低合金钢双钢筋的力学性能试验研究*

高兵 王勃

(吉林建筑工程学院土木工程学院，长春130118)

双钢筋也称现代增强钢筋，是由两条平行的经冷拔加工而成的纵筋与若干先冷拔后冷轧加工而成的横筋，经平焊在一起形成的一种新型钢筋.采用低合金双钢筋技术，可以改善钢筋与混凝土的粘结作用，从而改善钢筋混凝土受弯构件的裂缝分布，减小裂缝宽度，使裂缝开展呈现细而密的特征［1］.

1 国内外双钢筋技术的发展

双钢筋技术是奥地利AVI—EVG公司首先研制并获得成功(见图1).其后，许多国家相继引进此项技术，在工程领域大量采用，获得了巨大的经济效益.在发达国家，该技术除用于各种梁、板构件外，还用于大直径的筒仓、框架及大跨度飞机库的刚架等结构中.

图1 低合金钢双钢筋

我国对于双钢筋技术的研究是从国外公布的双钢筋照片及产品简介开始的.目前，全国各地均有学者研究双钢筋技术.在实践工程中影响比较大的是北京亚运村项目，采用了双钢筋叠合楼板技术，实践告诉我们，双钢筋技术可节省工期，降低造价，是十分有发展前途的一项技术.但是，目前我国对双钢筋技术的研究水平与国外相比还存在较大差距.对此项技术的应用还停留在板类构件中，因此，对该项技术的研究还有相当长的路要走.

2 国内外双钢筋构造尺寸对比研究

双钢筋的梯格尺寸对混凝土的裂缝宽度有较大影响，上海的双钢筋轴拉试验表明，当主筋间距由20 mm增大到30 mm，其平均裂宽增大都在一倍以上［2］.

奥地利双钢筋的基本梯格构造尺寸为20 mm×95 mm，这种梯格尺寸是经过2年的选型才确定的，它适用于板梁、框架、筒仓等各类混凝土结构中.

通过多次对比试验得出，在我国，低合金钢双钢筋混凝土构件中的钢筋梯格尺寸取为20 mm×90 mm较为合理，此时裂缝宽度一般为0.1 mm～0.2 mm，满足我国规范对裂缝最小宽度的要求，既可以合理应用该钢筋的高强度，又可显示出它的节钢效果［3］.

3 低合金钢双钢筋的力学特性与工艺性能试验

低合金钢双钢筋的取样按金属拉伸试验试样进行.从制成的低合金钢双钢筋上的任意端截去1～2梯格后，取一根含有3个横筋的试样(长度270 mm～285 mm)，每一规格为4个试样.将其中的2根做冷弯试验，弯心直径6 d0，冷弯180°;另外2根将双钢筋的横筋剪断后，做成四个单肢试样.其中2个单肢试样做抗拉试验与伸长率的测定;另外2个单肢试样做剪切力(单剪)试验.双钢筋剪切力与单肢拉伸试验，在WE—100 A或WE—100 B型万能试验机上进行.双钢筋剪切试验采用JC-02型专用剪切器进行测试，剪切时的测试加荷速度为0.1 kN/s～0.2 kN/s，对试件连续施荷直至其被剪断为止，从测力度盘上读出最大荷载，读数精确至0.01 kN，每组剪切试验测出6个数据.

3.1 低合金钢双钢筋的单肢拉伸试验标准

3.1.1 试样标准

标距参用预应力混凝土用钢丝将L0定为100 mm，用游标卡尺读数，精确到0.02 mm，量出标距的实际精确长度L0.夹口距离(夹距)为150 mm.

3.1.2 试验方法

按GB/T 228-2010金属拉伸试验方法进行.对试样的加荷速度为10 MPa/s，最大不超过12 MPa/s;将试件连续施荷直至拉断，从测力度盘读出最大荷载N，精确至0.05 kN，并按公式:fy=N/A(N/mm2)计算试样的抗拉强度.式中，fy为抗拉强度，MPa;N为最大荷载，N;A为试件的公称截面面积，mm2.

