国内外高强钢筋的研发与应用概况 --- 山东省工程建设造价服务信息网

一、国外高强钢筋应用情况
    目前，国外混凝土结构所采用的钢筋等级基本上以300MPa级、400MPa级、500MPa级三个等级为主，工程中普遍采用400MPa级及以上高强钢筋，其用量一般达70%～80%，其中以400MPa级的应用为主。
    对于国土面积比较小且非地震区的发达国家（如英国、德国）直接采用了一个品种的500MPa级钢筋。其主要原因是对钢筋不需要有抗震性能的要求，同时这些国家的总体建设量也不大。钢筋牌号种类少也方便了钢筋的生产加工、市场供应、工程设计与施工应用等环节。
    澳大利亚采用250MPa级、500MPa级两个强度等级，新西兰则采用300MPa级、500MPa级钢筋。
    欧洲的钢筋应用强度等级较高，欧盟规范EN1992钢筋强度规定为400～600MPa级，其主要原因是欧洲绝大部分地区属非地震区（只有南欧的意大利、西班牙等有抗震要求），对钢筋延性要求不高。而追求高强度，欧洲绝大部分地区采用余热处理的高强钢筋。为适应南欧地震区建筑抗震的要求，欧盟规范对钢筋也特别提出了延性指标，分为A、B、C三个等级，其中C级延性有极限应变大于等于7.5%的要求（这个极限应变性能与我国普通热轧带肋钢筋的均匀伸长率一致，但小于我国带E有抗震性能要求的钢筋）。欧盟规范中的S450高强钢筋（延性等级C），主要用于南欧地震区抗震构件的配筋。
    日本钢筋混凝土结构用钢筋规范（JIS G3112）与我国目前钢筋标准比较一致，钢筋分为热轧光圆钢筋与热轧带肋钢筋，对于光圆钢筋有SR235（屈服强度235MPa以上）、SR295（屈服强度295MPa以上）；对于热轧带肋钢筋有SD295（屈服强度295MPa）、SD345（屈服强度345MPa）、SD390（屈服强度390MPa）、SD490（屈服强度490MPa）。日本是一个地震多发国家，早期的高层建筑大多采用钢结构或型钢混凝土结构，从20世纪80年代末开始，为推广混凝土结构在高层建筑中的应用，从1988～1993年启动了“新钢筋混凝土（NewRC）”项目的应用研发工作。该项研发工作中用于柱纵向配筋的钢筋的强度等级为USD685（屈服强度为685MPa，但至今未列入JIS G3112标准），但所有研究工作没有涉及混凝土受弯构件在使用极限状态的裂缝、刚度等性能研究。研究成果应用于相关试点工程，这些试点工程中应用SD390钢筋占10.7%，SD490高强钢筋的占60.7%，USD685高强钢筋的比例为28.6%。USD685高强钢筋主要应用于高层建筑的柱，加强了箍筋的约束作用，并都采用强度为60MPa的高强混凝土。
    美国钢筋混凝土房屋建筑规范（ACI 318）对混凝土结构用钢筋主要依据ASTM（American Society for Testing and Materials，美国材料与试验协会）标准。ASTM A706为混凝土配筋用低合金带肋钢筋，其强度等级为60级（屈服强度60000psi，420MPa），钢筋的均匀伸长率按不同直径分别为10%～14%；ASTM A615为钢筋混凝土配筋用碳钢带肋钢筋与光圆钢筋标准，钢筋的强度等级分别为40级（屈服强度40000psi，280MPa）、60级（屈服强度60000psi，420MPa）、75级（屈服强度75000psi，520MPa），40级钢筋作为结构的辅助配筋。对光圆钢筋，美国钢筋混凝土房屋建筑规范规定仅用于螺旋箍筋，大量箍筋与构造配筋要求采用带肋钢筋，这主要是考虑到带肋钢筋有较好的锚固性能，以控制裂缝与改善结构性能。美国西海岸加利福尼亚州为强地震区，为保证混凝土结构的抗震性能，美国混凝土结构规范（ACI 318）对地震区混凝土结构的钢筋提出了强度等级与性能要求。用于有抗震性能要求的框架与剪力墙设计时，钢筋的强度等级应采用ASTM A706标准中的低合金钢（该标准仅为一种60级低合金钢）或采用ASTM A615中碳钢的40级与60级钢筋，同时必须满足实测屈服强度不高于标准屈服强度18000psi（屈服强度124MPa）、实测抗拉强度与实测屈服强度之比（强屈比）不小于1.25的要求。这主要是从结构的延性考虑，60级钢筋（屈服强度420MPa）比75级钢筋（屈服强度520MPa）有更好的延性，保证在梁端可以形成塑性铰，并能更好地消耗与吸收地震能量，实现结构抗震性能要求。
