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關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震
一.抗震設(shè)計(jì)思路發(fā)展歷程
隨著建筑結(jié)構(gòu)抗震相關(guān)理論研究的不斷發(fā)展,結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思路也經(jīng)歷了一系列的變化。
最初,在未考慮結(jié)構(gòu)彈性動(dòng)力特征,也無(wú)詳細(xì)的地震作用記錄統(tǒng)計(jì)資料的條件下,經(jīng)驗(yàn)性的取一個(gè)地震水平作用(0.1倍自重)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。到了60年代,隨著地面運(yùn)動(dòng)記錄的不斷豐富,人們通過(guò)單自由度體系的彈性反應(yīng)譜,第一次從宏觀上看到地震對(duì)彈性結(jié)構(gòu)引起的反應(yīng)隨結(jié)構(gòu)周期和阻尼比變化的總體趨勢(shì),揭示了結(jié)構(gòu)在地震地面運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)激勵(lì)下的強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)力特征。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)一個(gè)無(wú)法解釋的矛盾,當(dāng)時(shí)規(guī)范所取的設(shè)計(jì)用地面運(yùn)動(dòng)加速度明顯小于按彈性反應(yīng)譜得出的作用于結(jié)構(gòu)上的地面運(yùn)動(dòng)加速度,這些結(jié)構(gòu)大多數(shù)卻并未出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞和倒塌。后來(lái)隨著對(duì)結(jié)構(gòu)非線性性能的不斷研究,人們發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)取的地震作用只是賦予結(jié)構(gòu)一個(gè)基本屈服承載力,當(dāng)發(fā)生更大地震時(shí),結(jié)構(gòu)將在一系列控制部位進(jìn)入屈服后非彈性變形狀態(tài),并靠其屈服后的非彈性變形能力來(lái)經(jīng)受地震作用。由此,也逐漸形成了使結(jié)構(gòu)在一定水平的地震作用下進(jìn)入屈服,并達(dá)到足夠的屈服后非彈性變形狀態(tài)來(lái)耗散能量的現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)理論。
由以上可以看出,結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思路經(jīng)歷了從彈性到非線性,從基于經(jīng)驗(yàn)到基于非線性理論,從單純保證結(jié)構(gòu)承載能力的“抗”到允許結(jié)構(gòu)屈服,并賦予結(jié)構(gòu)一定的非彈性變形性能力的“耗”的一系列轉(zhuǎn)變。
二.現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)思路及關(guān)系
在當(dāng)前抗震理論下形成的現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)思路,其主要內(nèi)容是:
1.合理選擇確定結(jié)構(gòu)屈服水準(zhǔn)的地震作用。一般先以一具有統(tǒng)計(jì)意義的地面峰值加速度作為該地區(qū)地震強(qiáng)弱標(biāo)志值(即中震的),再以不同的R(地震力降低系數(shù))得到不同的設(shè)計(jì)用地面運(yùn)動(dòng)加速度(即小震的)來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì),從而確定了結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)。
2.制定有效的抗震措施使結(jié)構(gòu)確實(shí)具備設(shè)計(jì)時(shí)采用的R所對(duì)應(yīng)的延性能力。其中主要包括內(nèi)力調(diào)整措施(強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎)和抗震構(gòu)造措施。
