钢筋混凝土构件保护层（共11篇）
钢筋混凝土构件保护层 篇1
现代建筑已离不开钢筋混凝土构件,钢筋混凝土构件的力学性能及寿命直接关系到建筑物的使用及年限。钢筋混凝土构件的力学性能及寿命除原材料外,很重要的一方面就是构件的保护层。因此,施工单位应重点关注混凝土的保护层问题。《混凝土结构设计规范》中规定混凝土保护层的厚度不应小于钢筋的公称直径,且应符合表9.2.1的规定。
一、钢筋混凝土构件的工作原理
钢筋混凝土构件由钢筋和混凝土组成。钢筋和混凝土在建筑工程中已经成了不可分割的孪生兄弟,在结构计算时,钢筋混凝土构件是作为一个整体来承受外力的;又由于混凝土的抗拉强度很低,为简化计算,一般混凝土只考虑承受压应力,而拉应力则全部由钢筋来承担。从原材料的力学性能而言,钢筋有较强的抗拉、抗压强度,但混凝土只有较高的抗压强度,抗拉强度却很低。然而两者的弹性模量比较接近,还有较好的化学胶合力、机械咬合力和销栓力,这样既发挥了各自的受力性能,又能很好地协调工作,共同承担结构构件所承受的外部荷载。
二、钢筋混凝土构件保护层厚度的确定
对于受力钢筋混凝土构件截面设计来讲,受拉的钢筋离受压区越远,其单位面积的钢筋所能承受的外部弯矩也越大,这样钢筋发挥的力学效能也就越高。所以一般来讲钢筋混凝土构件受拉钢筋总是应尽量靠近受拉一侧混凝土构件的边缘。如雨篷板的受力筋应设在构件上部受拉区,而梁的受力钢筋设置在下部受拉区。如果钢筋混凝土构件的钢筋位置放置错误或者钢筋的保护层过大,轻则降低了钢筋混凝土构件的承载能力,重则会发生重大事故。然而当钢筋混凝土构件的受拉钢筋越靠近钢筋混凝土构件的边缘时:
1、钢筋混凝土构件中钢筋的主要成分铁在常温下很容易被氧化,尤其在高温或潮湿的环境中。
2、钢筋混凝土构件的保护层过小容易在施工时造成钢筋露筋或钢筋混凝土构件受力时表面混凝土剥落。
3、随着时间的推移,钢筋混凝土构件表面的混凝土将逐渐碳化,在钢筋混凝土构件工作寿命内保护层混凝土失去了保护作用,从而导致钢筋锈蚀,有效截面减小,力学效能降低,钢筋与混凝土之间失去粘结力。这样构件整体性会受到破坏,甚至还会导致整个钢筋混凝土构件的破坏。
三、施工时保护层控制措施
1、抓施工前技术交底;
2、抓过程中要素控制。
在施工前,应针对不同的工程部位,根据设计图纸及施工验收规范,确定正确的保护层。保护层的厚度并非千篇一律,一般来说,现浇楼板的保护层厚度15mm,而基础的保护层厚度通常为无垫层时70mm,有垫层时35mm,梁、柱的保护层通常为25mm。钢筋在楼面混凝土板中主要起抗拉受力作用,用来抵抗荷载所产生的弯矩,防止混凝土板面收缩和温差裂缝的发生,而这一个作用均需钢筋在上下设置合理的保护层前提下才能发挥。在实际施工中,楼板底筋的保护层比较容易正确控制。但当楼板底筋的保护层间距放大到1米以上时,局部楼板底筋的保护层厚度就无法得到保障,所以纵横向的保护层间距控制在1米左右为宜。因此,在对操作者的技术交底中必须明确此厚度,否则很容易造成返工。施工过程中,重点要做到规范操作,特别是在混凝土现浇板浇捣过程中,尤其需要重视。往往钢筋绑扎时位置很正确,但一到浇捣时情况就变了样,不是人踩就是工器具压在上面,由此造成的结果是支撑钢筋的马墩被踩倒,混凝土上层钢筋弯曲变型,保护层的厚度也就得不到保证。所以在施工过程中楼板保护层控制措施尽可能合理和科学地安排好各工种交叉作业时间,在板底钢筋绑扎后,线管预埋和模板封镶收头应及时穿插并争取全面完成,做到不留或少留尾巴,以减少板面钢筋绑扎后的作业人员数量;在楼梯、通道等频繁和必须的通行处应搭设(或铺设)临时的简易通道,以供必要的施工人员通行;加强教育和管理,使全体操作人员重视保护板面上层负筋的正确位置;必须行走时应自觉沿钢筋支撑点通行,不得随意踩踏中间架空部位钢筋;安排足够数量的钢筋工(一般应不少于3-4人或以上),在砼浇筑前及浇筑中及时进行整修;砼工在浇筑时对裂缝的易发生部位和负弯矩筋受力最大区域,应铺设临时性活动挑板,扩大接触面,分散应力,尽力避免上层钢筋受到重新踩踏变形
墙柱保护层控制措施墙柱保护层纵横向间距一般控制在1米左右(且不少于2列),切忌数量太少;墙、柱拉钩的加工尺寸准确;墙、柱水平筋或箍筋的加工尺寸准确;尽量采用新工艺、新产品,如采用塑料垫块或使用卡撑式定位件等;模板施工时切忌破坏墙柱保护层
总之,钢筋保护层厚度对单项工程质量并不是起决定作用的,但如果不重视它,所产生的危害也是不容忽视的。我们要在正确了解钢筋及混凝土的受力机理的前提下,充分认识到合理的钢筋保护层对工程结构的重要性。只有防微杜渐,才能使我们的工程施工技术水平更上一个档次。
钢筋混凝土构件保护层 篇2
摘要：在房屋安全鉴定中，需要对整幢房屋的结构构件进行安全鉴定，首先通过现场踏勘进行外观检查，可能会发现钢筋混凝土结构构件各种质量问题，其中裂缝是最常见的现象之一，裂缝出现都是事出有因，有设计上错误、原材料性能缺陷、施工质量低劣、环境条件的变化、使用不当、地基不均匀沉陷等等，而建筑物的破坏往往始于裂缝。因此，如何鉴定裂缝、分析裂缝、控制裂缝，是安全鉴定工作的重要内容之一。
关键词：构件 安全鉴定 分析
1、前言
在房屋安全鉴定中，需要对整幢房屋的结构构件进行安全鉴定，首先通过现场踏勘进行外观检查，可能会发现钢筋混凝土结构构件各种质量问题，其中裂缝是最常见的现象之一。裂缝出现都是事出有因，有设计上错误、原材料性能缺陷、施工质量低劣、环境条件的变化、使用不当、地基不均匀沉陷等等，而建筑物的破坏往往始于裂缝，
因此，如何鉴定裂缝、分析裂缝、控制裂缝，是安全鉴定工作的重要内容之一。根据裂缝成因和特征，判断结构受力工作状况，评定结构的安全性、适用性和耐久性。此种鉴定方法具有简便、直观、快速等优点，在房屋安全鉴定中运用很广。其缺点在于它只是一种定性的分析方法，而不能定量地分析结构的安全性。为此，对可疑结构构件应进行强度、刚度、抗裂性验算，必要时还应通过荷载试验，然后作出安全鉴定意见。
2、钢筋混凝土结构构件裂缝分析
钢筋混凝土结构构件的延性设计 篇3
摘要:钢筋混凝土结构的各类构件应具有必要的强度和刚度,并具有良好的延性性能,避免构件的脆性破坏,从而导致主体结构受力不合理,地震时出现过早破坏。因此,可以采取措施,做好延性设计,防止构件在地震作用下提前破坏,并避免结构体系出现不应有的破坏。
关键词:钢筋混凝土结构 构件 延性设计
中图分类号:TU37文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)03-0061-02
1 前言
在现代房屋结构设计中,延性研究越来越显得重要,钢筋混凝土结构延性的研究是塑性设计方法和抗震设计理论发展的基础。所谓延性是指材料、构件和结构在荷载作用下,进入非线性状态后在承载能力没有显著降低情况下的变形能力。描写延性常用的变量有:材料的韧性,截面的曲率延性系数,构件或结构的位移延性系数,塑性铰转角能力,滞回曲线,耗能能力等。试验和非线性计算分析表明:构件的结构的破坏由受拉钢筋引起的,常表现出良好的延性,如适筋梁、大偏心受压柱等;而破坏由混凝土拉断、剪坏和压溃控制的常表现为脆性,如素混凝土板、超尽梁、地震作用下剪切破坏的短柱等。
对于建筑结构系统来说,一方面,钢筋混凝土构件的功能依赖于整体结构系统功能,任何构件一旦离开整体结构,就不再具有它在结构系统中所能发挥的功能;另一方面,构件又影响整体结构系统的功能,任何构件一旦离开整体结构,整体结构丧失的功能不等于该构件在结构系统中所发挥的功能,可能更大,也可能更小。在地震作用下,有可能由于部分构件的破坏乃至退出工作,整个结构体系会因此破坏,这里的部分构件包括了结构构件以及非结构构件。