    俄罗斯规范CΠ 52-101-2003中钢筋最高强度等级为600MPa，但保留了300MPa级钢筋。
国外发达国家在高强钢筋方面的研发与应用，除非地震区的欧洲从400MPa级起步外，其余国家均保留了300MPa级这一等级，并形成300MPa级、400MPa级、500MPa级完整的系列，主力配筋为400MPa级及500MPa级高强钢筋，辅助配筋为300MPa级钢筋。在抗震地区，有对钢筋的强度与延性要求，并按延性分级确定用途。有抗震性能要求构件的配筋，其强度等级均低于500MPa。只有非地震区欧盟与俄罗斯才采用600MPa级钢筋。
二、我国高强钢筋应用研发与推广情况
    我国从第六个五年计划期间，冶金系统就通过微合金化及淬水余热处理两条途径开发了410MPa级高强钢筋。从1987年开始，建筑行业开始410MPa级高强钢筋应用技术的试验研究，主要解决该强度等级钢筋的粘结锚固性能与钢筋的连接技术（搭接、焊接、机械连接），进行了配置410MPa级高强钢筋的受弯、压弯构件性能试验（承载力、裂缝宽度、刚度）。
    1991年冶金部公布冶金标准《410兆帕级可焊热轧钢筋应用技术规程》YB145，并开始了在北京燕莎中心（中国与德国联合设计）的试点应用，但随后未能进一步推广应用。
    为在建筑行业启动推广高强钢筋，在上述试验研究的基础上，1996年完成了《混凝土结构设计规范》GB 50010的局部修订，列入了微合金化与余热处理的400MPa级高强钢筋（屈服强度400MPa，当时称为新Ⅲ级钢），以替代原Ⅲ级钢（25MnSi，屈服强度标准值370MPa）。原建设部于1997颁布了《中国建筑技术政策》（1996-2010），明确要求推广应用400MPa级新Ⅲ级钢筋，随后在相关的工程项目中积极进行试应用，这是我国高强钢筋在建筑结构工程中应用的起步。但当时由于该钢筋产量低、市场供应不足，同时高强钢筋的配套技术不完善，故400MPa级（新Ⅲ级钢筋）高强钢筋推广应用速度不快。
    20世纪90年代后期，我国钢筋机械连接技术迅速发展，从早期的套筒冷挤压、锥螺纹连接技术迅速发展到等强的直螺纹连接技术，包括镦粗直螺纹、剥肋滚轧直螺纹、滚轧直螺纹。1997年我国颁布了《钢筋机械连接技术规程》JGJ 107，这些直螺纹机械连接技术的进步，使钢筋连接端的螺纹加工设备更加成熟，性能更为可靠，成本也大幅度下降，除了绝大部分用于HRB335钢筋连接以外，也开始应用于400MPa级高强钢筋的连接。与此同时，钢筋的焊接技术也得到了发展，颁布了《钢筋焊接技术规程》JGJ 18，用于解决 400MPa级高强钢筋焊接连接问题。
    随着冶金行业HRB400钢筋生产技术日趋成熟，国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499-1998正式颁布，明确规定采用HRB335、HRB400、HRB500三个热轧带肋钢筋牌号，替代了以前的Ⅱ级钢、Ⅲ级钢称呼，并新增了HRB500高强钢筋这一新品种，使我国的热轧钢筋品种更加完善。
    随着我国建设规模进一步扩大，业内也对于推广应用高强钢筋的迫切性、重要性取得了一致认识，即在保证与提高结构安全性能的同时，通过应用高强钢筋可以减少单位面积钢筋用量，达到节约用材的目的。2002年颁布的《混凝土结构设计规范》GB 50010- 2002，倡导将400MPa级高强钢筋作为混凝土结构的主力钢筋，并提供设计程序及配套技术，这对随后HRB400钢筋的推广应用起到了较好的技术保障与促进作用。
    2002版《混凝土结构设计规范》颁布实施后，推广应用HRB400钢筋还是经历了一个较长的过程。主要原因是全国发展的不平衡，经济发达的地区，如北京、上海、河北、山东、江苏、浙江等地区，高强钢筋的推广应用较好；而一些经济尚不发达地区，由于受 HRB400钢筋的产品供应约束，无法采购到规格齐全的HRB400钢筋，而造成设计返工重新改回到HRB335的现象，影响了HRB400钢筋的推广应用。此外，受到钢筋连接技术与设计习惯等影响，混凝土结构的主要配筋仍采用HRB335钢筋。到2007年底全国高强钢筋的应用比例仍不超过20%。