現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)理念是基于對(duì)結(jié)構(gòu)非彈性性能的研究上建立起來(lái)的,其核心是關(guān)系,關(guān)系主要指在不同滯回規(guī)律和地面運(yùn)動(dòng)特征下,結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)與自振周期以及最大非彈性動(dòng)力反應(yīng)間的關(guān)系。其中R為彈塑性反應(yīng)地震力降低系數(shù),簡(jiǎn)稱地震力降低系數(shù);而為最大非彈性反應(yīng)位移與屈服位移之比,稱為位移延性系數(shù);T則為按彈性剛度求得的結(jié)構(gòu)自振周期。
60年代開始,研究者在滯回曲線為理想彈塑性及彈性剛度始終不變的前提下,通過(guò)對(duì)不同周期,不同屈服水準(zhǔn)的非彈性單自由度體系做動(dòng)力分析,得到了有關(guān)彈塑性反應(yīng)下最大位移的規(guī)律:對(duì)T大于1.0秒的體系適用“等位移法則”即非彈性反應(yīng)下的最大位移總等于同一地面運(yùn)動(dòng)輸入下的彈性反應(yīng)最大位移。對(duì)于T在0.12-0.5秒之間的結(jié)構(gòu),適用“等能量法則”即非彈性反應(yīng)下的彈塑性變形能等于同一地震地面運(yùn)動(dòng)輸入下的彈性變形能。當(dāng)“等能量原則”適用時(shí),隨著R的增大,位移延性需求的增長(zhǎng)速度比“等位移原則”下按與R相同的比例增長(zhǎng)更快。由以上規(guī)律我們可以看出,如果以結(jié)構(gòu)彈性反應(yīng)為準(zhǔn),把結(jié)構(gòu)用來(lái)做承載能力設(shè)計(jì)的地震作用取的越低,即R越大,則結(jié)構(gòu)在與彈性反應(yīng)時(shí)相同的地震作用下達(dá)到的非彈性位移就越大,位移延性需求就越高。這意味著結(jié)構(gòu)必須具有更高的塑性變形能力。規(guī)律初步揭示出不同彈性周期的結(jié)構(gòu),當(dāng)其彈塑性屈服水準(zhǔn)取值大小不同時(shí),在同一地面運(yùn)動(dòng)輸入下屈服水準(zhǔn)與所達(dá)到的最大非彈性位移之間的關(guān)系。也揭示出了延性能力和塑性耗能能力是屈服水準(zhǔn)不高的結(jié)構(gòu)在較大地震引起的非彈性動(dòng)力反應(yīng)中不致發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞和倒塌的主要原因。讓人們認(rèn)識(shí)到延性在抗震設(shè)計(jì)中的重要性。
之所以存在上訴的規(guī)律,我們應(yīng)該注意到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的一些相關(guān)特性。首先,通過(guò)人為措施可以使結(jié)構(gòu)具有一定的延性,即結(jié)構(gòu)在外部作用下,可以發(fā)生足夠的非線性變形,而又維持承載力的屬性。這樣就可以保證結(jié)構(gòu)在進(jìn)入較大非線性變形時(shí),不會(huì)出現(xiàn)因強(qiáng)度急劇下降而導(dǎo)致的嚴(yán)重破壞和倒塌,從而使結(jié)構(gòu)在非線性變形狀態(tài)下耗能成為可能。其次,作為非線彈性材料的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),在一定的外力作用下,結(jié)構(gòu)將從彈性進(jìn)入非彈性狀態(tài)。在非彈性變形過(guò)程中,外力做功全部變?yōu)闊崮?,并傳入空氣中耗散掉。我們可以進(jìn)一步以單質(zhì)點(diǎn)體系的無(wú)阻尼振動(dòng)來(lái)分析,在彈性范圍振動(dòng)時(shí),慣性力與彈性恢復(fù)力總處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),體系能量在動(dòng)能、勢(shì)能間不停轉(zhuǎn)換,但總量保持不變。如果某次振動(dòng)過(guò)大,體系進(jìn)入屈服后狀態(tài),則體系在平衡位置的動(dòng)能將在最大位移處轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能和塑性變形能兩部分,其中,塑性變性能將耗散掉,從而減小了體系總的能量。由此我們可以想到,在地震往復(fù)作用下,結(jié)構(gòu)在振動(dòng)過(guò)程中,如果進(jìn)入屈服后狀態(tài),將通過(guò)塑性變性能耗散掉部分地震輸給結(jié)構(gòu)的累積能量,從而減小地震反應(yīng)。同時(shí),實(shí)際結(jié)構(gòu)存在的阻尼也會(huì)進(jìn)一步耗散能量,減小地震反應(yīng)。此外,結(jié)構(gòu)進(jìn)入非彈性狀態(tài)后,其側(cè)向剛度將明顯小于彈性剛度,這將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)瞬時(shí)剛度的下降,自振周期加長(zhǎng),從而減小地震作用。