3.1.3 伸长率

对单肢试样进行拉伸，试样被拉断后，将试样对齐靠紧，用游标卡尺量出拉断后的标距L，并按公式:δ100=(L－L0)/L0计算出试样的伸长率.式中，δ100为双钢筋单肢拉伸伸长率，%;L0为原标距长，mm;L为拉断后的标距长，mm.

3.2 低合金钢双钢筋的冷弯试验标准

按GB/T 232-2010金属弯曲试验方法进行.试验时，压头拐点位于试件中间横筋处，压头为6 d0(d0为试样直径)，整条双钢筋弯曲180°.双钢筋经冷弯后，在受弯区如果发生裂纹、断裂、刺翘、起层、横筋脱落，则判为冷弯不合格.反之则为合格(见图2).

3.3 低合金钢双钢筋取样试验的评定标准及试验结果

通过对低合金钢钢材等材料的各种性能情况的调查和研究，以及按《混凝土结构设计规范》GB 50010—2010中规定的对钢筋性能的各种要求，本试验的低合金钢双钢筋的剪切力、单肢拉伸强度、伸长率，应保证表1中规定的数值，同时保证冷弯试验必须合格.在所测试的数据中，只要有任何一个数据即剪切力、单肢拉伸强度、伸长率低于表1所规定的数值或冷弯不满足要求，即定为不合格.

图2 平焊抗弯及焊点冷弯试验示意图

表1 低合金钢双钢筋力学性能与工艺性能指标

本试验在进行过程中严格控制钢筋的取样和试化验，严格控制双钢筋的焊接，要求有焊工证的工人操作焊机，遵守试验前制定的试验规程.对每组剪切试验测出六个数据，经取平均值后得出下面的试验成果(见表2).

表2 低合金钢双钢筋机械性能试验表

4 结论

通过试验研究，低合金钢双钢筋的塑性、延性、焊接性能和抗弯性能较好，符合建筑中对钢筋的力学与工艺性能要求，且发现该构件的标准抗拉强度值超过760 N/mm2，实践工程中，可将其抗拉强度设计值定为460 N/mm2.随着实践经验的不断增多，我们会对该值的取用更加合理，还有提高其强度设计值的可能性，以节省更多的钢材.

试验中发现，在低合金钢双钢筋的焊接中采用的横筋为Q 235低碳钢，其含碳量比纵筋低，焊接效果较好.钢材的工艺焊接性能也称为接合性能，是指在一定的焊接工艺下焊接接头中出现各种裂纹及其他工艺缺陷的敏感性和可能性.钢材的可焊性常用碳当量Ceq来估计，当碳当量不大于0.55 %时认为可焊性好.在以往的大量试验中发现，横筋也可采用Q 125的低碳钢，其焊接效果也比较好.纵筋与横筋的焊接质量好，就加强了双钢筋在混凝土中的锚固，根据工程中的实际情况，用Q 235的低碳钢作横筋比较合理.

通过对钢筋各种力学和工艺性能的试验研究，笔者认为，新型低合金钢双钢筋具有可喜的应用前景，但对于钢筋混凝土构件除了保证钢筋的各种物理力学性能和工艺性能要满足要求之外，还要满足结构强度、刚度和裂缝宽度的要求.因此，要通过制作具体双钢筋混凝土试件和实际试验来说明问题.

［1］高兵.新型低合金钢双钢筋混凝土结构强度的机理研究及在基坑工程中的应用［D］.长春:吉林大学，2007.

［2］倪国葳，姜登岭，陈娟浓，祁佳睿.双钢筋混凝土梁的受弯试验及裂缝计算［J］.工业建筑，2009，39(6):59-61.

［3］赵材建，徐超，毕建东，高毅敏，徐满昌，高兵.双钢筋混凝土构件技术规程(DB22/T430-2006)［R］.吉林省建设厅，吉林省质量技术监督局联合发布，2008.