在地震作用下,混凝土结构或构件的破坏可分为脆性破坏和延性破坏两种,其中脆性破坏的危害时非常大的,设计上是一定要避免的,而延性破坏时指构件承载力没有显著降低的情况下,经历很大的非线性变形后所发生的破坏,在破坏前能给人以警示。钢筋混凝土结构的各类构件应具有必要的强度和刚度,并具有良好的延性性能,避免构件的脆性破坏,从而导致主体结构受力不合理,地震时出现过早破坏。因此,可以采取措施,做好延性设计,防止构件在地震作用下提前破坏,并避免结构体系出现不应有的破坏。
2 延性设计的重要性
目前,结构抗震设计的基本原则是:“ 小震不坏,中震可修,大震不倒”。如果把建筑物设计成在强烈地震作用下仍呈弹性反应,那么建筑物的造价将是十分昂贵的。把建筑物设计成在强烈地震作用下呈非线性反应,进入屈服状态,靠结构的延性耗散地震能量,从而度过灾难而不倒塌,建筑物的造价比前者大大降低。此外,结构的延性也是建筑物遇到意外超载、碰撞、爆炸和基础沉降等引起超过设计预计的内力和变形是而不突然倒塌的保证。
在实际工程中进行延性设计有重大的意义,可从延性结构的优越性加以说明:
第一,破坏前有明显预兆,破坏过程缓慢,确保生命安全,减少财产损失,因而可采用偏小的计算安全可靠度。
第二,出现非预计荷载,例如偶然超载,荷载反向,温度升高或基础沉降引起附加内力等情况下,有较强的承受和抗衡能力。而这些因素在设计中一般是未予考虑的,因此延性材料的后期变形能力可作为出现上述情况的安全储备。
第三,有利于实现超静定结构的内力充分重分布。延性结构容许构件的某些临界截面有一定的转动能力,形成塑性铰区域,产生内力重分布,从而使钢筋混凝土超静定结构能够按塑性方法进行设计,得到有利的弯矩分布,使配筋合理,节约材料,而且便于施工。
第四,在承受动力作用(如振动、地震、爆炸等)情况下,能减小惯性力,吸收更大动能,降低动力反应,减轻破坏程度,防止结构倒塌以及有利于修复。
第五,延性结构的后期变形能力,可以作为各种意外情况时的安全储备。
结构抗震的本质就是延性,用受弯构件来说举例:随着荷载增加,首先受拉区混凝土出现裂缝,表现出非弹性变形。然后受拉钢筋屈服,受压区高度减小,受压区混凝土压碎,构件最终破坏。从受拉钢筋屈服到压区混凝土压碎,是构件的破坏过程。在这过程中,构件的承载能力没有多大变化,但其变形的大小却决定了破坏的性质。
3 影响构件延性的因素
3.1纵向钢筋配筋率
试验表明,当梁纵向受拉钢筋配筋率很高时,在弯矩达到最大值时,弯矩——曲率曲线很快出现下降;当配筋率较低时,弯矩达到最大值后能保持相当长的水平段,因而大大提高了梁的延性和耗散能量的能力。理论上,当梁的纵向配筋率取为平衡配筋率时,纵向受拉钢筋屈服与压区混凝土压碎同时发生,截面延性系数为零。因此,应限制纵向受拉钢筋配筋率,保证构件具有足够的延性。混凝土受压区配置受压钢筋,可以减少相对受压区高度,改善构件延性。
3.2约束构件延性
在受压构件或压弯构件中配置封闭式箍筋、螺旋筋等密排横向钢筋,可以限制混凝土的横向变形,提高构件的承载力和极限变形能力,使得混凝土构件在极限荷载下具有良好延性性能。
箍筋对构件延性的贡献,取决于箍筋的形式和体积配箍率。不同形式的箍筋对核心区混凝土的约束作用时不相同的,螺旋箍筋对核心区混凝土产生均匀分布的侧向压力,使混凝土处于三向受压状态,矩形箍筋只对角隅处混凝土产生有效的约束,侧面混凝土有外凸的趋势,约束作用降低。因此配有螺旋箍筋的构件,其延性好于配有矩形箍筋的构件。
3.3构件的破坏类型
以砼框架结构为例,截面的破坏形态有剪切破坏、弯曲破坏、小偏心的受压破坏,大偏心的受压破坏。但按受力特点可分为两类:受压破坏和受拉破坏。其中弯曲破坏和大偏心受压破坏属于受拉破坏,剪切破坏和小偏心受压破坏属于受压破坏。受拉破坏是由受拉钢筋屈服引起的破坏,受拉钢筋进入屈服阶段形成塑性铰,在截面完全破坏达到承载力极限状态前,要经历较大的塑性变形才达到承载力极限状态,由于形成了塑性铰,截面塑性变形引起截面裂缝急剧开展和变形急剧增加,而后混凝土才达到极限压应变压碎,到达承载力极限状态,截面破坏阶段能给人以明显的破坏预兆,具有延性破坏的性质;受压破坏是由受压砼压碎引起或斜截面控制的破坏,破坏过程中未形成塑性铰无明显的塑性变形,不能给人以明显的破坏预兆,由于这种破坏带有一定的突然性,具有脆性破坏的性质。当结构中截面出现受压破坏时,塑性变形小,结构延性差;当结构中截面出现受拉破坏时,塑性变形大,结构延性好。
4 钢筋混凝土结构的延性保证
钢筋混凝土结构中钢筋的塑性变形性能、混凝土的韧性及钢筋与混凝土的粘结锚固性能对结构的延性影响较大,在材料的选用上要考虑这些因素。构件的纵筋易选用延伸率较大、与混凝土粘结性能好的Ⅱ、Ⅲ级钢筋。采用冷拉钢筋、高强钢筋(丝)和钢绞线等延伸率较低的钢筋配制预应力混凝土结构,只要适当配置热轧非预应力钢筋、保证配筋指数不超过一定限制和适当提高箍筋构造要求,结构的延性也可满足抗震要求。混凝土的强度和施工质量对钢筋的粘结锚固至关重要,而只有避免钢筋与混凝土的粘结锚固失效才能确保结构的延性。因此,为确保钢筋与混凝土的粘结,规范规定:一级抗震的框架要求混凝土强度等级不低于C30,其它抗震等级时不低于C20。C60 和C60以上的高强混凝土本身的韧性降低,对结构的延性不利。
4.1轴压比限值
柱的轴压比是影响框架结构延性的重要因素。柱的延性随轴压比增大而减小,轴压比超过界限值将发生小偏压脆性破坏。在抗震设计中应控制柱的轴压比不超过限值,使其发生大偏压破坏并具有一定延性。规范规定,对于框架柱相应于一、二、三级抗震时,轴压比限值分别为0.7、0.8、0.9。这里规定的轴压比限值系指柱轴压力设计值与柱轴压承载力设计值得比值。
4.2筋的构造要求
梁的延性随截面受压区高度减小而增大,一般截面受压区高度=0.35∶0.20ho时,位移延性系数相应为3～4。所以规范规定,一级抗震等级时,≤0.25ho,二、三级抗震等级时,≤0.35h0,并且要求受压钢筋与受拉钢筋之比控制在一定范围内,即A' s≥0.5As(一级抗震),A' s≥0.3As(二级抗震)。为防止过多的纵向受拉钢筋在地震中使梁产生粘结劈裂破坏,规范还规定s≤2.5%。在地震作用下,梁的反弯点变化很难准确预计,所以应有足够数量的钢筋贯通梁的上、下部。同时将梁的最小配筋率比非地震作用时的规定予以提高。为防止地震作用下柱子少筋脆性破坏和超筋粘结劈裂破坏,柱的纵向配筋率不得少于0.8%、0.7%、0.6%、0.5%、(相应于一、二、三、四级抗震等级),角柱的上述限值相应提高0.1%;柱的纵向配筋率最大间距不宜超过200 mm。
4.3箍筋的构造要求
箍筋不仅提供构件和节点的抗剪能力,确保“强柱弱梁”和“强节点”设计目标的实现,同时还对梁、柱塑性铰区混凝土和受压钢筋提供约束作用,延缓塑性铰的破坏过程,从而改善结构的延性和耗能能力。梁和柱的剪切破坏区和弯压塑性铰区均发生在构件的两端,因此应对构件两端的箍筋加密设置。加密区的构造要求包括加密区的长度、箍筋最小直径、最大间距和最小体积率的规定。同时规范还规定了箍筋延构件全长的最小体积率以及节点的最小体积率。其中柱加密区和节点的箍紧最小体积率除与抗震等级有关外,还与柱的轴压比和箍筋的类型有关。抗震等级高要求的最小体积率高、轴压比高要求的最小体积率高,采用普通箍筋比采用螺旋箍筋要求的体积率高。对于一级抗震的角柱在地震作用下可能伴随扭转作用,Hn/h 小于4的框架柱可能产生剪切破坏,这两种情况需要在全长加密箍筋。可见箍筋的构造规定是保证“大震不倒”设计目标实现的最重要的措施。
5 结语
从钢筋混凝土结构的抗震设计基本原则,到结构抗震承载力和变形验算以及抗震构造措施的制定,都离不开对结构和构件延性的深入研究。更好的研究它和应用它,使建筑物既能达到国家抗震设计标准,又能够符合经济合理的原则。
参考文献:
[1] 顾渭建. 钢筋混凝土杆系结构的耗能机理和延性设计[J]. 工业建筑,1997,(11).
[2] 鲍雷. 钢筋混凝土和砌体结构的抗震设计[J]. 中国建筑工业出版社,1999.
[3] 赵国藩. 高等钢筋混凝土结构学[M]. 机械工业出版社,2005,(8).