隨著對(duì)規(guī)律認(rèn)識(shí)的深入,這一規(guī)律已被各國(guó)規(guī)范所接受。在抗震設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)在同一烈度區(qū)的同一類結(jié)構(gòu),可以根據(jù)情況取用不同的R,也就是不同的用于強(qiáng)度設(shè)計(jì)的地震作用。當(dāng)R取值較大,即用于設(shè)計(jì)的地震作用較小時(shí),對(duì)結(jié)構(gòu)的延性要求就越嚴(yán);反之,當(dāng)R取值較小,即用于設(shè)計(jì)的地震作用較大時(shí),對(duì)結(jié)構(gòu)的延性要求就可放松。
目前,國(guó)際上逐步形成了一套“多層次,多水準(zhǔn)性態(tài)控制目標(biāo)”的抗震理念。這一理念主要含義為:工程師應(yīng)該選擇合適的形態(tài)水準(zhǔn)和地震荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。建筑物的性態(tài)是由結(jié)構(gòu)的性態(tài),非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和體系的性態(tài)以及建筑物內(nèi)容物性態(tài)的組合。目前性態(tài)水準(zhǔn)一般分為:損傷出現(xiàn)(damageonset)、正常運(yùn)作(operational)、能繼續(xù)居?。╟ountinuedoccupancy)、可修復(fù)的(repairable)、生命安全(lifesafe)、倒塌(collapse)。性態(tài)目標(biāo)指建筑物在一定程度的地震作用下對(duì)所期望的性態(tài)水準(zhǔn)的表述。對(duì)建筑抗震設(shè)計(jì)應(yīng)采用多重性態(tài)目標(biāo),比如美國(guó)的“面向2000基于性態(tài)工程的框架方案”曾對(duì)一般結(jié)構(gòu)、必要結(jié)構(gòu)、對(duì)安全起控制作用的結(jié)構(gòu)分別建議了相應(yīng)的性態(tài)目標(biāo)――基本目標(biāo)(常遇地震下完全正常運(yùn)作,少遇地震下正常運(yùn)作,罕遇地震下保證生命安全,極罕遇地震下接近倒塌)、必要目標(biāo)(少于地震下完全正常運(yùn)作,罕遇地震下正常運(yùn)作,極罕遇地震下保證生命安全)、對(duì)安全其控制作用的目標(biāo)(罕遇地震下完全正常運(yùn)作,極罕遇地震下正常運(yùn)作)。對(duì)重要性不同的建筑,如協(xié)助進(jìn)行災(zāi)害恢復(fù)行動(dòng)的醫(yī)院等建筑,應(yīng)該按較高的性態(tài)目標(biāo)設(shè)計(jì),此外,也可以針對(duì)甲方對(duì)建筑提出的不同抗震要求,選擇不同的性態(tài)目標(biāo)。
三.保證結(jié)構(gòu)延性能力的抗震措施
合理選擇了結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)和延性要求后,就需要通過(guò)抗震措施來(lái)保證結(jié)構(gòu)確實(shí)具有所需的延性能力,從而保證結(jié)構(gòu)在中震、大震下實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防目標(biāo)。系統(tǒng)的抗震措施包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容:
1.“強(qiáng)柱弱梁”:人為增大柱相對(duì)于梁的抗彎能力,使鋼筋混凝土框架在大震下,梁端塑性鉸出現(xiàn)較早,在達(dá)到最大非線性位移時(shí)塑性轉(zhuǎn)動(dòng)較大;而柱端塑性鉸出現(xiàn)較晚,在達(dá)到最大非線性位移時(shí)塑性轉(zhuǎn)動(dòng)較小,甚至根本不出現(xiàn)塑性鉸。從而保證框架具有一個(gè)較為穩(wěn)定的塑性耗能機(jī)構(gòu)和較大的塑性耗能能力。
