)計和規(guī)范的前提下，主動創(chuàng)新，為建設(shè)單位及設(shè)計單位提供更為經(jīng)濟合理的方案，不僅達到了降本增效的目的，同時也為社會可持續(xù)發(fā)展貢獻了一份應(yīng)有的力量。