钢筋混凝土构件保护层 篇4
关键词：钢筋混凝土,保护层,误区,控制
一、钢筋混凝土构件的工作原理
钢筋混凝土构件由钢筋和混凝土组成。从原材料的力学性能而言, 钢筋有较强的抗拉、抗压强度, 但混凝土只有较高的抗压强度, 抗拉强度却很低。然而两者的弹性模量比较接近, 还有较好的化学胶合力、机械咬合力和销栓力, 这样既发挥了各自的受力性能, 又能很好地协调工作, 共同承担结构构件所承受的外部荷载。、在结构计算时, 钢筋混凝土构件是作为一个整体来承受外力的;又由于混凝土的抗拉强度很低, 为简化计算, 一般混凝土只考虑承受压应力, 而拉应力则全部由钢筋来承担。
二、钢筋混凝土构件保护层厚度的确定
对于受力钢筋混凝土构件截面设计来讲, 受拉的钢筋离受压区越远, 其单位面积的钢筋所能承受的外部弯矩也越大, 这样钢筋发挥的力学效能也就越高。所以一般来讲钢筋混凝土构件受拉钢筋总是应尽量靠近受拉一侧混凝土构件的边缘。如果钢筋混凝土构件的钢筋位置放置错误或者钢筋的保护层过大, 轻则降低了钢筋混凝土构件的承载能力, 重则会发生重大事故。然而当钢筋混凝土构件的受拉钢筋越靠近钢筋混凝土构件的边缘时:
1、钢筋混凝土构件中钢筋的主要成分铁在常温下很容易被氧化, 尤其在高温或潮湿的环境中。
2、钢筋混凝土构件的保护层过小容易在施工时造成钢筋露筋或钢筋混凝土构件受力时表面混凝土剥落。
3、随着时间的推移, 钢筋混凝土构件表面的混凝土将逐渐碳化, 在钢筋混凝土构件工作寿命内保护层混凝土失去了保护作用, 从而导致钢筋锈蚀, 有效截面减小, 力学效能降低, 钢筋与混凝土之间失去粘结力。这样构件整体性会受到破坏, 甚至还会导致整个钢筋混凝土构件的破坏。
三、钢筋混凝土保护层的误区及解决措施
现场施工中, 许多施工人员对钢筋的混凝土保护层存在错误的认识, 主要表现以下几个方面:
1、为了防止出现露筋现象, 钢筋的混凝土保护层越厚越好;
2、梁柱钢筋的混凝土保护层是针对箍筋而言的;
3、认为保护层不重要, 常用石子或者其他东西代替砂浆垫块。
这种错误的理解产生的后果是:如果保护层过厚将会降低构建抗弯设计断面的高度, 对构建的受力性能造成不利的影响, 混凝土产生裂缝, 梁柱混您国土容易缺棱掉角, 难以保证混凝土的表观质量;如果保护层过薄, 则梁板底会出现露筋现象。
为了克服这种现象的产生, 正确认识钢筋的混凝土保护层的意义是十分重要的。下面结合规范谈谈保护层的有关规定。
钢筋混凝土的保护层的最小厚度却绝于构建的耐久性和对受力钢筋的粘结锚固性能的要求。
1、从钢筋粘结锚固角度看, 对混凝土保护层提出的要求是为了保证钢筋与其周围混凝土能共同工作, 并使钢筋充分发挥计算所需的强度。规范规定受力钢筋的混凝土保护层不应小于受力钢筋的直径。
2、根据耐久性要求, 混凝土保护层的最小厚度是按照构件在50年内能保护钢筋不发生危及结构安全的锈蚀而确定的。
3、钢筋的混凝土保护层是针对主筋而言的。
4、处于露天或室内高湿度环境的结构, 当采用按室内正常环境设计的预制标准构件时, 这些预制构件有时采用钢模生产或调整构建保护增厚度有困难时, 可在其表面另作水泥砂浆 (≥M10) 抹面层, 以满足露天或室内高湿度环境对保护层厚度的要求。此时, 必须保证抹面层的施工质量。
5、要求使用年限较长的重要建筑物和处于沿海环境的建筑物的承重结构, 当处于露天或室内高湿度环境时, 其保护层厚度应按规范要求适当增加。
6、有防火要求的建筑物, 其保护层厚度尚应复核国家现行有关防火规范的要求。
7、腐蚀性介质会对建筑物产生腐蚀作用, 故其保护层厚度尚应符合《工业建筑防腐蚀设计规范》 (GB 50046-1995) 的要求。
四、楼板及墙柱保护层控制措施
1、楼板保护层控制措施钢筋在楼面混凝土板中主要起抗拉
受力作用, 用来抵抗荷载所产生的弯矩, 防止混凝土板面收缩和温差裂缝的发生, 而这一个作用均需钢筋在上下设置合理的保护层前提下才能发挥。在实际施工中, 楼板底筋的保护层比较容易正确控制。但当楼板底筋的保护层间距放大到1米以上时, 局部楼板底筋的保护层厚度就无法得到保障, 所以纵横向的保护层间距控制在1米左右为宜。楼板面层钢筋的保护层一直是施工中的一大难题。其中各工种交叉作业, 施工人员行走频繁, 无处落脚后难免被大量踩踏;上层钢筋网的钢筋支撑设置间距过大, 甚至不设 (仅依靠楼面梁上部钢筋搁置和分离式配筋的拐脚支撑) 。在上述原因中, 对于第2个原因, 建议楼面双层双向钢筋 (包括分离式配置的负弯矩短筋) 必须设置卡槽式混凝土垫块, 其纵横向间距不应大于700毫米 (即每平方米不得少于2只) , 特别是对于Ф8一类细小钢筋, 卡槽式混凝土垫块的间距应控制在600毫米以内 (即每平方米不得少于3只) , 才能取得较良好的效果。对于第1个原因, 可采取下列措施加以解决:
A、尽可能合理和科学地安排好各工种交叉作业时间, 在板底钢筋绑扎后, 线管预埋和模板封镶收头应及时穿插并争取全面完成, 做到不留或少留尾巴, 以减少板面钢筋绑扎后的作业人员数量。
B、在楼梯、通道等频繁和必须的通行处应搭设 (或铺设) 临时的简易通道, 以供必要的施工人员通行。
C、加强教育和管理, 使全体操作人员重视保护板面上层负筋的正确位置;必须行走时应自觉沿钢筋支撑点通行, 不得随意踩踏中间架空部位钢筋。
D、安排足够数量的钢筋工 (一般应不少于3-4人或以上) , 在砼浇筑前及浇筑中及时进行整修。
E、砼工在浇筑时对裂缝的易发生部位和负弯矩筋受力最大区域, 应铺设临时性活动挑板, 扩大接触面, 分散应力, 尽力避免上层钢筋受到重新踩踏变形。
2、墙柱保护层控制措施
墙柱保护层一般比较容易控制, 主要措施:
A、墙柱保护层纵横向间距一般控制在1米左右 (且不少于2列) , 切忌数量太少。
B、墙、柱拉钩的加工尺寸准确。
C、墙、柱水平筋或箍筋的加工尺寸准确。
D、尽量采用新工艺、新产品, 如采用塑料垫块或使用卡撑式定位件等。
E、模板施工时切忌破坏墙柱保护层
钢筋混凝土构件保护层 篇5
一、单筋梁：已知弯矩求配筋 ①先求截面抵抗矩系数
；③得公式
；②然后求内力矩的力臂系数；④在求得截面抵抗矩系数
后，由
可得到相对受压区高度，由可判，断是否超筋，若为超筋，按双筋重新设计，此时。
二、单筋梁：复核构件弯矩 计算。
三、双筋梁：配筋计算 当钢筋及常用的，当
时，若
及，则
为最小值，对于HRB335，HRB400级时，可直接取值计算，此时
。，对HPB235级钢，筋，砼等级小于C50时，可取
四、双筋梁：已知①
；，计算，时，若若，可按
较
②，求，，出
现
未知重新配筋，若大，时，按单筋计算 的值小于按
双筋计算的，此时应按单筋梁确定。
五、偏心受压：对称配筋计算，已知求。，N，M，砼标号，钢筋级别，注意此时不能用M代入力矩平衡公式计算，须由M求Ne代入力矩平衡方程。应按以下步骤进行。
①由公式
求出x，与
值比较，若，求，得e后用，按大偏心计算配筋，反之按小偏心计算配筋。
②按大偏
心
计
算
时，取，由
求得小配筋率要求并验算短边方向轴心受压的稳定。
③按小偏心计算时，再判断是否符合最，由此求得，此处受压区高度与中和轴高度的比值，C50及以下C50~C80内插。
④以上求
是砼结构设计基本假定中的矩形，C80时，时公式中的e是轴向力作用点至受拉钢筋合力点之间的距离，需考虑初始偏心距和二阶弯矩偏心距增大系数，可由下列公式求出：
是附加偏心距，其值取偏心方向截面尺寸的和20mm中的较大值； 是柱的计算长度；
是偏心受压构件截面曲率修正系数，时取1，中的A对T形、形截面均取；
时，是偏心受压构件长细比对截面曲率的影响系数，当当时。
六、偏心受压：不对称配筋截面设计
①按上小节偏心受压构件对称配筋计算步骤中的公式计算二阶弯矩偏心距增大系数，当②若为大偏心，若已知，求，可由公式
联立求出；若求得加大截面尺寸或按
未知重新配筋；若
时按大偏心计算，反之按小偏心计算。。和公式，应，可直接计算
中的较小
实际配筋取由此求得的值。
③若为小偏心，按下列步骤进行：
算出及，和按单筋梁计算的是距离轴向力作用点较远一侧（受拉区）钢筋也受压屈服时的相对受压区高度。
假定，代入公式，同时利用和，若求得的求得后，若不论，说明远侧钢筋也受压，取，属于大偏心，再按大偏心重新计算；若
和公式，求出重新求。，由，由公式公
式如何配置，远侧钢筋一般总是不屈服的，只需按最小配筋量配置
求出
即可；若，和此时远侧钢筋受压屈服，取
求得面受压，取④对合力作用，和点
和；若。，则全截，代入前两式之一算出的两种情况，注意复核反向破坏条件，即对取
矩
要
满
足
公
式。
：⑤由求得的x与重新计算。