    从2005年开始，原建设部首次提出了“四节一环保”（节能、节地、节水、节材，保护环境和减少污染）要求，并将积极推广高强钢筋作为“四节一环保”与落实国家节能减排政策的一项主要内容。为积极贯彻节能减排政策，进一步推动高强钢筋应用，在住房和城乡建设部标准定额司的直接领导下，由中国建筑科学研究院于2006年启动了《混凝土结构设计规范》GB 50010的修订工作，并将高强钢筋的应用（特别是新增500MPa级钢筋）列为修订的主要内容。结合规范的修订工作，相关单位全面开展了500MPa级高强钢筋应用技术的试验研究工作，包括：着重研究采用500MPa级高强钢筋时必须解决的受弯构件在正常使用极限状态下的裂缝计算宽度问题；进行配置500MPa级高强钢筋的受弯与压弯构件在承载能力极限状态下的承载能力试验研究，并进行了相应的构件抗震性能研究；研究高强钢筋的机械连接技术、锚固（机械锚固）技术；研究500MPa级高强钢筋施工技术。同时与相关钢铁企业、设计与施工单位联合，在部分省市开展了500MPa级钢筋的试设计与工程试点应用，为将500MPa级钢筋纳入新规范奠定了基础。
    在《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010中进一步明确了“以400MPa级钢筋作为主力钢筋，并积极推广500MPa级钢筋，用HPB300钢筋取代HPB235钢筋，逐步限制、淘汰 335MPa级钢筋”的原则。另外，对不同牌号的钢筋按性能的不同，如HRB（微合金化）、HRBF（细晶粒化）、RRB（余热处理）在应用方面提出了要求，使各类钢筋各得其用。为加强结构的抗震性能，完善了抗震钢筋（标注带“E”）的性能要求。相关建筑结构设计软件已按照新规范要求完成版本的升级，从结构设计角度，应用高强钢筋已无任何技术困难。
    与此同时，配合高强钢筋的应用，按钢筋强度的提高和性能变化要求，《混凝土结构工程施工规范》GB 50666、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204、《钢筋焊接技术规程》JGJ 18、《钢筋机械连接技术规程》JGJ 107等标准、规范陆续完成修订并颁布实施。对于钢筋连接技术，在新修订的《钢筋机械连接技术规程》JGJ 107-2010中钢筋的牌号已包括500MPa级高强钢筋。但对于500MPa级钢筋采用钢筋机械连接尚无很多实践经验，还需加强研发与工程实践。
    为扩大HRB400钢筋的应用，并提前推广应用HRB500钢筋，由住房和城乡建设部标准定额司主持、中国建筑科学研究院负责完成了《热轧带肋高强钢筋在混凝土结构中应用技术导则》RISN-TG007-2009的编制，并于2009年开始实施，为提前推广应用 500MPa级高强钢筋创造了有利条件。
    2009年在住房和城乡建设部科技司的组织与部标准定额司的支持下，中国建筑科学研究院承担了国家“十一五”科技计划支撑项目“高强钢筋与高强高性能混凝土应用关键技术研究”，通过这一项目的系统研究工作，将为我国的高强钢筋应用起到更好的促进作用。
    通过以上对高强钢筋的研发与推广工作，至2011年底，经测算全国建工行业应用400MPa级以上高强钢筋已占到建筑用钢筋总量的35%，高强钢筋推广应用工作已取得了初步的成效。
混凝土结构用钢筋技术的进步，也对钢筋产品标准的修订提出了新的要求，建筑工程应用中迫切需要在HPB300光圆钢筋的基础上，新增HBR300带肋钢筋，以改善锚固性能并配合高强钢筋的应用，形成300MPa级、400MPa级、500MPa级带肋的高、中、低兼顾的钢筋系列，而新增HBR300带肋钢筋还需钢铁行业的大力支持，将其列入钢筋产品标准。为将要发展的预制预应力构件加工需要，应新增800MPa、970MPa、1270MPa级中强预应力筋，用于常用跨度的预制构件的预应力配筋，同时可考虑将800MPa级的钢筋用于约束箍筋。通过对混凝土结构用钢筋的优化与合理使用，以便与国际上通用的标准与规范接轨。