2.“強(qiáng)剪弱彎”:剪切破壞基本上沒(méi)有延性,一旦某部位發(fā)生剪切破壞,該部位就將徹底退出結(jié)構(gòu)抗震能力,對(duì)于柱端的剪切破壞還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部或整體倒塌。因此可以人為增大柱端、梁端、節(jié)點(diǎn)的組合剪力值,使結(jié)構(gòu)能在大震下的交替非彈性變形中其任何構(gòu)件都不會(huì)先發(fā)生剪切破壞。
3.抗震構(gòu)造措施:通過(guò)抗震構(gòu)造措施來(lái)保證形成塑性鉸的部位具有足夠的塑性變形能力和塑性耗能能力,同時(shí)保證結(jié)構(gòu)的整體性。
這一系統(tǒng)的抗震措施理念已被世界各國(guó)所接受,但是對(duì)于耗能機(jī)構(gòu)卻出現(xiàn)了以新西蘭和美國(guó)為代表的兩種不完全相同的思路。首先,這兩種思路都是以優(yōu)先引導(dǎo)梁端出塑性鉸為前提。
新西蘭的抗震研究者認(rèn)為耗能機(jī)構(gòu)宜采用符合塑性力學(xué)中的“理想梁鉸機(jī)構(gòu)”,即梁端全部形成塑性鉸,同時(shí)底層柱底也都形成塑性鉸的“全結(jié)構(gòu)塑性機(jī)構(gòu)”。其具體做法是通過(guò)結(jié)構(gòu)分析得到各構(gòu)件組合內(nèi)力值后,對(duì)梁端截面就按組合彎矩進(jìn)行截面設(shè)計(jì);而對(duì)除底層柱底以外的柱截面,則用人為增大了以后的組合彎矩和組合軸力進(jìn)行設(shè)計(jì);對(duì)底層柱底截面則用增大幅度較小的組合彎矩和組合軸力進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。通過(guò)這一做法實(shí)現(xiàn)在大震下的較大塑性變形中,梁端塑性鉸形成的較為普遍,底層柱底塑性鉸出現(xiàn)遲于梁端塑性鉸,而其余所有的柱截面不出現(xiàn)塑性鉸,最終形成“理想梁鉸機(jī)構(gòu)”。為此,這種方法就必須取足夠大的柱端彎矩增強(qiáng)系數(shù)。
美國(guó)抗震界則認(rèn)為新西蘭取的柱彎矩增強(qiáng)系數(shù)過(guò)大,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取了較小的柱彎矩增強(qiáng)系數(shù),這一做法使結(jié)構(gòu)在大震引起的非彈性變形過(guò)程中,梁端塑性鉸形成較早,柱端塑性鉸形成的相對(duì)較遲,梁端塑性鉸形成的較普遍,柱端塑性鉸形成的相對(duì)少一些,從而形成“梁柱塑性鉸機(jī)構(gòu)”。
新西蘭抗震措施的好處在于“理想梁鉸機(jī)構(gòu)”完全利用了延性和塑性耗能能力較好的梁端塑性鉸來(lái)實(shí)現(xiàn)框架延性和耗散地震能量,同時(shí)因?yàn)槌讓又淄獾钠渌瞬怀霈F(xiàn)塑性鉸,也就不必再對(duì)這些柱端加更多的箍筋。但是這種思路過(guò)于受塑性力學(xué)形成理想機(jī)構(gòu)概念的制約,總認(rèn)為底層柱底應(yīng)該形成塑性鉸,這樣就對(duì)底層柱底提出了較嚴(yán)格的軸壓比要求,同時(shí)還要用足夠多的箍筋來(lái)使柱底截面具有所需的延性,此外,底層柱底如果延性不夠發(fā)生破壞很容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體倒塌。這些不利因素使該方法喪失了很大的優(yōu)勢(shì)。
因此很多研究者認(rèn)為不需要被塑性力學(xué)的機(jī)構(gòu)概念所限制,只要能在大震下實(shí)現(xiàn)以下的塑性耗能機(jī)構(gòu),就能保證抗震設(shè)計(jì)的基本要求:
1.以梁端塑性鉸耗能為主;
2.不限制柱端塑性鉸出現(xiàn)(包括底層柱底),但是通過(guò)適當(dāng)增強(qiáng)柱端抗彎能力的方法使它在大震下的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)離其塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力有足夠裕量;
3.同層各柱上下端不同時(shí)處于塑性變形狀態(tài)。
我國(guó)的抗震措施中對(duì)耗能機(jī)構(gòu)的考慮也基本遵循了這一思路,采用了“梁柱塑性鉸機(jī)構(gòu)”模式,而放棄了新西蘭的基于塑性力學(xué)的“理想梁鉸機(jī)構(gòu)”模式。