比较来检查原先的大、小偏心假定是否准确，若不正确，⑥核对是否满足最小配筋率要求，同时不宜大于bh的5%。
⑦按轴心受压构件验算垂直于弯距作用平面的受压承载力。注：以上计算步骤中的各项系数同上一小节偏心受压构件对称配筋计算公式一样取值。
七：偏心受压：弯矩承载力复核，已知，，N，砼标号，钢筋级别，求能承受的弯矩设计值M。
①计算界限情况下截面受压承载力设计值，若求
出
x，按大偏心由将
xe代
入
求得，同时利用
e，将
求得
代入，由此得，则②若，为小偏心，由
及，得M。，重新求x。求得x，同样可如上所示由x求e，由e求，由求③小偏心时，求得x后，若
八、偏心受压：轴向力承载力复核，已知，，则，砼标号，钢筋级别及，求能承受的轴向力设计值N。，由，，①假定
可求出e值，对N作用点求矩可得x值，若为大偏心，可由求得N，若可由
和
求得直接求得N。
②求得N后复核假定条件的正确性。，为小偏心，也可由
钢筋混凝土构件保护层 篇6
关键词：钢筋成型系统；PC构件；混凝土预制构件；钢筋焊网；桁架 文献标识码：A
中图分类号：TU649 文章编号：1009-2374（2015）15-0050-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.025
预制装配建筑技术是目前国际建筑工业化的潮流，是现代建筑产业项目的重要组成部分，混凝土预制（PC）构件制造的工厂化、自动化、高度集成化是预制装配建筑技术的核心内容，PC工厂一般由混凝土搅拌站、钢筋成型系统和预制构件生产线三个部分组成。钢筋成型系统的工艺技术水平及自动化程度将直接影响PC构件生产的质量和效率。
1 钢筋成型系统应用情况
1.1 国外应用现状
钢筋成型系统及其焊接制品在20世纪初产生于欧洲，经过近百年的应用与发展，在国外已经被建筑业广泛采用。奥地利、意大利、美国等国家20世纪初就制定了焊接钢筋网的标准，成批生产定型焊接钢筋网，以商品方式供应市场。国外代表企业，如奥地利Evg公司、意大利Progress公司、A.W.M公司等起步较早，自动化生产工艺技术已很成熟，系统及设备技术含量高，流水线生产，自动化程度高，焊接速度快，并配备了与预制构件生产线同步使用的钢筋物流与置放系统，确保整个PC工厂的流水线实现全自动化作业，但价格相对昂贵、耗电量大，并且对钢筋原料要求较高。
1.2 国内应用现状
我国钢筋成型系统应用较晚，20世纪80年代以前一直未能在现浇混凝结构工程上应用。90年代以来，越来越多的工程采用焊接钢筋网。目前钢筋成型系统的应用在国内尚处于起步阶段，还未形成规模。国内代表企业有建科机械（天津）股份有限公司、天津银丰机械设备公司、廊坊凯博建设机械科技有限公司等，这些企业均研发了具有各自特点的钢筋成型系统，形成了一定的规模，但由于起步较晚，与进口产品相比，还存在着一定的差距，例如生产线单一、自动化程度不高、设备占地面积大等，并且国内的钢筋成型系统属于通用性设计，不完全是针对PC构件生产线，因此，二者在使用过程中匹配程度也不是很好。
2 钢筋成型系统主要技术参数对比
钢筋网自动化焊接系统技术参数对比如表1所示：
表1 钢筋网自动化焊接系统技术参数对比
项目/厂家天津建科中科院廊坊凯博EVGA.W.M
焊网最大宽度3200mm4000mm4000mm4500mm
焊网最大长度10000mm10000mm12000mm10000mm
可焊钢筋直径5～12mm5～12mm5～16mm6～16mm
纵筋
间距100～500mm50、100、150、200mm50mm的倍数50mm的倍数
横筋
间距50～500mm，
无级可调50mm以上
无级可调35mm以上
无级可调50mm以上
无级可调
额定
功率126kVA125kVA900kVA240kVA
焊点数3280十个焊接头八个焊接头
气源
压力≥0.7MPa≥0.75MPa≥0.8MPa≥0.6MPa
项目/厂家天津建科天津银丰EVGA.W.M
系统配电
容量250kVA250kVA220kVA200kVA
桁架节距200mm200mm200mm200mm
桁架高度70～280mm100～250mm70～300mm70～370mm
桁架宽度60～90mm75～130mm60～80mm80～100mm
弦钢筋直径5～12mm8～12mm5～14mm8～12mm
侧筋直径4～7mm5～7mm3.5～8mm5或6mm
桁架长度2400～
12000mm2000～
12000mm2200～
14000mm800～
13500mm
桁架生产
速度≤12m/min12～15m/min≤33m/min12～13m/min
放线架数量5个5个5个7个
3 北方重工集团钢筋成型系统
目前，国内的PC工厂钢筋网和桁架焊接还是以人工和半自动化为主，整体技术水平远远低于进口设备，钢筋产品的质量和生产效率难以保证，施工环境属于“脏、乱、差”。因此，了解并学习国外先进技术，研发和推广具有自主知识产权的钢筋成型系统是非常必要的。
3.1 钢筋网全自动生产线及置放系统
该系统由钢筋网焊接机将具有相同或不同直径的纵向和横向钢筋分别以一定间距垂直排列、相互交叉点用电阻点焊在一起的钢筋网片，由PLC编程，在工厂内进行规模化生产，全自动完成从钢筋盘条上料到钢筋网片的生产工作。生产线各工序及关键控制点均安装有自动检测系统，具有故障诊断和报警功能，如出现纵、横筋不到位等故障或安全警戒线范围内存在不安全因素时，整个系统自动报警，停止生产并显示故障原因。
系统主要由上料卷车设备、钢筋矫直切割设备、横纵筋过渡运行设备、横筋输送系统、纵筋输送系统、焊接主机、钢筋网传输夹具装置、钢筋网纵向拉动装置、钢筋网输送平台、焊网倾翻设备、焊网折弯装置、钢筋笼输送设备、气压站以及网（笼）置放系统等部分
组成。
钢筋网成型系统具有极大的灵活性，可以全自动化地生产各种不同长度、宽度尺寸和形状的钢筋焊网、钢筋笼；可生产Z型钢筋网片；可配合PC生产线自动搬运、摆放网片、网笼，全面提高PC工厂的生产效率。
3.2 钢筋桁架全自动生产线及置放系统
该系统集钢筋的矫直、成型、焊接、切割为一体，在计算机的控制下全自动完成从钢筋盘条到钢筋桁架的生产工作。
全自动桁架生产线主要包括钢筋盘条放线架、钢筋矫直机、拱架机、桁架焊接机、桁架切断机、桁架自动叠放及链条输送机。为了方便切换钢筋盘圆，生产线还配置有专用的钢筋盘圆吊具和钢筋盘圆对焊机。
桁架置放系统与自动化PC构件生产线相结合，实现桁架的储存、定尺切割以及向底模托盘放置桁架的功能。该系统主要包括平板式桁架储存库、带夹具的龙门吊车、自动侧位传输装置喂料机、桁架液压切割机、桁架输出传输系统、桁架放置机械手。
为了满足运行要求和操作方便，系统配置有一体化微机和触摸屏的控制盘。控制盘上还配置有安全可靠的启动、紧急停止等常规操作按钮。
4 结语
随着住宅产业化的推广及预制装配建筑技术的迅速发展，PC构件领域对于钢筋成型系统的要求将会越来越高，研发和推广钢筋成型系统，对于加速住宅工业化进程，解决预制装配建筑过程中的工业化水平低、劳动生产率低、资源消耗高等“技术瓶颈”问题，将起到积极的作用。
作者简介：于明（1980-），男，北方重工集团有限公司工程设计院固废处理装备研究所所长，高级工程师；任霞（1980-），女，辽宁恒力工程机械有限公司技术部工程师；刘兴刚（1982-），男，北方重工集团有限公司工程设计院固废处理装备研究所设计员，工程师；边野（1984-），男，北方重工集团有限公司工程设计院固废处理装备研究所设计员，工程师。
钢筋混凝土构件保护层 篇7
保护层, 顾名思义就是混凝土钢筋的外部屏障, 这层保护层如果剥落、损坏, 就会使裸露在大气层中的钢筋逐步锈蚀, 混凝土构件钢筋与混凝土之间握裹力大大降低, 从而降低构件强度, 其重要性可见一斑。无论是工业建筑、农业建筑、民用建筑的构件基本上都是由基础、墙体、柱楼板、梁、屋顶等组成, 这些构件和材料绝大部分是钢筋混凝土。
2 保护层的作用
2.1 保证混凝土与受力主筋共同工作
钢筋混凝土结构的承载能力靠混凝土与钢筋共同工作来实现。结构实际承载能力的大小与混凝土和钢筋之间的握裹力有关。握裹力包括混凝土与钢筋之间的粘结力、混凝土收缩与钢筋表面的摩擦力、凹凸不平的钢筋表面与混凝土之间的咬合力。螺纹钢筋握裹力实验资料表明, 要保证钢筋与混凝土共同工作, 钢筋周围必须有一定厚度的混凝土保护层。如果钢筋与混凝土之间失去握裹力或握裹力过小, 就会丧失共同工作的基础。工程实践证明, 混凝土保护层的最小厚度须大于或等于主筋的直径, 才能保证钢筋和混凝土共同工作, 承受外部荷载的作用。
2.2 保护钢筋不受腐蚀, 增强结构耐久性
