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地震频发让抗震钢筋崛起,2013年高强钢筋在建筑工程中用量约占钢筋总用量70%

地震频发让抗震钢筋崛起

近日召开的第三届高强钢筋及钢结构用钢推广应用研讨会上传出消息,我国高强钢筋推广应用取得显著成绩。根据住建部与工信部通报的2013年高强钢筋推广应用情况,主要钢筋生产省,2013年高强钢筋产量约占热轧钢筋总产量80%,示范地区达到90%,提前达到两部委提出的“十二五”工作目标,主要规格品种能够满足市场需求;各省上报的应用数据显示,2013年高强钢筋在建筑工程中用量约占钢筋总用量70%,超出两部委提出的“十二五”工作目标5个百分点,示范地区达到75%。

“十三五”期间,我国建筑业迎来绿色发展的新时代,微合金化高强钢筋将追求功能化,即向抗震、耐腐蚀、耐低温、耐火方向发展。尤其是近几年,我国地震频发,建筑物的抗震性能成为建筑设计中的重要内容,中国汶川、玉树地震,以及海地、智利、日本地震发生后,建筑物的抗震性能进一步引起了社会各界的关注。

近日召开的第三届高强钢筋及钢结构用钢推广应用研讨会上传出消息,我国高强钢筋推广应用取得显著成绩。根据住建部与工信部通报的2013年高强钢筋推广应用情况,主要钢筋生产省,2013年高强钢筋产量约占热轧钢筋总产量80%,示范地区达到90%,提前达到两部委提出的“十二五”工作目标,主要规格品种能够满足市场需求;各省上报的应用数据显示,2013年高强钢筋在建筑工程中用量约占钢筋总用量70%,超出两部委提出的“十二五”工作目标5个百分点,示范地区达到75%。

抗震建筑结构要求使用具有抗震性能的钢筋,即在建筑物受到地震波冲击时,可延缓建筑物断裂发生的时间,避免建筑物在瞬间整体倒塌,从而提高建筑物的抗震性能。因此在抗震结构中,要求钢筋有一个较长的屈服平台,有很好的延性,同时钢筋实际屈服强度相对于屈服强度标准值不宜过高。

高强钢筋是指抗拉屈服强度达到400兆帕级及以上的螺纹钢筋,具有强度高、综合性能优的特点,用高强钢筋替代惯常使用的335兆帕级螺纹钢筋,平均可节约钢材12%以上。高强钢筋作为节材节能的环保产品在建筑工程中大力推广应用,对推动钢铁工业和建筑业结构调整、转型升级具有重大意义。为此,住建部和工信部出台了《关于加快应用高强钢筋的指导意见》。

发达国家对抗震钢筋提出了明确的指标要求。首先,抗震钢筋需要有高强度。欧洲标准明确指出抗震钢筋强度要达到400MPa、500MPa级别。其次,对钢筋的塑性指标提出了更高要求,包括强屈比大于1.25、均匀伸长率大于10%。再次,要求钢筋性能的一致性,即要求屈服点波动范围窄,实际屈服点与指标值之比小于1.30。

中钢协副会长王晓齐强调,下一步要继续加速淘汰335兆帕级螺纹钢筋,优先使用400兆帕级螺纹钢筋,并积极推广500兆帕级螺纹钢筋。

参照国外标准,我国《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499.2-2007标准明确地提出了抗震钢筋的要求。即与普通钢筋相比,抗震钢筋的性能指标增加了强屈比、屈标比、最大力总伸长率三项质量特征值,即R0m/R0eL≤1.25,R0m/ReL≤1.30,Agt≥9%。如果抗震钢筋具有较高的强度和良好的塑韧性,那么就可以使钢筋从变形到断裂的时间间隔变长,有效达到“建筑结构发生变形到倒塌的时间间隔尽可能延长”“牺牲局部保整体”的抗震设计目的。

