HRB400级热轧带肋钢筋在高速公路工程中的应用

HRB400级热轧带肋钢筋在高速公路工程中的应用

□文/沈 鑫

摘 要：文章以天津某高速公路为例，分别按照满足最小配筋率和满足强度的控制原则，对桥梁各典型构件进行配筋计算。研究HRB400级钢筋在桥梁施工过程中代替HRB335级钢筋的规律，对HRB400级钢筋的应用提出几点建议。

关键词：HRB400级；钢筋；配筋率；强度；桥梁

HRB400级热轧带肋钢筋利用微合金化的技术，改善材料金相结构，以提升钢筋性能。HRB400级热轧带肋钢筋具有延性好、强度高、碳含量低、工艺性能良好等优点，但在桥梁结构中，HRB400级热轧带肋钢筋的实际应用经验较少，同时缺乏规范依据。

本文以天津某高速公路为实例，研究HRB400级钢筋在桥梁施工过程中代替HRB335级钢筋的规律。

1 工程概况

天津某高速公路全长37.6 km，设计车速为100 km/h，路基宽度为36.0 m，设置双向6车道。工程全线共设置特大桥2座，桥梁总长度2 584.7 m；大桥3座，桥梁总长度780.0 m；中桥3座，桥梁总长度160.0 m。

全线大桥上部结构原则上采用25～35 m先简支后连续小箱梁结构；中桥、小桥上部结构采用13～16 m跨径先张预应力空心板梁结构和20 m先简支后连续小箱梁结构。沿线桥梁下部结构一般采用桩柱式排架墩布置形式，在特殊节点考虑承台接墩柱形式，推荐采用钻孔灌注桩基础，桩径分别采用1.2、1.5、1.8 m。

该工程前期钢筋材料采用R235级钢筋和HRB335级钢筋。当项目进入施工中期阶段，市面R235级钢筋和HRB335级钢筋短缺，为响应天津市建交委推广HRB400级热轧带肋钢筋的号召并保证工程顺利实施，采用HRB400级热轧带肋钢筋代替HRB335级钢筋，HPB300级钢筋代替R235级钢筋。

2 桥梁构件配筋计算

桥梁结构构件配筋原则可分3种：

1）按构造需要配筋，钢筋数量与钢筋强度无关；

2）按裂缝宽度控制配筋，钢筋数量与钢筋强度无关；

3）按强度控制配筋，钢筋数量与钢筋强度有关。

桥梁结构中的R235级钢筋均为构造钢筋，钢筋配置与强度无关，直接用HPB300级钢筋替换。

2.1 钻孔灌注桩配筋计算

桩为偏心受压构件，纵向钢筋为受力钢筋，螺旋筋为构造钢筋。桩基配筋需同时满足桩身强度和最小配筋率的要求。桩基的计算配筋率大部分＜0.5%，计算结果均为最小配筋率。实际配筋采用0.8%和0.6%两种配筋率。桩的配筋以配筋率控制。桩基实际配筋率见表1。

表1 高速桩基配筋率

桩径1 m 桩径1.2 m 桩径1.5 m 桩径1.8 m数量/根配筋率 配筋率 配筋率 配筋率67 0.006 1 46 0.007 8 110 0.007 7 204 0.007 7数量/根 数量/根 数量/根

2.2 承台配筋计算

承台的配筋计算需满足强度和最小配筋率的要求。选取典型承台进行计算。

1）以满足强度为控制条件进行配筋。24#墩承台采用HRB335级钢筋，主筋直径28 mm，间距10 cm。计算结果见表2。

表2 承台配筋率

承台长度/m承台高度/m钢筋直径/m 钢筋数/根 配筋率/% 17.45 2 28 174 0.31 5.30 2 28 52 0.30

按等强度原则替换为HRB400后，主筋直径不变，间距调整为11.8 cm。计算结果见表3。

表3 替换后的承台配筋率

承台长度/m承台高度/m钢筋直径/m 钢筋数/根 配筋率/% 17.45 2 28 148 0.26 5.30 2 28 44 0.26

由表2和表3可知，承台配筋计算以满足强度为控制条件时，采用HRB400级钢筋代替HRB335级钢筋，主筋可节省钢筋1.66 t。

2）以满足最小配筋率为控制条件进行配筋。承台的配筋以满足最小配筋率为控制条件时，承台配筋率与钢筋的强度无关，因此可以直接使用HRB400级钢筋替换HRB335级钢筋。