混凝土保护层可以保护钢筋在自然环境因素和使用条件下, 不受有害介质侵蚀, 防止锈蚀。混凝土属于碱性材料, 长期与空气接触会起化学反应而发生碳化。碳化将导致混凝土碱性逐渐削弱或消失。这时, 空气中的潮气、水分和腐蚀性气体通过混凝土的毛细孔和缝隙渗透进去, 致使钢筋锈蚀。因此, 必须保证钢筋混凝土保护层有一定的厚度, 使其满足应当具备的握裹力的需要, 则可以有效地延缓混凝土碳化层到达钢筋表面的时间, 延长结构使用寿命。
某市有一栋七层的框架结构住宅, 从竣工后交付使用到被鉴定为危房拆除, 为期只有10年, 远远低于最初的设计使用年限。经专家鉴定, 钢筋保护层厚度不够是影响其使用寿命的关键因素。在拆除过程中发现, 工程的卫生间、厨房, 甚至客厅的天棚都有一道道锈蚀的钢筋露出, 许多直径l0mm的钢筋剥除锈蚀层后直径只剩5mm。由于钢筋保护层厚度不够, 混凝土拌制时又采用海砂做细骨料, 加上当地气候潮湿, 钢筋长期在潮湿的酸性环境下而锈蚀。铁锈体积膨胀使过薄的钢筋保护层开裂, 加快了钢筋的锈蚀。随着时间的延续, 钢筋截面不断减小, 结果使结构过早地丧失了承载能力。
2.3 保护构件不因高温影响而急剧丧失承栽能力
混凝土是一种很好的防火材料。在一定的温度范围内, 混凝土与钢筋的热膨胀系数基本接近。但是当温度急剧升高时, 两者热膨胀之差会急剧变化。钢筋膨胀加大, 强度下降。两者失去共同工作的条件, 造成结构破坏。所以, 按照结构防火的要求, 也需要保证钢筋保护层的厚度。
3 钢筋混凝土构件工作时的受力分析
钢筋与混凝土之间存在着很强的粘结力。在计算时, 钢筋混凝土构件是作为一个整体承受着外力。同时, 由于混凝土的抗拉强度很低, 故只考虑混凝土所承受的受压应力, 而拉应力则全部由钢筋来承担。对于受力构件截面设计来讲, 受拉的钢筋离受压区越远, 其单位面积的钢筋所能承受的外部弯矩也越大, 这样钢筋发挥效率也就越高。所以一般来讲, 无论是梁还是板, 受拉钢筋总是应尽量靠近受拉一侧混凝土构件的边缘。如雨篷板的受力筋应设在构件上部受拉区, 而梁的受力钢筋设置在下部受拉区。如果放置错误或者钢筋保护层过大, 轻者降低了梁的承载能力, 重者会发生重大事故。
4 钢筋混凝土构件保护层厚度的确定
对于受力钢筋混凝土构件截面设计来讲, 受拉的钢筋离受压区越远, 其单位面积的钢筋所能承受的外部弯矩也越大, 这样钢筋发挥的力学效能也就越高。所以一般来讲钢筋混凝土构件受拉钢筋总是应尽量靠近受拉一侧混凝土构件的边缘。如果钢筋混凝土构件的钢筋位置放置错误或者钢筋的保护层过大, 轻则降低了钢筋混凝土构件的承载能力, 重则会发生重大事故。然而当钢筋混凝土构件的受拉钢筋越靠近钢筋混凝土构件的边缘时:
4.1 钢筋混凝土构件中钢筋的主要成分铁在常温下很容易被氧化, 尤其在高温或潮湿的环境中。
4.2 钢筋混凝土构件的保护层过小容易在施工时造成钢筋露筋或钢筋混凝土构件受力时表面混凝土剥落。
随着时间的推移, 钢筋混凝土构件表面的混凝土将逐渐碳化, 在钢筋混凝土构件工作寿命内保护层混凝土失去了保护作用, 从而导致钢筋锈蚀, 有效截面减小, 力学效能降低, 钢筋与混凝土之间失去粘结力。这样构件整体性会受到破坏, 甚至还会导致整个钢筋混凝士构件的破坏。
5 钢筋混凝土保护层的误区及解决措施
现场施工中, 许多施工人员对钢筋的混凝土保护层存在错误的认识, 主要表现以下几个方面:为了防止出现露筋现象, 钢筋的混凝土保护层越厚越好:梁柱钢筋的混凝土保护层是针对箍筋而言的;认为保护层不重要, 常用石子或者其他东西代替砂浆垫块。
这种错误的理解产生的后果是:如果保护层过厚将会降低构建抗弯设计断面的高度, 对构建的受力性能造成不利的影响, 混凝土产生裂缝。
如果保护层过薄, 则梁板底会出现露筋现象。为了克服这种现象的产生, 正确认识钢筋的混凝土保护层的意义是十分重要的。
钢筋混凝土的保护层的最小厚度却绝于构建的耐久性和对受力钢筋的粘结锚固性能的要求:从钢筋粘结锚固角度看, 对混凝土保护层提出的要求是为了保证钢筋与其周围混凝土能共同工作, 并使钢筋充分发挥计算所需的强度。规范规定受力钢筋的混凝土保护层不应小于受力钢筋的直径。根据耐久性要求, 混凝土保护层的最小厚度是按照构件在50年内能保护钢筋不发生危及结构安全的锈蚀而确定的。钢筋的混凝土保护层是针对主筋而言的。处于露天或室内高湿度环境的结构, 当采用按室内正常环境设计的预制标准构件时, 这些预制构件有时采用钢模生产或调整构建保护增厚度有困难时, 可在其表面另作水泥砂浆 (≥M10) 抹面层, 以满足露天或室内高湿度环境对保护层厚度的要求。此时, 必须保证抹面层的施工质量。要求使用年限较长的重要建筑物和处于沿海环境的建筑物的承重结构, 当处于露天或室内高湿度环境时, 其保护层厚度应按规范要求适当增加。有防火要求的建筑物, 其保护层厚度尚应复核国家现行有关防火规范的要求。腐蚀性介质会对建筑物产生腐蚀作用, 故其保护层厚度尚应符合国标的要求。
6 施工时如何控制保护层的厚度
如何控制钢筋保护层:一是抓施工前技术交底;一是抓过程中要素控制。在施工前, 应针对不同的工程部位, 根据设计图纸及施工验收规范, 确定正确的保护层。保护层的厚度并非干篇一律, 一般来说, 现浇楼板的保护层厚度15mm, 而基础的保护层厚度通常为无垫层时70mm, 有垫层时35mm, 梁、柱的保护层通常为25mm。因此, 在对操作者的技术交底中必须明确此厚度, 否则很容易造成返工。施工过程中, 重点要做到规范操作, 特别是在混凝土现浇板浇捣过程中, 尤其需要重视。
总之, 钢筋保护层厚度对单项工程质量并不是起决定作用的, 但如果不重视它, 所产生的危害也是不容忽视的。我们要在正确了解钢筋及混凝土的受力机理的前提下, 充分认识到合理的钢筋保护层对工程结构的重要性。只有防微杜渐, 才能使我们的工程施工技术水平更上一个台阶。
摘要：钢筋混凝土构件由钢筋和混凝土组成。从原材料的力学性能而言, 钢筋有较强的抗拉、抗压强度, 但混凝土只有较高的抗压强度, 抗拉强度却很低。然而两者的弹性模量比较接近, 还有较好的化学胶合力、机械咬合力和销栓力, 这样既发挥了各自的受力性能, 又能很好地协调工作, 共同承担结构构件所承受的外部荷载。在结构计算时, 钢筋混凝土构件是作为一个整体来承受外力的, 又由于混凝土的抗拉强度很低, 为简化计算, 一般混凝土只考虑承受压应力, 而拉应力则全部由钢筋来承担。为此, 本文提出了加强对混凝土保护层厚度的控制措施。
钢筋混凝土构件的裂缝探讨 篇8
1 钢筋混凝土产生裂缝的原因
引起裂缝的原因是多方面的,如外荷载作用、湿度温度的变化、基础不均匀沉降、混凝土的收缩徐变等,构件的配筋不合理及施工方法不当也有可能引起混凝土构件的开裂,下面就工程中比较常见的裂缝进行阐述。
1.1 塑性收缩裂缝
塑性收缩裂缝又称龟裂,多出现在结构表面,形状不规则且长短不一,这种裂缝大多出现在混凝土浇筑初期。产生这种裂缝的因素主要有如下方面:1)混凝土的坍落度超过设计要求,同时振动时间过长,使得水泥浆浮于上层,粗骨料在下沉时,受到钢筋约束,出现不均匀沉降而使混凝土的表层产生裂缝。2)浇筑后混凝土面层没有及时遮盖,受高温等环境影响,表面水分挥发加快,产生急剧收缩,而此时混凝土早期强度小于收缩变形应力,从而开裂。3)使用收缩率较大的水泥、水泥用量过多、使用过量的细骨料或水灰比过大,也会导致这种裂缝出现。
1.2 混凝土干缩引起的裂缝
干缩裂缝一般在混凝土露天养护一段时间后,混凝土构件表层或侧面出现较细、走向纵横交错、没有规律性的、并随湿度和温度变化而逐渐发展的裂缝。这种裂缝多是混凝土硬化过程中,构件内部干缩而引起体积变化,当这种体积变化受到约束时,就可能产生干缩裂缝。这种裂缝产生因素:混凝土成型后,养护期间措施不当,受到风吹日晒影响,使得混凝土表面水分散发加快,上层体积收缩大,而构件内部湿度变化较小,收缩不明显,因而表面的收缩变形受到内部混凝土或外力的约束,产生拉应力,引起混凝土表面裂缝。
1.3 温度变化引起的裂缝
环境温度发生变化时,根据热胀冷缩原理产生附加应力,当这种应力超过混凝土的抗拉或抗压强度时就会产生裂缝。温度裂缝大多发生在凝固的中后期,缝宽受温度变化影响比较明显。温度裂缝比较常见,尤其在大体积混凝土浇筑时,当施工过早拆除保温措施或受到寒流侵袭时,导致温度发生不均匀变化,表面混凝土受到内部混凝土的约束,将产生很大的拉应力。当混凝土早期抗拉强度小于拉应力时,就会出现裂缝,这种裂缝只在较浅的范围内出现;深入和贯穿性的温度裂缝多是由结构温差大引起的,大体积混凝土凝结和硬化过程中,水化热导致混凝土块体温度升高。当混凝土块体内部的温度与外部的温度相差很大,以致所形成的温度应力或温度变形超过混凝土当时的抗拉强度或极限拉伸应变时,就会形成深入裂缝。