而从目前的实际情况来看,高强钢筋的推广工作仍面临着一些挑战。江苏省经信委原材料工业处处长林乐福就表示,供需信息不对称、设计和施工领域过渡不畅、加工配送体系不健全、与相关标准的衔接等问题制约了推广应用工作的开展。

另外,由于钢材在强烈的地震作用下的高应变低周期疲劳性能和在静载下的性能是不同的,必须根据钢材在强震作用下的应力变形特征,提出抗震钢的性能指标。这些指标应包括高应变低周期疲劳性能、应变时效敏感性、冷脆转变温度、可焊接性、强度与塑性的配合。

王晓齐坦言,如今下游行业对钢铁产品的需求已不再是简单的材料供给,而是从组织生产、质量保证、技术服务到材料加工、零部件制造、物流配送,甚至资金等方面全方位的服务。目前钢铁企业与下游产业融合度低,钢铁产品研发、生产和应用环节的联系不紧密,这大大削弱了产业链竞争力。

近年来,在许多高层钢筋混凝土结构和钢混结构的设计中,均加大了抗高烈度地震的要求。地震中钢筋受到反复拉压的强力作用,必然产生变形,建筑楼层间的位移角可达到1/650~1/800,因此要求钢筋应具有对地震能量的吸收潜力。这一潜力往往以钢筋所受的最大应力、最大应变和持续时间三者的乘积来表征。其乘积值越大,表明钢筋对地震能量的吸收能力越强。

王晓齐建议,钢铁业和建筑业紧密合作,继续扩大推广高强钢筋的应用成果。“钢铁企业要加强用户先期介入、产品联合研发、制造、与下游用户建立信息交流平台,深入研究用户产品个性化需求,注重应用技术的研发,只有在建筑行业和钢铁行业精诚合作的条件下,推广应用高强度钢筋的工作才会取得更大的进步。”

我国GB1499.2-2007规定抗震钢筋按屈服强度特征值分为355MPa、400MPa、500MPa级别(牌号分别为HRB335E、HRB400E、HRB500E),400MPa、500MPa强度级别为高强抗震钢筋,具有强度高、安全储备量大、节省钢材用量、施工方便等优越性,更适用于高层、大跨度和抗震建筑结构,是一种更节约、更高效的新型建筑材料。目前,在我国已修订完成的GB1499.2-2013中,335MPa强度级别尺寸规格限制为ф14mm以下,并增加了600MPa强度级别钢筋。

为了保证HRB400E、HRB500E抗震钢筋具有较为稳定的力学性能和组织形态,钢铁企业生产工艺中的化学成分设计要考虑两个方面:一方面是常规元素含量,另一方面是微合金元素含量。

在微合金元素的利用上,目前通常采用Ti、V元素,这些元素对C都具有很强的亲和力,可以形成碳氮化物。这些微合金碳氮化合物在轧制过程中析出,产生沉淀强化作用,使钢的强度提高。同时,这些碳氮化合物在铁素体基体、晶界、位错线上析出,可有效阻止铁素体晶粒的长大,起到细化晶粒的作用。再加上这些元素的固溶强化作用,就可以显著提高钢的强度。相比之下,Nb在沉淀强化及细化铁素体晶粒方面的作用更强一些。

我国GB1499.2-2007标准发布实施后,微合金化高强螺纹钢筋生产企业通过加强设备改造、工艺改进、技术创新等,积极开展技术攻关,提高产品质量,研发抗震钢筋,取得了很好的成绩。据统计,获抗震钢筋HRB335E、HRB400E、HRB500E钢筋许可证的厂家以大中型企业为主。随着《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)的颁布,微合金化高强抗震钢筋用量将逐步增大,申请生产微合金化高强抗震钢筋的企业也会随之增加。从企业的装备来看,大部分钢铁企业都具备生产微合金化高强抗震钢筋的能力。

国家建筑钢材质量监督检验中心统计了近8年几千个微合金化高强抗震钢筋产品检测数据。数据表明,我国微合金化高强抗震钢筋产品的各项主要指标稳定,完全满足标准要求,实物质量处于较高的水平。

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