2.3 系梁配筋计算

根据JTGD63—2007《公路桥涵地基与基础设计规范》第5.2.5条，系梁的配筋以满足最小配筋率为控制条件，系梁配筋率与钢筋的强度无关，因此可以直接使用HRB400级钢筋替换HRB335级钢筋。

2.4 盖梁配筋计算

盖梁为普通钢筋混凝土构件，配筋计算包含承载能力极限状态的正截面抗弯强度计算、斜截面抗剪强度计算，正常使用极限状态的裂缝宽度计算。

1）正截面抗弯强度计算。JTGD 62—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.2.2条：矩形截面或翼缘位于受拉边的T形截面受弯构件，其正截面抗弯承载力计算应符合

式中：γ0——桥梁结构的重要性系数；

Md——弯矩组合设计值；

fcd——混凝土轴心抗压强度设计值；

b——矩形界面宽度或T形截面腹板宽度；

x——混凝土受压区高度；

h0——截面有效高度；

fsd＇——纵向普通钢筋的抗压强度设计值；

As＇——受压区纵向普通钢筋的截面面积；

as＇——受压区普通钢筋合力点至受压区边缘的距离；

fpd＇——纵向预应力钢筋的抗压强度设计值；

σp0＇——受压区预应力钢筋合力点处混凝土法向应力等于0时预应力钢筋的应力；

Ap＇——受压区纵向预应力钢筋的截面面积；

ap＇——受压区预应力钢筋合力点至受压区边缘的距离。

由式（1）可知，正截面抗弯强度计算以满足强度为控制条件。因此可以使用HRB400级钢筋按等强度原则替换HRB335级钢筋。

2）斜截面抗剪强度计算。JTGD 62—2004第5.2.7条，矩形、T形和I形截面的受弯构件，当配置箍筋和弯起钢筋时，其斜截面抗剪承载力计算应符合

式中：Vcs——斜截面内混凝土和箍筋共同的抗剪承载力设计值；

Vsb——与斜截面相交的普通弯起钢筋抗剪承载力设计值；

Vpd——与斜截面相交的预应力弯起钢筋抗剪承载力设计值；

a1——异号弯矩影响系数；

a2——预应力提高系数；

a3——受压翼缘的影响系数；

b——斜截面受压端正截面处矩形截面宽度或T和I形截面腹板宽度；

h0——斜截面受压端正截面的有效高度，自纵向向受拉钢筋合力点至受压边缘的距离；

P——斜截面内纵向受拉钢筋的配筋率；

fcu，k——混凝土强度等级；

ρsv——斜截面内箍筋配筋率；

fsv——箍筋抗拉强度设计值；

fsd——纵向普通钢筋的抗拉强度设计值；

Asd——斜截面内在同一弯起平面的普通弯起钢筋的截面面积；

θs——普通弯起钢筋的切线与水平线的夹角；

fpd——纵向预应力钢筋的抗拉强度设计值；

Apbd——斜截面内在同一弯起平面的预应力弯起钢筋的截面面积；

θp——预应力弯起钢筋的切线与水平线的夹角。

Vd——斜截面受压端上由作用（或荷载）效应所产生的最大剪力组合设计值；

由式（2）-式（5）可知，斜截面抗剪强度计算以满足强度为控制条件。因此，可以使用HRB400级钢筋按等强度原则替换HRB335级钢筋。

3）抗裂性计算。JTGD62—2004第6.4.3条、矩形、T形和I形截面钢筋混凝土构件及B类预应力混凝土受弯构件，其最大裂缝宽度Wfk可按式（6）和式（7）计算