1.4 结构基础不均匀沉降引起的裂缝
建筑荷载最终通过基础传给地基,当构筑物的基础沉降不均匀时,结构构件随基础受到强迫变形,导致构件与构件之间产生斜拉和剪切作用,从而使得结构构件开裂,随着不均匀沉降的发展,裂缝会进一步发展。这类裂缝的大小、形状、方向取决于地基变形的情况,由于地基变形造成的应力一般较大,因此裂缝宽度较大,多成45°,并且通常是贯穿性的。
2 预防裂缝产生的措施
1)根据地质条件,选择合理的基础类型和开挖方式,防止基础产生不均匀沉降。开挖基槽时尽量不要扰动周边原状地质结构,开挖到结构持力层后,按设计及规范要求在基槽内布点,按点施工地质钎探并做好记录,检验基槽承载力,发现不符合设计要求承载荷载时,再次开挖,直至达到设计承载力,基础施工前,虚渣和松动岩石清理彻底。2)混凝土尽量选用水化热较低的水泥,如矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等;粗骨料宜选用表面粗糙、质地坚硬、级配良好、空隙率和含砂率小的石子;细骨料宜选用颗粒较粗、空隙较小、含泥量较低的中砂,以提高混凝土抗裂强度。在条件许可的情况下,可掺入适量的微膨胀剂或膨胀水泥,膨胀料在水化膨胀期(1 d～5 d)可产生一定的预压应力,从而部分抵消水化后期产生的温度徐变应力,减少混凝土内的拉应力,提高混凝土的抗裂能力。配制混凝土时,根据混凝土强度等级、质量及混凝土和易性要求确定最合理配合比,严格控制水灰比和水泥用量,合理掺加各种外加剂,从而达到减少水泥用量,降低水化热产生的热应力的目的,同时可在基础内部预埋冷却水管,浇筑完成后,通入循环冷却水,降低混凝土水化热温度,减少热应力。3)混凝土浇筑时要防止离析现象,振捣要均匀密实,分层浇筑时,振捣棒伸入下层混凝土厚度在5 cm～10 cm,从而提高混凝土和易性,增强抗裂性。大体积混凝土浇筑时按规范、设计和技术要求,合理的分层、分块、分缝施工,并保证每个浇筑层上下均有温度筋,温度筋宜分布细密,一般用ϕ8钢筋,双向配筋,间距15 cm。这样可以增强抵抗温度应力的能力。上层钢筋的绑扎,应在浇筑完下层混凝土之后进行,同时大体积混凝土浇筑预先设置好必要的伸缩缝、变形缝和沉降缝,以减少温度裂缝。4)加强混凝土早期养护,并适当延长养护时间。人工控制混凝土温度的措施对早期因热原因引起的裂缝作用不明显。比如表面保温材料保护可以减少内外温差,但不可避免地导致混凝土体内温度很高,从受约束而导致贯穿裂缝的角度看,是一个潜在恶化裂缝的条件,因为体内热量迟早是要散发掉的。另外人工控制混凝土温度还需注意的问题是防止过速冷却和超冷,过速冷却不仅会使混凝土温度梯度过大,而且早期的过速超冷会影响水泥—胶体体系的水化程度和早期强度,更易产生早期热裂缝。超冷会使混凝土温差过大,引起温差裂缝,浇筑时间尽量安排在夜间,最大限度降低混凝土的初凝温度。白天施工时要求在砂、石堆场搭设简易遮阳装置,或用湿麻袋覆盖,必要时向骨料喷冷水。混凝土泵送时,可在水平及垂直泵管上加盖草袋并喷冷水。5)应安排合理的拆模时间及顺序,严格执行混凝土结构工程施工及验收规范中规定的混凝土强度和工程设计要求。严禁混凝土构件(尤其是悬挑构件)尚未达到规定的强度就拆除模板,以防裂缝产生。拆模的顺序一般应按照“先支后拆,后支先拆,先拆非承重部位,后拆承重部位”的原则。
3 结语
裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象,它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力,影响建筑物的使用功能,而且会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影响建筑物的承载能力。在实践中,应根据裂缝产生的原因及裂缝特点,在施工中相应采取正确施工工艺及补救措施,使裂缝对构件或结构的危害降到最小,以延长构筑物的使用寿命,从而使钢筋混凝土构筑物能够安全可靠地运行。
摘要：结合钢筋混凝土在工程中的广泛应用,分析了钢筋混凝土产生裂缝的原因,提出了预防裂缝产生的措施,以使裂缝对构件或结构的危害降到最小,从而延长建筑物的使用寿命。
关键词：钢筋混凝土,裂缝,温度,预防措施
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钢筋混凝土构件保护层 篇9
裂纹的检查工作和排查工作都要从裂纹的理论知识上下手。了解产生裂纹的原因是由温度引起的还是受力引起的, 又是哪一种力造成的, 分析整体结构的合理性, 和材料的优劣, 进而找到裂纹, 但是这只是从理论上说的, 只是一种思路, 而不能确保工程鉴定的完美实现。所以, 更要加入实际的测量工作, 对于部分地方的硬度, 耐受度, 材质进行检验, 找到实际问题所在, 并以此为鉴定意见的基础。
2 钢筋混凝土结构构件裂缝分析
裂纹出现是不是结构因素造成的:裂纹产生的原因很多, 结构因素就是其中之一, 只有搞明白结构引起的各个点的受力状况与裂缝之间的影响关系, 进而对于构件的性质作出定位, 结构产生的裂纹是结构不平均, 某一点受力过大, 超过上限后无法保证自己的完整, 裂纹就是结构被破坏的前期性表征, 也是结构强度不达标的表现, 如果不及时弄清楚原因并处理是有安全隐患的。另外一些非结构的因素是自身温度变化或体积变化引起的。根据预计的使用寿命, 抗震强度等进行修护处理。例如某校健身房, 跨度12m, 单层框架结构, 1996年12月竣工, 1997年8月甲方发现框架梁出现不同程度的裂缝, 要求鉴定。根据现场查勘, 框架梁裂缝普遍存在, 裂缝的特点:大都出现在梁的上半部, 裂缝上宽下窄, 中间宽两边细, 最大裂缝宽度为0.35mm, 通过对设计及施工情况的检查, 设计无误, 为施工原因, 经过综合分析, 判明为温度裂缝, 属非结构性裂缝。只要消除温差影响, 用压力灌浆修补裂缝即可。
2.1 判明结构性裂缝的受力性质:
结构性裂缝, 根据受力性质和破坏形式进一步区分为两种:一种是脆性破坏, 另一种是塑性破坏。脆性破坏较为隐蔽而突然, 往往没有任何征兆就突然出现, 由于没有提前准备, 可能造成结构突然性损伤, 并且程度较深, 引起人员的恐慌, 属于这类性质裂缝的有受压构件裂缝 (包括中心受压、小偏心受压和大偏心受压的压区) 、受弯构件的受压区裂缝、斜截面裂缝、冲切面裂缝, 以及后张预应力构件端部局压裂缝等。脆性破坏的裂缝发生的比较突然, 带有寸劲的出现, 产生突发性破坏, 应当特别注意。出现这类情况要马上修补, 而塑性破坏的过程较长, 是量变达到质变的结果, 之前就能看到明显的变化, 所以有足够的时间来弥补。所以破坏性相对较小, 属于这类破坏的受力构件的裂缝有:受拉构件正载面裂缝, 受弯构件和大偏心受压构件正载面受拉区裂缝等。裂缝的破坏等级是否达到必须修理的地步, 应当参考其发生的方位, 长短, 深浅以及发展速度来判定, 若已经达到稳定值并没有越界的现象发生, 则处理时间可相对延后。
2.2 查明裂缝的宽度、长度、深度:
钢筋混凝土结构构件的裂缝按其表征可分三种:一是表面细小裂缝, 即缝宽很小, 长度短而浅;二是中等裂缝, 其宽度在0.2mm左右, 长度局限在受拉区, 裂缝已深入结构一定深度;三是贯穿性裂缝, 缝宽超过0.3mm, 长度伸到受压区, 裂缝已贯穿整个截面或部分截面。结构性裂缝不仅表征结构受力状况, 还会影响结构的耐久性。裂缝宽度愈大, 钢筋愈容易锈蚀, 意味着钢筋和混凝土之间握裹力已完全破坏, 使用寿命已近终结。一般室内结构, 横向裂缝导致钢筋锈蚀的危险性较小, 裂缝以不影响美观要求为度, 而在潮湿环境中, 裂缝会引起钢筋锈蚀, 裂缝宽度应小于0.2mm, 但纵向缝易引起钢筋锈蚀, 并导致保护层剥落, 影响结构的耐久性, 应予处理。当裂缝长度较长, 深度较深, 严重影响构件的整体性, 往往是破坏征兆。例如受弯构件正截面梁底出现裂缝, 裂缝长度向受压区发展, 并到达或超过中和轴, 是比较危险的, 若缝长较短, 局部在受拉区, 一般危险性较小。裂缝深度也是表征之一, 通常表面裂缝多是非结构性裂缝, 贯穿性裂缝多是结构性裂缝, 容易使钢筋锈蚀, 危险性较大, 应查明原因, 根据危险性, 采取必要的加固措施。
2.3 判明裂缝是发展的还是稳定的:
钢筋混凝土结构构件裂缝按其扩展性质, 通常分三种:一是稳定裂缝, 即裂缝的宽度、长度保持恒定不变;第二种是活动性裂缝, 该裂缝的宽度和长度随着受荷状态和周围温度、湿度变化而变化;第三种是发展裂缝, 裂缝的宽度和长度随着时间增长而增长。钢筋混凝土结构在各种荷载作用下, 一般在受拉区允许在裂缝出现下工作, 也就是说裂缝是不可避免的, 只要裂缝是稳定的, 其宽度不大, 符合规范要求, 并无多大危险, 属安全构件。但裂缝随时间不断扩展, 说明钢筋应力可能接近或达到流限, 对承载力有严重的影响, 危险性较大, 应及时采取措施。裂缝稳定的结构, 裂缝会不会再扩展, 还要看所处环境是否稳定, 环境变化, 旧的裂缝可能还会扩展, 也还会出现新的裂缝, 应结合具体条件加以分析。例如某教学楼3层框架结构, 浅基础, 因附近打桩, 部分屋顶大梁出现裂缝, 要求鉴定。通过对设计、施工资料的检查, 均无大的问题, 且此教学楼已竣工多年, 未发现任何裂缝。经过现场查勘, 地坪土体隆起严重, 屋顶大梁的裂缝仅出现在梁端两侧, 为斜细裂缝, 初步意见应对裂缝进行继续观察。打桩结束后, 经过三个月观察, 裂缝没有继续发展。分析认为由于打桩挤土引起基础移动, 致使上部结构局部应力重分布产生裂缝, 对结构影响不大。
3 钢筋混凝土结构构件变形的分析
风蚀雨淋, 载重超荷, 温度不够等原因都将带来结构的老化和变形, 裂纹和变形问题由此产生, 这些情况的出现使建筑的安全性得不到保证, 并且也影响外观, 某些变形部位使得受力方向改变, 受力程度更加不均匀, 改变了原来材料的具体用处。因此加快了建筑结构老化的速度, 使用寿命减少, 对于变形的鉴定应有更合理有效的方法, 提前得到变形的通知, 对于已经变形的部位, 进行数据勘察, 了解变形程度。一般来说, 变形和裂缝是相互促进相互影响的。前者导致后者, 后者加重前者。所以, 变形也可以作为其他问题的起点来对待。另外, 对于变形的性质作出判定, 即它是固定大小的, 还是进一步发展的过程当中, 一般来说通常变形是循序渐进的, 不可能不变, 也不可能突然性变化很大。如果突然变化的情况出现, 可能是大的问题要发生的前兆, 立马采取措施。必要时要疏散人员。保证安全。过度变形有可能是结构承载不了, 也可能是遭遇了晃动。不必然是强度不够的原因, 变形的主要原因可能包括横断面积, 两结构间的距离, 承重能力, 材质。所以应当多种原因结合考虑, 得到数据。
4 结语
钢筋混凝土构件保护层 篇10
1 钢筋混凝土界面数值模拟方法
1.1 钢筋混凝土界面三维细观建模
为使所建的钢混界面模型能够同时描述粘结界面处细观损伤演化和与其耦合的桥梁结构宏观力学行为, 首先对钢筋混凝土界面区进行细观建模, 以简单的细观单元损伤破坏准则代替宏观联接单元的复杂本构关系。为考虑界面区混凝土的多相性, 以及界面区的混凝土主要受到钢筋的剪切作用, 将研究一般混凝土破坏过程的混凝土随机骨料模型[3]作为框架, 改变其中细观单元的损伤破坏准则, 运用在粘结界面区性能研究中。
由于单一尺度下三维细观数值模拟具有模型复杂、计算代价高等缺点, 故在钢筋混凝土桥梁的数值模拟中考虑钢混粘结界面, 设置过渡区连接尺度差异的网格。
1.2 界面区混凝土细观单元的损伤本构关系
本文采的混凝土线弹性受压损伤本构关系, 选取细观单元的最大压应力σ1为代表, 将三轴本构关系关系简化为单轴来考虑。
根据应变等效原理, 损伤后的一维弹性本构关系方程[4]如下:
损伤演化方程如下:
式中:εc0为单元应力达到损伤阈值时的压应变;εcu为极限压应变, 取0.003 3。
取摩尔库伦准则[5]作为损伤阈值的判断依据。该准则认为混凝土材料点任意平面上的剪应力τ达到与该平面中正应力σn线性相关的值时材料发生破坏, 表达式如下:
式中:C和φ分别为材料的内聚力和内摩擦角。
1.3 钢筋混凝土界面数值分析流程
对上述数值模型位移控制加载, 共加载n步。加载过程中每步结束后, 根据损伤准则依次对单元损伤进行更新。如损伤场无更新, 直接进行下一步加载, 有则根据损伤场将单元刚度退化, 形成新的整体刚度矩阵, 进行下一步加载计算。数值分析流程如图2所示。
2 拉拔工况下的钢混界面数值建模
如图3所示连续箱梁桥的受拉区即箱梁中的底板易产生横向裂缝, 裂缝截面上的混凝土退出工作后, 混凝土划分成多个不连续的区域。在这些不连续的区域中钢混界面的粘结作用可分为钢筋端部锚固粘结作用与横向裂缝间粘结作用2种。研究钢筋端部锚固粘结作用时可将研究对象简化为拉拔工况下的构件, 研究横向裂缝间粘结作用时可将研究对象简化为轴拉工况下的构件。
本节用第一节中建立的考虑界面细观损伤的钢混结构建模方法对拉拔构件进行数值建模, 如图4所示。钢筋混凝土界面区域为80 mm有效埋置的钢筋周围径长10mm的混凝土区域, 单元尺寸约为2 mm。经过一系列过渡单元后, 试件外围的混凝土单元尺寸约为10 mm。其中过度区的设置可以极大地降低计算代价, 如对整个拉拔试件用尺寸为2 mm的单元进行划分, 会得到70多万个细观单元, 一个位移步的计算就需要近20 h, 而设置过渡单元后, 单元个数为7万多个, 计算一个位移步仅需10 min。
界面区混凝土采用随机骨料模型, 分为骨料与砂浆2种材料, 骨料总体积由文献[6]中的混凝土质量配合比得到。摩尔库伦强度准则的参数, 根据文献[5]中的试验结果, 取Ccosφ=17.054 MPa, 取sinφ=0.516 2。砂浆的弹性模量为22.2 GPa, 骨料的弹性模量为75 GPa。拉拔试验中钢筋区域和非界面区混凝土区域不发生破坏, 采用弹性本构关系, 钢筋的弹性模量为210 GPa, 混凝土为31 GPa。
拉拔试件中混凝土的底面施加x, y, z 3个方向上的约束, 对钢筋底端施加钢筋轴向的位移荷载。
3 钢混界面宏细观损伤数值分析
3.1 宏观服役性能劣化过程分析
数值模拟得到的拉拔力与自由端滑移曲线见图5 (通过位移加载端的反力总和求出拉拔力) , 图中A至J 10个点分别对应前10个位移荷载步。分析图5中的曲线, 可看出随着自由端滑移的增加, 拉拔力迅速到达峰值 (H点) , 此后拉拔力呈现下降趋势, 自由端滑移迅速增长, 很快达到完全脱离点 (J点) 。分析曲线上升段, 前8段曲线的斜率分别为1 750 k N/mm, 1 720 k N/mm, 1 490 k N/mm, 1 220 k N/mm, 859 k N/mm, 732 k N/mm, 445 k N/mm, 2 k N/mm, 可以看出当拉拔力增至峰值的70%左右时 (C点) , 自由端滑移的增长开始呈现增幅变大的非线性。
对比数值模拟与拉拔试验得到的拉拔力与自由端滑移曲线, 可以看出该数值模拟方法能较好地模拟出钢筋混凝土脱粘之前曲线的变化趋势。
3.2 细观损伤演化过程分析
本文的数值模拟中用细观单元刚度的退化反映损伤的累积, 当损伤值达到1时, 判断单元失效, 图5中对应各点的细观单元损伤分布如图6所示。
分析图6可以看出:损伤首先产生在加载端钢筋周围的混凝土区域, 随着位移荷载的增大, 钢筋混凝土界面粘着力的弱化损伤从加载端毗邻钢筋的混凝土区域沿着钢筋往自由端方向不断发展。前3个位移荷载步 (O~C) 中, 损伤区域的扩展比较平稳, 无失效单元;随后2个位移荷载步 (E、F) 中, 加载端开始出现失效单元;第6至第8个位移荷载步中 (F~H) , 虽然位移增量很小, 但损伤区域迅速扩张至整个界面区, 并且脱粘失效区域达到界面区的一半;之后的位移荷载步 (I~L) 中, 由于粘结区过小, 失效区域迅速扩大, 最终贯通界面区, 钢筋混凝土完全脱粘。
对比图4可以看出, 损伤区的主要沿着砂浆单元扩展, 避开了骨料区域, 说明界面区混凝土的多相性对损伤的分布、失效的扩展有一定的影响作用。
4 损伤演化的宏细观量化分析
钢筋混凝土的拉拔失效过程是一个由于自身细观结构及材料性能的变化导致宏观力学性能呈现出非线性变化的过程, 下面将宏细观损伤量化后进行分析。
根据图5可以得到钢筋混凝界面的粘结滑移本构关系可表示为:
式中:k0为初始段 (O~A) 的割线斜率;s0为A点对应的相对位移;f (s) =F (s) /A, 其中A为初始粘结面积。
滑移本构关系的割线斜率k可作为界面粘结性能参数, k与自由端滑移曲线可表示为:
从宏观现象出发, 将本构关系割线斜率的减小定义为宏观损伤变量:
将公式 (5) 代入公式 (6) 得到:
用细观方法研究个体微缺陷, 再用统计学方法归纳出损伤场是一种很好的研究方法[7]。图6中细观损伤演化表现为损伤区范围的扩展, 失效单元数的增加 (损伤区未完全失效的细观单元, 按刚度折减比例计入) , 据此可统计失效单元数来定义损伤变量。脱粘时失效单元数不再增加, 损伤变量值达到1, 故定义当前的失效单元数m与脱粘失效单元数mlast的比值为界面区细观损伤变量:
通过上述反演与统计得到宏细观损伤-自由端滑移量关系曲线, 如图7所示。