抗震設(shè)計(jì)中我們?yōu)榱吮苊鉀](méi)有延性的剪切破壞的發(fā)生,采取了“強(qiáng)剪弱彎”的措施來(lái)處理構(gòu)件受彎能力與受剪能力的關(guān)系問(wèn)題。值得注意的是,與非抗震抗剪破壞相比,地震作用下的剪切破壞是不同的。以梁構(gòu)件為例,在較大地震作用下,梁端形成交叉斜裂縫區(qū),該區(qū)混凝土受斜裂縫分割,形成若干個(gè)菱形塊體,而且破碎會(huì)隨著延性增長(zhǎng)而加劇。由于交叉斜裂縫與塑性鉸區(qū)基本重合,垂直和斜裂縫寬度都會(huì)隨延性而增大。抗震下根據(jù)梁端的受力特征,正剪力總是大于負(fù)剪力,正剪力作用下的剪壓區(qū)一般位于梁下部,但由于地震的往復(fù)作用,梁底的混凝土保護(hù)層可能已經(jīng)剝落,從而削弱了混凝土剪壓區(qū)的抗剪能力;交叉斜裂縫寬度比非抗震情況大,以及斜裂縫反復(fù)開閉,混凝土破碎更嚴(yán)重,從而使斜裂縫界面中的骨料咬合效應(yīng)退化;混凝土保護(hù)層剝落和裂縫的加寬又會(huì)使縱筋的銷栓作用有一定退化??梢?jiàn),地震作用下,混凝土抗剪能力嚴(yán)重退化,但是試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)箍筋的抗剪能力仍可以維持。當(dāng)?shù)卣鹱饔迷絹?lái)越小時(shí),梁端可能不出現(xiàn)雙向斜裂縫,而出現(xiàn)單向斜裂縫,裂縫寬度發(fā)育也從大于非抗震情況到接近非抗震情況,抗剪環(huán)境越來(lái)越有利。此外,抗震抗剪要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)在大震下預(yù)計(jì)達(dá)到的非彈性變形狀態(tài)之前不發(fā)生剪切破壞。因?yàn)榭蚣芗羟衅茐目偸前l(fā)生在梁端塑性鉸區(qū),這就不僅要求在梁端形成塑性鉸前不發(fā)生剪切破壞,而且抗剪能力還要維持到塑性鉸的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到大震所要求的程度,這就需要更多的箍筋。同時(shí),在梁端塑性變形過(guò)程中作用剪力并沒(méi)有明顯增大,也進(jìn)一步說(shuō)明這里增加的箍筋不是用來(lái)增大抗剪強(qiáng)度,而是為了提高構(gòu)件在發(fā)生剪切破壞時(shí)所達(dá)的延性。
綜上所述,與非抗震抗剪相比,抗震抗剪性能是不同的,其性能與剪力作用環(huán)境,塑性區(qū)延性要求大小有關(guān)。我們可以采取以下公式來(lái)考慮抗震抗剪的強(qiáng)度公式:
其中為混凝土抗剪能力,為箍筋抗剪能力,為由于地震作用導(dǎo)致的混凝土抗剪能力下降的折減系數(shù),且隨著剪力作用環(huán)境、延性要求而改變。我國(guó)的抗震抗剪強(qiáng)度公式也以上面公式為基礎(chǔ)的,但是為設(shè)計(jì)方便,不同的烈度區(qū)取用了相同的公式,均取為0.6,與上面提到的混凝土抗剪能力隨地震作用變化而不同的規(guī)律不一致,較為粗略。
延性對(duì)抗震來(lái)說(shuō)是極其重要的一個(gè)性質(zhì),我們要想通過(guò)抗震措施來(lái)保證結(jié)構(gòu)的延性,那么就必須清楚影響延性的因素。對(duì)于梁柱等構(gòu)件,延性的影響因素最終可歸納為最根本的兩點(diǎn):混凝土極限壓應(yīng)變,破壞時(shí)的受壓區(qū)高度。影響延性的其他因素實(shí)質(zhì)都是這兩個(gè)根本因素的延伸。如受拉鋼筋配筋率越大,混凝土受壓區(qū)高度就越大,延性越差;受壓鋼筋越多,混凝土受壓區(qū)高度越小,延性越好;混凝土強(qiáng)度越高,受壓區(qū)高度越低,延性越好(但如果混凝土強(qiáng)度過(guò)高可能會(huì)減小混凝土極限壓應(yīng)變從而降低延性);對(duì)柱子這類偏壓構(gòu)件,軸壓力的存在會(huì)增大混凝土受壓區(qū)高度,減小延性;箍筋可以提高混凝土極限壓應(yīng)變,從而提高延性,但對(duì)于高強(qiáng)度混凝土,受壓時(shí),其橫向變形系數(shù)較一般混凝土明顯偏小,箍筋的約束作用不能充分發(fā)揮,所以對(duì)于高強(qiáng)度混凝土,不適于用加箍筋的方法來(lái)改善其延性。此外,箍筋還有約束縱向鋼筋,避免其發(fā)生局部壓屈失穩(wěn),提高構(gòu)件抗剪能力的作用,因此箍筋對(duì)提高結(jié)構(gòu)抗震性能具有相當(dāng)重要的作用。根據(jù)以上規(guī)律,在抗震設(shè)計(jì)中為保證結(jié)構(gòu)的延性,常常采用以下措施:控制受拉鋼筋配筋率,保證一定數(shù)量受壓鋼筋,通過(guò)加箍筋保證縱筋不局部壓屈失穩(wěn)以及約束受壓混凝土,對(duì)柱子限制軸壓比等。