式中：C1——钢筋表面形状系数；

C2——长期效应影响系数；

C3——与构件受力性质有关的系数；

σss——钢筋应力；

Es——普通钢筋的弹性模量；

d——纵向受拉钢筋直径；

ρ——纵向受拉钢筋配筋率；

As——受拉区普通钢筋的截面面积；

Ap——受拉区预应力通钢筋的截面面积；

bf——构件受拉翼缘宽度；

hf——构件受拉翼缘厚度。

由式（6）和式（7）可知，裂缝宽度只与钢筋的面积和直径有关，与钢筋的强度无关。因此结构的纵向受力主筋若以满足最小裂缝宽度为控制条件，可直接使用HRB400级钢筋替换HRB335级钢筋。

2.5 普通钢筋混凝土箱梁配筋计算

普通钢筋混凝土箱梁配筋计算内容和盖梁相同。对于普通钢筋混凝土箱梁，以最小裂缝宽度控制受力主筋。因此普通钢筋配筋率和强度无关。抗剪钢筋可按照等强度原则进行替换。

2.6 预应力混凝土箱梁配筋计算

预应力混凝土箱梁的计算主要包括承载能力极限状态的强度计算，正常使用极限状态下的应力验算。预应力混凝土箱梁中的HRB335级钢筋，除提供抗剪强度的箍筋外，均为构造配筋。构造钢筋可以直接使用HRB400级钢筋代替HRB335级钢筋。抗剪箍筋可按照等强度原则进行替换，降低箍筋的配筋率。

3 结果分析

根据桥梁结构各种典型构件的配筋计算结果，使用HRB400级钢筋代替HRB335级钢筋的规律。

1）桥梁桩基、承台等典型构件进行配筋时，如果以满足强度为控制条件，可使用HRB400级钢筋按照等强度原则代替HRB335级钢筋，降低钢筋的配筋率；如果以满足最小配筋率为控制条件，配筋率与钢筋强度无关，直接使用HRB400级钢筋替换HRB335级钢筋。

2）桥梁系梁等典型构件进行配筋时，以满足最小配筋率为控制条件，配筋率与钢筋强度无关，直接使用HRB400级钢筋替换HRB335级钢筋。

3）盖梁、普通钢筋混凝土箱梁进行配筋时，纵向受力主筋以满足最小裂缝宽度为控制条件进行配筋，直接使用HRB400级钢筋替换HRB335级钢筋；箍筋以满足强度为控制条件，可使用HRB400级钢筋按照等强度原则代替HRB335级钢筋，降低钢筋的配筋率。

4）预应力混凝土箱梁进行配筋计算时，HRB335级钢筋为构造配筋，可直接使用HRB400级钢筋代替；其抗剪箍筋以满足强度为控制条件，可使用HRB400级钢筋按照等强度原则代替HRB335级钢筋，降低钢筋的配筋率。

4 经济性研究

随着铌微合金化生产技术的应用，HRB400钢筋的生产成本已经大大降低，具备了市场竞争力。按照2016年10月份的钢筋市场价格，HRB400热轧带肋钢筋价格为2 620元/t，HRB335热轧带肋钢筋价格为2 600元/t；钢筋的增加成本为20元/t，在使用成本上基本保持持平，未有明显的成本波动。

1）按满足最小配筋率为控制条件，直接使用HRB400级钢筋替换HRB335级钢筋，则增加成本比为0.7%。

2）按照钢筋等强度原则进行替换，则主筋可节省成本比率为16.25%，算上增加成本比0.7%，最终节省成本比率为15.66%。

由此可见，HRB400级钢筋的应用，经济效益有明显的提高。

5 结论

1）桥梁结构中的R235级钢筋均为构造钢筋，钢筋配置与强度无关，直接用HPB300钢筋替换。

2）桥梁结构中的HRB335级钢筋若为构造钢筋、裂缝控制配筋、以最小配筋率控制配筋的受力钢筋，可直接使用HRB400级钢筋替换。

3）对于强度控制的配筋，采用等强度原则进行替换。

4）对于钢筋的替换，应考虑管理和时间成本。

参考文献：

[1]JTGD 62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[2]范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2002.

□中图分类号：U446

□文献标志码：C

□文章编号：1008-3197（2016）06-54-03

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.06.018

□收稿日期：2016-11-28

□作者简介：沈 鑫/男，1984年出生，工程师，天津第三市政公路工程有限公司，从事市政公路工程施工管理工作。