作者：白明露1韩宏哲1刘琳2 (1.洛阳市建筑工程质量监督站河南洛阳471000;2.洛阳工业高等专科学校河南洛阳471003)
【摘要】根据现行的《建筑结构可靠度设计统一标准》及《混凝土结构设计规范》等国家标准和规范,分析出影响混凝土结构安全性和正常使用的主要因素,从而在混凝土结构施工过程中采取一系列可靠的控制措施和手段,最终达到确保混凝土结构工程质量的目的。
【关键词】混凝土结构;安全性;正常使用;影响因素
目前,混凝土在建筑工程中广泛使用,且所占比重越来越大。因此,需要我们对混凝土结构有一定的了解和正确的认识,掌握混凝土结构的物理力学性能,以达到混凝土结构物理力学性能的充分发挥,避免混凝土结构的施工质量通病的目的,确保混凝土结构的安全性和耐久性。现结合多年的工程实践和经验,谈谈影响钢筋混凝土结构安全性和耐久性的因素以及在施工中应注意的事项。
一、影响钢筋混凝土结构安全性的因素
我国现行的《混凝土结构设计规范》的基本理论依据是以概率理论为基础的极限状态设计方法,以结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率来衡量结构的安全性。对于承载能力极限状态,结构构件应按荷载效应的基本组合或偶然组合,并符合以下极限状态设计表达式:γoS≤R;R=R(fc,fy,αk…)。式中γo为重要性系数;S为承载能力极限状态的荷载效应组合的设计值;R为结构构件的承载力设计值;R(·)为结构构件的承载力函数。由以上极限状态设计表达式可知,在荷载效应的设计值确定的情况下,结构的安全与否完全取决于结构构件的承载力。而式R=R(fc,fy,αk…)告诉我们,结构构件的承载力是有混凝土抗压强度设计值、钢筋的抗拉强度设计值、结构或结构构件几何参数的标准值等因素所制约。因此,严格控制混凝土结构组成材料的质量及结构构件几何参数成为混凝土结构安全性的决定因素。
首先,混凝土结构所使用的混凝土强度应符合设计文件的要求。混凝土是由水泥、粗细骨料、外加剂、水等物质组成的拌合物硬化后形成的,故混凝土的质量与其组成材料的质量及设计配合比存在着密切的关系。在实际施工过程中,水泥应按代表批量对其强度、安定性及其他必要的性能指标进行复验,且其质量应符合现行国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》的规定,含有氯化物的水泥禁止使用于钢筋混凝结构;混凝土所用的粗、细骨料的质量应符合国家现行标准《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》、《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》;混凝土中掺用的外加剂的质量应符合国家现行标准《混凝土外加剂》、《混凝土外加剂应用技术规范》的规定;拌制混凝土的水质应符合国家现行标准《混凝土拌合用水标准》的规定。
其次,混凝土结构中使用的钢材应符合设计文件的要求。用于混凝土结构中的钢筋应具有产品合格证和出厂检验报告。钢筋在进入施工现场,用于施工之前应按批次和产品种类在监理的见证下取样,送至法定的检测机构进行检测,检测不合格的钢筋严禁用于工程。在地震力的作用下,为了确保混凝土结构的安全,钢筋的实际抗拉强度不宜过低,但为了结构安全,不至于结构发生脆性破坏,同时为了避免钢筋的浪费,故钢筋的实际抗拉强度又不宜过高。
另外,结构构件的几何参数应符合设计文件的要求,其几何尺寸偏差应在规范的许可范围内。例如受弯构件正截面承载力计算的基本原理为α1fcbx=fyAs;M=α1fcbx(ho-x/2);M=fyAs(ho-x/2)式中x为混凝土截面受压区高度;ho为混凝土有效高度;fy为钢筋抗拉强度设计值;As为受拉区钢筋面积;fc为混凝土抗压强度设计值。由上式可以看出,当施加于结构上的载荷不变的情况下(即作用于结构构件上的弯矩为定值),结构构件的截面尺寸(b、h)减小时,混凝土的受压区高度增大,同时ho-x/2减小,故只有fyAs增大才能提供足够弯矩值来平衡施加于结构构件上的荷载所产生的弯矩。因为施工时的钢筋抗拉强度设计值和钢筋截面面积均依照设计文件,故结构安全性得的可靠度降低,失效概率将增大;由以上分析可知混凝土的抗压强度设计值不满足设计要求时,混凝土的受压区高度将增大,同样会对结构的安全性产生不利的影响。施工时随意增大结构构件的几何尺寸,将增大结构构件的自重,同时也会增加混凝土的用量,产生不必要的浪费;另外梁类构件若梁宽和梁高(b、h)在施工中偏差过大势必会影响梁的刚度,梁在设计荷载的作用下会产生大于规范允许的挠度值,对梁的使用功能产生不利影响。
因此混凝土结构在施工时应严格控制模板分项工程,确保模板及其支架应具有足够的承载能力、刚度和稳定性,以便使其能可靠的承受浇筑混凝土的重量、侧压力以及施工荷载。
二、影响钢筋混凝土结构正常使用的因素
《建筑结构可靠度设计统一标准》规定以下三种状态即认为结构构件超过了正常使用极限状态:1、影响正常使用或外观的变形;2、影响正常使用或耐久性的局部损坏(包括裂缝);3、影响正常使用的振动;4、影响正常使用的其他特定状态。因此,为保证混凝土结构的正常使用状态,应该从控制混凝土结构构件的变形、提高混凝土结构构件的耐久性和控制混凝土结构构件的裂缝等方面着手精心设计、科学施工。
控制混凝土结构构件的变形应该从构件截面、混凝土自身的收缩与混凝土的徐变等方面来考虑。混凝土的截面刚度包括抗拉(抗压)刚度EA与抗弯刚度EI,式中混凝土的弹性模量随混凝土强度等级的提高而增大,A或I与构件的截面尺寸有关,总之构件的刚度由设计文件决定。而混凝土的收缩和徐变与混凝土结构的施工和原材选用有着密切的关系,为保证混凝土有较小的收缩和徐变,在施工中应采取以下措施:1、在确保施工和混凝土强度的前提下采取较小的水灰比和水泥用量;2、采用级配良好、弹性模量大的骨料;3、加荷时尽量保证混凝土有足够的强度和较长的龄期;4、将混凝土振捣密实。
提高混凝土结构的耐久性主要包括两方面的内容:选用合适的混凝土强度等级和适当的钢筋保护层厚度。现行的《混凝土结构设计规范》将混凝土结构构件所处的环境类别划分为五类(见表1),设计时根据混凝土结构构件所处的不同环境类别选择混凝土结构构件所应采用的混凝土强度等级和钢筋保护层厚度,以满足混凝土结构构件的耐久性需要。施工时应按照设计文件的要求严格控制混凝土结构构件的钢筋保护层厚度,避免钢筋保护层厚度过小对混凝土结构耐久性产生不利的影响。
现行的《混凝土结构设计规范》将混凝土结构构件的裂缝控制分为三级,设计时按照混凝土结构构件所所处的环境类别和结构类别确定相应的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值(见表2)。为控制好混凝土结构构件的裂缝在设计时应选择合适的混凝土强度等级、纵向受拉钢筋的等级和数量;在施工时应严格按照设计文件的要求做好混凝土强度的质量控制和钢筋保护层厚度的控制,从而达到控制混凝土结构构件裂缝的目的。
对处于年平均相对湿度小于60%的地区一类环境下的受弯构件,最大裂缝值采用括号内的数值。
【参考文献】
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