四.我國(guó)抗震設(shè)計(jì)思路中的部分不足
我國(guó)在學(xué)習(xí)借鑒世界其他國(guó)家抗震研究成果的基礎(chǔ)上,逐漸形成了自己的一套較為先進(jìn)的抗震設(shè)計(jì)思路。其中大部分內(nèi)容都符合現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)理念,但是也有許多考慮欠妥的地方,需要我們今后加以完善。
其中,最值得我們注意的是,與國(guó)外規(guī)范相比,我國(guó)抗震規(guī)范在對(duì)關(guān)系的認(rèn)識(shí)上還存在一定的差距。歐洲和新西蘭規(guī)范按地震作用降低系數(shù)(“中震”的地面運(yùn)動(dòng)加速度與“小震”的地面運(yùn)動(dòng)加速度之比)來(lái)劃分延性等級(jí),“小震”取值越高,延性要求越低,“小震”取值越低,延性要求越高。美國(guó)UBC規(guī)范按同樣原則來(lái)劃分延性等級(jí),但在高烈度區(qū)推薦使用高延性等級(jí),在低烈度區(qū)推薦使用低延性等級(jí)。這幾種抗震思路都是符合規(guī)律的。而目前我國(guó)將地震作用降低系數(shù)統(tǒng)一取為2.86,而且還把用于結(jié)構(gòu)截面承載能力設(shè)計(jì)和變形驗(yàn)算的小震賦予一個(gè)固定的統(tǒng)計(jì)意義。對(duì)延性要求則并未按關(guān)系來(lái)取對(duì)應(yīng)的,而是按抗震等級(jí)來(lái)劃分,抗震等級(jí)實(shí)質(zhì)又主要是由烈度分區(qū)來(lái)決定的。這就導(dǎo)致同一個(gè)R對(duì)應(yīng)了不同的,從而制定了不同的抗震措施,這與關(guān)系是不一致的。這種思路造成低烈度區(qū)的結(jié)構(gòu)延性要求可能偏低的結(jié)果。
另外,我國(guó)規(guī)定的“小震不壞,中震可修,大震不倒”的三水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)也存在一定的問(wèn)題。該設(shè)防目標(biāo)對(duì)甲類、乙類、丙類這三類重要性不同的建筑來(lái)說(shuō),并不都是恰當(dāng)?shù)摹_@種籠統(tǒng)的設(shè)防目標(biāo)也不符合當(dāng)今國(guó)際上的“多層次,多水準(zhǔn)性態(tài)控制目標(biāo)”思想,這種多性態(tài)目標(biāo)思想提倡在建筑抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)靈活采用多重性態(tài)目標(biāo)。甲類建筑指重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重此生災(zāi)害的建筑,乙類建筑指地震時(shí)使用不能中斷或需要盡快修復(fù)的建筑,由于不同類別建筑的不同重要性,不宜再籠統(tǒng)的使用以上同一個(gè)性態(tài)目標(biāo)(設(shè)防目標(biāo)),此外,還應(yīng)該考慮建筑所有者的不同要求,選擇不同的設(shè)防目標(biāo),從而做到在性態(tài)目標(biāo)的選擇上更加靈活。
五.常用抗震分析方法
伴隨著抗震理論的發(fā)展,各種抗震分析方法也不斷出現(xiàn)在研究和設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,我們需要確定用來(lái)進(jìn)行內(nèi)力組合及截面設(shè)計(jì)的地震作用值。通常采用底部剪力法,振型分解反應(yīng)譜法,彈性時(shí)程分析方法來(lái)計(jì)算該地震作用值,這三種方法都是彈性分析方法。其中,底部剪力法最簡(jiǎn)便,適用于質(zhì)量、剛度沿高度分布較均勻的結(jié)構(gòu)。它的大致思路是通過(guò)估計(jì)結(jié)構(gòu)的第一振型周期來(lái)確定地震影響系數(shù),再結(jié)合結(jié)構(gòu)的重力荷載來(lái)確定總的水平地震作用,然后按一定方式分配至各層進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系則宜采用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行抗震計(jì)算,它的思路是根據(jù)振型疊加原理,將多自由度體系化為一系列單自由度體系的疊加,將各種振型對(duì)應(yīng)的地震作用、作用效應(yīng)以一定方式疊加起來(lái)得到結(jié)構(gòu)總的地震作用、作用效應(yīng)。而對(duì)于特別不規(guī)則和特別重要的結(jié)構(gòu),常常需要進(jìn)行彈性時(shí)程分析,該方法為直接動(dòng)力分析方法。以上方法主要針對(duì)結(jié)構(gòu)在地震作用下的彈性階段,保證結(jié)構(gòu)具有一定的屈服水準(zhǔn)。
