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关于混凝土-我的几点感悟(十) 精选

已有 8417 次阅读 2017-9-25 06:23 |系统分类:科研笔记|关键词:学者| 混凝土, 规范, 裂缝, 预应力, 病害诊断

14 关于规范的理解与应用

写正文之前,我要感谢几位师长和朋友。

首先是廉慧珍老师和闻德荣老师两位前辈,第一节我提到过廉老师鼓励我把一些想法写出来,闻老先生还把系列文稿推荐杂志转发,这也使我有了不断写下去的勇气,首先感谢两位前辈。

我以前在建委下属咨询处的领导颜处对我讲:任何时候不要保守,不要自己限制自己,要勇于与大家分享你得收获,整理你思路的同时对自己也是提高,不要固守一点,要放开胸怀,他说这是他多年做咨询的感受。

在我写文稿期间,宋少民老师也专门发微信鼓励说:作为学者要有自己的独立见解和独立思考,每章节写一两个观点,这种形式很好。我是学习者,各位是学问者,都简称学者吧!

王栋民老师专门让他的博士生和研究生加我微信交流,以期共同提高!中国建材情报所的孙继承博士电话与我说:闻博士,咱出本书吧,主要以工程案例鉴定分析为主,把你的案例丰富在里面,肯定广受欢迎!

还要感谢旅日归国的美女博士王欣教授,王博士曾是我在咨询处的领导,现在在天津城建大学做专职教授,有次我与王博士闲聊,说起我这些年从南忽到北、从东悠到西,一路忽悠、鉴定混凝土质量缺陷的趣事,她建议我整理下写出来:与大家分享是件乐事,你会有成就感和意想不到的收获!

这不,意外收获来了!前几天开会,有人要加我微信,说总看我文章,网上看我要发言就专门过来参会,还特意从新加坡带了咖啡和巧克力,会场上见到了新加微友——宁建树老总,一见如故,令我尤其感动!还有韶关的黄总、山西宋总等等许许多多新老朋友,不一一列出,会议前总电话问:去吗?你要去我也去见个面,谢谢各位鼓励和支持!

闲言不赘,这次还是从一次质量缺陷分析鉴定说起。

某施工单位,做预制箱梁,不幸开裂,从箱梁中间开裂,其实这也是比较常见的质量问题。我遇到很多。关键是:当地从未干过大的工程,这几片梁40米,还没有进行张拉,开裂了谁也不敢拍板用还是不用。


他们关心的问题是两个:

施工方和搅拌站关心的问题是:裂缝怎么产生的?搅拌站态度很明确,我们问题我们负责,是配比问题还是材料问题?找不出原因就无法避免。

业主方和地方质检站以及监理单位关心的问题是:这几片梁还能不能用!

我去了现场,因为这种问题必须要去现场,光看图片很容易走偏的。我详细了解了情况,勘察现场,得出初步结论:

第一,裂缝不是配比和原材原因,至少不是主因,养护占主要,然后告诉他们注意哪些,就不会再裂

第二,裂缝总归是不好的,但这种裂缝对承载没大影响,经过修补密封,赶紧张拉,可以继续使用,不张拉裂缝会不断延长至通透。

然后,我自以为完事大吉就走了,这种事我见的太多了!

而两周后,施工方给我电话,几片梁被废了,砸了,直接损失近八十万。当时老实说我很震惊,震惊之余还是震惊,八十万呀,就这么没了!败家呀!!!况且这是我出道以来第一次鉴定结论被否,至今也是唯一一次,有点懵圈的感觉用赵本山小品的话来讲,我这资深大忽悠反被忽悠,脸面无光呀!

后来,我进一步了解到:业主和当地质监都没接触过大的工程,我走后心里还是不踏实,就又专门组织了专家组讨论,讨论的结果是:混凝土梁是预应力构件,属于A类,A类结构是不能有裂缝的,既然有裂缝就不能使用。

老实说当时我有点气急败坏了,对他们讲:糊涂,这样的结论谁出的?你们也糊涂,竟然也信?

为此我有专门给他们又上了一课!普及下相关知识太重要了!!!

第一,先普及下,预应力怎么一回事!