分析图7可以看出, 钢筋混凝土粘结界面宏细观损伤量均起始增长速度快, 当滑移量达到0.05 mm左右即损伤约为0.5时, 损伤增长的速率降低, 缓慢趋近于1。结合图6和图7的分析, 可将拉拔失效过程大致分为3个阶段:前3个位移步, 损伤量基本为0, 无粘结区域失效的线性阶段;第4至第8个位移步, 损伤量由0线性增长至0.5, 失效区扩展至界面区一半, 拉拔荷载增长至峰值的非线性阶段;第9至第12个位移步, 损伤量由0.5非线性增长至1, 失效区迅速发展至贯通界面区, 拉拔荷载下降的阶段。
5 结语
本文建立的钢筋混凝土粘结界面三维细观数值分析方法能够有效地分析钢筋混凝土桥梁中的宏细观损伤。在以后的钢筋混凝土桥梁数值模拟中可以通过多尺度方法将粘结界面三维细观尺度模型与桥梁宏观尺度模型相耦合以考虑局部的钢混界面损伤。
本文揭示了钢混界面粘结性能劣化的规律, 即脱粘过程可分为3个阶段:界面区未失效, 拉拔荷载平稳上升的线性阶段;失效区扩展至界面区长度一半, 拉拔荷载迅速增长至峰值的非线性阶段;失效区迅速扩展至贯通界面区, 拉拔荷载负增长的阶段。这一规律弥补了在钢筋混凝土连续箱梁桥裂纹扩展研究中大多未考虑钢混界面裂纹扩展的不足。
参考文献
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钢筋混凝土构件保护层 篇11
近年来, 我国正在建筑工程中大力推广应用400MPa, 500MPa强度的高强钢筋, 但在混凝土内部, 存在着很多微裂缝, 这些裂缝本身不会对结构造成损害, 在荷载或温差作用下, 高强钢筋的使用会增高钢筋使用应力, 导致微裂缝不断扩展和连通, 进而演变成用肉眼可见的不同形式的裂缝, 最终使结构无法满足正常使用[1]。为保证钢筋混凝土结构的安全性、耐久性和实用性, 国内外针对钢筋混凝土结构的开裂和裂缝问题研究颇多, 国内外不同混凝土结构设计规范也对混凝土构件的裂缝控制方法进行了规范, 并限制了裂缝宽度, 同时, 近几年, 一些规范颁布了修订后的规范, 进一步修改和补充了关于裂缝控制方面对裂缝宽度计算的公式, 为钢筋混凝土结构的设计提供了必要依据。本文对我国和美国的混凝土结构设计规范有关裂缝控制的规定进行了系统的比较研究, 以供参考。
2 中国与美国的裂缝控制标准
我国现行《混凝土结构设计规范》 (GB50010—2010) 采用了以概率理论为基础的极限状态设计法, 对于结构构件的可靠度则以可靠度指标度量, 裂缝宽度计算主要以裂缝理论为指导, 并结合大量试验结果得到的半理论半经验公式, 要求最大裂缝宽度计算值不超过规定限制[2]。《混凝土结构设计规范》要求根据环境类别确定相应裂缝控制等级和最大裂缝宽度限值, 并按照规定验算钢筋混凝土构件正截面裂缝宽度。混凝土结构的环境类别主要分为5个类别, 一类为室内正常环境, 在该环境下, 裂缝控制等级为三级, 最大裂缝宽度限值wlim=0.3mm, 对于平均相对湿度<60%地区的受弯构件wlim=0.4mm, 对于钢筋混凝土屋架、托架以及需要作废验算的吊车梁, wlim=0.2mm, 对于钢筋混凝土屋面梁, wlim=0.3mm;二类为室内潮湿环境、 (非) 严寒和寒冷地区的露天环境等, 裂缝控制等级为三级, wlim=0.2mm;三类为冰盐、季水位变动、海滨环境, 裂缝控制等级为三级, wlim=0.2mm;对于四类的海水环境和五类的受侵蚀性物质影响的环境, 其wlim要符合专门规定[3]。
美国关于建筑混凝土结构的规范主要以可靠度理论为基础, 采用的设计表达式无分项系数, 在设计用荷载和设计用材料强度取值水准方面以及可靠度表达方式方面与我国规范有着一定区别。早期的美国规范ACI318也是直接计算裂缝宽度的, 并且允许对裂缝宽度进行比较, 但由于混凝土开裂以及裂缝宽度有一定的随机性, 所以直接计算裂缝宽度不够准确, 无法将裂缝的实际宽度计算出来。从ACI318—99起取消了区别对待室内、室外的作法, 开始通过钢筋间距对混凝土裂缝进行控制, 规范认为在普通环境条件下, 混凝土裂缝宽度控制与耐久性并无显著相关性[4]。规范ACI318—99中基于混凝土受拉底面的最大裂缝宽度wmax=0.4~0.55mm对允许的钢筋间距作了规定, 且认为混凝土受拉底面的最大裂缝在底排相邻钢筋连线中点正下方。ACI318—05规范自称为通用建筑规范的一个组成部分, 该规范对钢筋间距作了进一步补充和说明, 要求在严重腐蚀性环境下或防渗混凝土设计中必须有特殊的考察和预防, 对于侵蚀性或需要防水的环境还要进行专门计算, 通过验算受拉钢筋间距控制弯曲裂缝。
3 中国与美国的裂缝宽度计算公式
3.1 中国规范裂缝计算公式
中国规范关于裂缝控制, 一直都是采用计算裂缝宽度确定。对于允许出现裂缝的构件, 按照荷载效应的标准组合, 同时考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度wm a x应符合公式 (1) :
GB 50010—2010规定, 矩型、T型、倒T型和I型截面的钢筋混凝土受拉、受弯和偏心受压构件中, 可按照下列公式计算裂缝宽度:
式中, αcr为构件受力特征系数, 对于受弯构件, 取αc r=2.1;ψ为裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数, 当ψ<0.2时, 取0.2, ψ>1时, 取1;σsk为构件纵向受拉钢筋应力;Es为钢筋弹性模量;c为钢筋混凝土保护层厚度, 当c<20mm时, 取c=20mm, 当c>65mm时, 取c=65mm;deq为等效钢筋直径, mm;ρte为有效纵向受拉钢筋配筋率, 计算钢筋混凝土构件最大裂缝宽度时, 当ρte<0.01, 取0.01。
3.2 美国规范裂缝计算公式
美国规范ACI318—95及以前, 采用的是Z系数法, 即直接计算裂缝宽度:
式中, fs为受拉钢筋应力, MPa;dc为受拉表面到最靠近该面的钢筋中心距离, mm;β为混凝土受拉底面处应变与钢筋水平位置处应变的比值;A为包围一根钢筋的混凝土有效面积, mm2。
裂缝控制的Z系数法在美国应用了将近30a的时间, 但近年来试验研究表明, 当保护层厚度较大时, 用Z系数法来控制裂缝较难满足设计的精确性要求。美国的Frosch提出了另一种新的裂缝控制设计方法。美国规范ACI318—95以后开始通过钢筋间距来对混凝土裂缝进行控制, 该做法是经过处理Frosch提出的裂缝计算公式后得到的, 规定与受拉面最近钢筋距离不超过s, s的计算公式为:
而美国规范ACI318-11将s的公式调整为:
式中, cc为受拉底面边缘至最近受拉钢筋表面的距离。
3.3 中美规范公式的比较分析
中美两国所采用的钢筋混凝土裂缝宽度计算模式存在较大差异, 各公式考虑的计算参量有所不同, 而相同计算参量的计算方法也存在差异[5]。计算钢筋应力时, 中美两国规范采用的是荷载的标准值, 而且两国荷载组合值相当, 当考虑荷载取值和荷载组合影响时, 两规范对于短期裂缝宽度的计算结果相差不大。
考虑长期荷载作用时, 美国规范对钢筋间距的的规定直接源于短期裂缝宽度计算公式, 中国规范则乘以一个长期裂缝宽度扩大系数。美国规范在计算钢筋应变时未考虑拉伸刚化作用, 忽略了混凝土的拉伸变形, 而我国规范则对此予以了考虑。美国规范计算公式考虑的计算参量为钢筋应力、钢筋间距、保护层厚度, 而中国规范考虑的计算参量除受拉刚化和混凝土拉伸变形, 还包括钢筋应力、钢筋直径、钢筋黏结性能、有效配筋率、保护层厚度、构件受力特征、作用时间。
4 结论
总之, 钢筋混凝土结构具有坚固、耐久、防火性能好的优点, 广泛应用于建筑与土木工程中, 而在钢筋混凝土结构的应用过程中, 钢筋混凝土构件的裂缝计算和控制是关系到结构能否满足耐久性与适用性要求的重要手段, 本文结合算例对我国和美国的混凝土结构设计规范有关裂缝控制的规定进行了系统的比较研究, 结果表明, 现行美国规范以控制钢筋间距来控制裂缝的做法, 国内设计基本都能满足要求, 而我国现行规范对裂缝的控制较严, 计算标准偏安全。这就为在我国应用推广高强钢筋创造了条件。
摘要：针对中美两国规范关于钢筋混凝土构件裂缝控制标准、裂缝宽度计算原理和公式进行了比较分析, 并以实际算例对上述各规范的钢筋混凝土构件裂缝宽度计算结果进行了比较, 并比较了各规范允许的裂缝宽度。结果表明, 现行美国规范以控制钢筋间距来控制裂缝的做法, 国内设计基本都能满足要求, 而我国现行规范对裂缝的控制较严, 计算标准偏安全。
关键词：中美规范,钢筋混凝土构件,裂缝控制,标准
参考文献
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