(注:公式复杂不再详述推导过程,有兴趣同志可在教科书上查阅)

在钢筋混凝土结构中,当混凝土承受的拉应力达到其抗拉极限强度ftk,或混凝土拉应变达到其极限应变εtu (约为0.0001~0.00015,即100~150µεme)时,混凝土就要开裂。

由于粘着力的作用,钢筋与周围混凝土具有相同的变形。因而,混凝土即将开裂时,钢筋中的应力

ss =εtuEs = (0.0001~0.00015)× 2.0× 105 = 20-30MPa

事实上,钢筋的设计应力要远远大于此值:对于R235,fsd=195MPa;对于HRB335,fsd=280MPa。即混凝土开裂时,钢筋只发挥了其设计强度的1/10左右。

在设计荷载作用下,钢筋的应力是按其设计强度fsd取值,这意味着,在使用阶段,钢筋混凝土结构的受拉区总是要出现裂缝的。

随着冶金工业的发展,钢材的强度不断提高。目前,国产高强钢丝和钢绞线的抗拉强度标准值已达1860MPa。

如果将这种高强钢材直接配置在混凝土中,按设计荷载作用下钢筋应力达到其抗拉强度标准值的1/2就是930MPa,这时钢丝周围混凝土的拉应变为

et = 0.0048

这个应变相当于混凝土极限拉应变(0.0001)的40多倍,这将引起混凝土的严重开裂,结构根本无法正常使用。即使提高混凝土的强度等级,其抗拉强度提高很小,仍解决不了抗裂问题。

所以说,在钢筋混凝土结构中,由于混凝土抗拉强度低,容易开裂,高强度钢筋和高标号混凝土根本无法充分发挥作用。

解决钢筋混凝土结构裂缝问题的积极措施是,设法预先在混凝土中造成一种预压应力,用以抵消外荷作用下所产生的拉应力,使混凝土的整个截面在外力作用下始终处于受压工作状态,这样也就不会出现拉应力,从而限制裂缝的出现。

这种预先加过应力的混凝土称为预应力混凝土。

2 预应力混凝土分类

在预应力混凝土结构设计中,通过设置适当的预加力和偏心距提供压应力。预加力的大小和偏心取决于设计期望达到的应力状态。

在预加力和外荷载共同作用下(桥规规定为短期效应组合),按照控制截面受拉区边缘出现的拉应力情况(如简支梁跨中截面下缘),分为:

1)全预应力混凝土结构(PC-Prestressed Concrete)

2)部分预应力混凝土结构(PPC-Partial Prestressed Concrete)

1)全预应力混凝土(PC)

在一切荷载组合情况下(短期效应组合),都必须保持全截面受压,不允许出现拉应力的预应力混凝土称为全预应力混凝土。

全预应力混凝土具有抗裂性好,刚度大,可节省普通钢筋等优点,但也发现存在一些严重的缺点:

1)反拱过大,并由于混凝土徐变的影响不断发展;

2)由于预加力过大,易于产生平行于预应力钢筋的纵向裂缝。

2)部分预应力混凝土(PPC)

针对全预应力混凝土由于预加力过大所引起的问题,从1960年开始,国际工程界就开始了适当减小预加力、降低预应力混凝土抗裂要求的讨论,逐步形成了部分预应力混凝土的概念。

所谓部分预应力混凝土,指在预加力和外荷载作用下(短期效应组合),允许出现拉应力或允许出现裂缝的预应力混凝土。

A类构件:在短期效应下,控制截面受拉边缘允许出现拉应力,但应控制拉应力不得超过允许值,即不允许开裂。

B类构件:在短期效应下,允许出现裂缝,但对最大裂缝宽度加以限制。

3 对于混凝土预制梁的设计要求

预应力结构有两类,先张和后张,现在一般都是后张法:

后张法得施工步骤如下:

(a)浇筑梁身混凝土,并预埋套管,形成孔道;


(b)穿进预应力钢筋,待混凝土结硬后,进行张拉;

(c)锚固钢筋,传力于混凝土,压注水泥浆,填塞孔道。



4 预应力结构的受力图分析

钢束张拉锚固后,梁受到预加力的作用向上挠曲,梁脱离底模变为两端支承,梁的自重随即参加工作。即在预施应力阶段,梁将受到预加力和自重MGk的共同作用,下面是其受力模式分析图。



可以看出,预应力梁张拉完以后,全断面是受压的,受压的混凝土是不可能产生裂缝的,除非压坏了。

正常工作阶段,也就是有了荷载以后,受力模式图如下,梁底出现了拉应力,但在允许范围内,不会开裂:


随着压力继续增大,超载了,或是量的承载力不足,则出现以下情形:底部开裂


这是不允许的。

从以上的分析可以看出,所谓A类构件不允许出现裂缝,指的是梁底在运营阶段不允许,也就是对于成桥而言,不适于还在梁场的构件,因为这意味着承载力不够,就要出现安全事故了。

还在应用的《公路桥涵养护规范JTG-H11-2004》规定的桥梁裂缝最大限值。      

也可以看到,这裂缝要求是对桥梁养护的要求。

那么,对于预制场的梁怎么要求呢?

首先要明确的是,现场的梁在张拉前肯定不适于预应力规范。

发达国家经过几十年的发展,到了20世纪80年代初,钢筋混凝土结构裂缝宽度限值的确定原则已达成共识:第一个原则是在使用荷载作用下,钢筋混凝土构件裂缝宽度不致引起钢筋的严重锈蚀,降低结构的耐久性;第二个原则是构件表面裂缝的宽度不应损害结构的外观,引起使用者的惊恐和不安。调查研究表明宽度为0.4~0.5mm的混凝土裂缝宽度是一般人可以接受的。

我国规范在2000年以后对普通混凝土不同的规范要求如下:单位mm


规范

年平均相对湿度

TB1005-2010

JTG D62-2004

CCES 01-2004

GB/T50476-2008

GB50010-2010

JTJ275-2000

长期干燥

小于60%

0.2

0.2

0.4

0.4

0.2

0.2

中等湿度

60%90%

0.2

0.2

0.3

0.3

0.2

0.2

潮湿,极少干燥

90%以上,长期与水接触

0.2

0.2

0.3

0.3

0.2

0.2

永久潮湿

永久处于水下,100%

0.2

0.2

0.3

0.3

0.2

0.3

干湿交替

与水并非长期接触

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.25

90年代后国外规范要求如下:单位mm

规范

年平均相对湿度

ACI318-99

CEB-FIP(1990)

BS8110-2:1985

NS3473.E2004

EN 1992-1-12003(E)

EN1992-2:2002

长期干燥

小于60%

0.4

0.3

0.3

0.4

0.4

0.3

中等湿度

60%90%

0.4

0.3

0.3

0.4

0.3

0.3

潮湿,极少干燥

90%以上,长期与水接触

0.4

0.3

0.3

0.4

0.3

0.3

永久潮湿

永久处于水下,100%

0.4

0.3

0.3

0.4

0.4

0.3

干湿交替

与水并非长期接触

0.4

0.3

0.3

0.4

0.3

0.3

美国规范ACI138规范自1999年版开始取消了以往室内、室外区别对待裂缝宽度允许值的做法,认为在一般的大气环境条件下,裂缝宽度控制并无特别意义,但也做了0.4的要求;欧盟规范EN1992-1.1认为“只要裂缝不削弱结构功能,可以不对其加以任何控制”,“对于干燥或永久潮湿环境,裂缝控制仅保证可接受的外观;若无外观条件,0.4mm的限值可以放宽”。

这里再明确下:所谓裂缝的要求,不是要不要废,而是要不要修!!!

对于我们前面提到的预应力梁而言,上部的裂缝是允许的,而且前面已经分析,加载预应力后,基本全断面受压,不再有裂缝。更何况,虽然产生裂缝,与受力方向是垂直的,并不影响结构的传力路径!已故陈蔚凡老先生曾做过一个实验:把混凝土试件劈裂后再放一起,做抗压实验,发现对抗压强度基本没明显影响,这也说明,在传力路径不变的情况下,裂缝并不明显降低承载力!

上部带裂缝的预应力梁肯定要尽量避免,但从承载角度,可以继续使用!

这个工程出现了很诡异的一幕:施工单位不懂规范、业主不懂规范、监理单位不懂规范、质监部门不懂规范、专家乱用规范,造成八十万白白损失!

一点感悟就是:

病害诊断就像中医出诊,不了解药效药理千万别乱下虎狼药,下了药即便不能起死回生也得人畜无害!

必须掌握相关规范要求和来龙去脉,不可望文生义!

裂缝应该最大限度采取措施避免,但切勿谈缝色变、见缝就废,分清原因,一废了之是不负责任的,社会资源巨大浪费,可惜呀!!!

以后翻看了我文章避免损失的,别忘了请我喝酒哟

(待续)




https://m.sciencenet.cn/blog-1152260-1077580.html

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