這類結(jié)構(gòu)在水利工程設(shè)計(jì)中是難于避免的,有時(shí),它在某些水工混凝土工程結(jié)構(gòu)中處于制約設(shè)計(jì)的重要地位。從邏輯概念講,只要允許素混凝土結(jié)構(gòu)的存在,必定會(huì)有少筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍,因?yàn)樗吘故撬鼗炷梁瓦m筋混凝土結(jié)構(gòu)之間的中介產(chǎn)物。
凡經(jīng)?;蛑芷谛缘厥墉h(huán)境水作用的水工建筑物所用的混凝土稱水工混凝土,水工混凝土多數(shù)為大體積混凝土,水工混凝土對(duì)強(qiáng)度要求則往往不是很高。在一般水工建筑物中,如閘墩、閘底板、水電站廠房的擋水墻、尾水管、船塢閘室等,在外力作用下,一方面要滿足抗滑、抗傾覆的穩(wěn)定性要求,結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的自重;另一方面,還應(yīng)滿足強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍等要求,不允許出現(xiàn)裂縫,因此結(jié)構(gòu)的尺寸比較大。若按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),常需配置較多的鋼筋而造成浪費(fèi),若按素混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),則又因計(jì)算所需截面較大,需使用大量的混凝土。
對(duì)于這類結(jié)構(gòu),如在混凝土中配置少量鋼筋,在滿足穩(wěn)定性的要求下,考慮此少量鋼筋對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全方面所起的作用,就能減少混凝土用量,從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)和安全的要求。因此,在大體積的水工建筑物中,采用少筋混凝土結(jié)構(gòu),有其特殊意義。
關(guān)于少筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想和原則,我國(guó)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL/T191—96)作了明確的規(guī)定。
二、規(guī)范對(duì)少筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)定
對(duì)少筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)定體現(xiàn)在最小配筋率規(guī)定上,這里將《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL/T191—96)(下文簡(jiǎn)稱規(guī)范)有關(guān)最小配筋率的規(guī)定,摘錄并闡述如下:
1.一般構(gòu)件的縱向鋼筋最小配筋率
一般鋼筋混凝土構(gòu)件的縱向受力鋼筋的配筋率不應(yīng)小于規(guī)范表9.5.1規(guī)定的數(shù)值。溫度、收縮等因素對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響較大時(shí),最小配筋率應(yīng)適當(dāng)增大。
2.大尺寸底板和墩墻的縱向鋼筋最小配筋率
截面尺寸較大的底板和墩墻一類結(jié)構(gòu),其最小配筋率可由鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受力鋼筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面極限內(nèi)力值與截面極限承載力之比得出。即
1)對(duì)底板(受彎構(gòu)件)或墩墻(大偏心受壓構(gòu)件)的受拉鋼筋A(yù)s的最小配筋率可取為:
ρmin=ρ0min()
也可按下列近似公式計(jì)算:
底板ρmin=(規(guī)范9.5.2-1)
墩墻ρmin=(規(guī)范9.5.2-2)
此時(shí),底板與墩墻的受壓鋼筋可不受最小配筋率限制,但應(yīng)配置適量的構(gòu)造鋼筋。
2)對(duì)墩墻(軸心受壓或小偏心受壓構(gòu)件)的受壓鋼筋A(yù)s’的最小配筋率可取為:
ρ'min=ρ′0min()
按上式計(jì)算最小配筋率時(shí),由于截面實(shí)際配筋量未知,其截面實(shí)際的極限承載力Nu不能直接求出,需先假定一配筋量經(jīng)2—3次試算得出。
上列諸式中M、N——截面彎矩設(shè)計(jì)值、軸力設(shè)計(jì)值;
e0——軸向力至截面重心的距離,eo=M/N;
Mu、Nu——截面實(shí)際能承受的極限受彎承載力、極限受壓承載力;
b、ho——截面寬度及有效高度;
fy——鋼筋受拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;
γd——鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)系數(shù),按規(guī)范表4.2.1取值。
采用本條計(jì)算方法,隨尺寸增大時(shí),用鋼量仍保持在同一水平上。
3.特大截面的最小配筋用量
對(duì)于截面尺寸由抗傾、抗滑、抗浮或布置等條件確定的厚度大于5m的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,規(guī)范規(guī)定:如經(jīng)論證,其縱向受拉鋼筋可不受最小配筋率的限制,鋼筋截面面積按承載力計(jì)算確定,但每米寬度內(nèi)的鋼筋截面面積不得小于2500mm2。
規(guī)范對(duì)最小配筋率作了三個(gè)層次的規(guī)定,即對(duì)一般尺寸的梁、柱構(gòu)件必須遵循規(guī)范表9.5.1的規(guī)定;對(duì)于截面厚度較大的板、墻類結(jié)構(gòu),則可按規(guī)范9.5.2計(jì)算最小配筋率;對(duì)于截面尺寸由抗傾、抗滑、抗浮或布置等條件確定的厚度大于5m的結(jié)構(gòu)構(gòu)件則可按規(guī)范9.5.3處理。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)具體情況分別對(duì)待。
為慎重計(jì),目前僅建議對(duì)臥置于地基上的底板和墩墻可采用變化的最小配筋率,對(duì)于其他結(jié)構(gòu),則仍建議采用規(guī)范表9.5.1所列的基本最小配筋率計(jì)算,以避免因配筋過(guò)少,萬(wàn)一發(fā)生裂縫就無(wú)法抑制的情況。
經(jīng)驗(yàn)算,按所建議的變化的最小配筋率配筋,其最大裂縫寬度基本上在容許范圍內(nèi)。對(duì)于處于惡劣環(huán)境的結(jié)構(gòu),為控制裂縫不過(guò)寬,宜將本規(guī)范表9.5.1所列受拉鋼筋最小配筋率提高0.05%。大體積構(gòu)件的受壓鋼筋按計(jì)算不需配筋時(shí),則可僅配構(gòu)造鋼筋。
三、規(guī)范的應(yīng)用舉例
例1一水閘底板,板厚1.5m,采用C20級(jí)混凝土和Ⅱ級(jí)鋼筋,每米板寬承受彎矩設(shè)計(jì)值M=220kN/m(已包含γ0、φ系數(shù)在內(nèi)),試配置受拉鋼筋A(yù)s。
解:1)取1m板寬,按受彎構(gòu)件承載力公式計(jì)算受拉鋼筋截面面積As。
αs===0.012556
ξ=1-=1-=0.0126
As===591mm2
計(jì)算配筋率ρ===0.041%
2)如按一般梁、柱構(gòu)件考慮,則必須滿足ρ≥ρmin條件,查規(guī)范表9.5.1,得ρ0min=0.15%,
則As=ρ0bh0=0.15%×1000×1450=2175mm2
3)現(xiàn)因底板為大尺寸厚板,可按規(guī)范9.5.2計(jì)算ρmin
ρmin===0.0779%
As=ρminbh0=0.0779%×1000×1450=1130mm2
實(shí)際選配每米5Φ18(As=1272mm2)
討論:1)對(duì)大截面尺寸構(gòu)件,采用規(guī)范9.5.2計(jì)算的可變的ρmin比采用規(guī)范表9.5.1所列的固定的ρ0min可節(jié)省大量鋼筋,本例為1:1130/2175=1:0.52。
2)若將此水閘底板的板厚h增大為2.5m,按規(guī)范9.5.2計(jì)算的ρmin變?yōu)椋?/p>
ρmin===0.0461%
則As=ρminbh0=0.0461%×1000×2450=1130mm2
可見(jiàn),采用規(guī)范9.5.2計(jì)算最小配筋率時(shí),當(dāng)承受的內(nèi)力不變,則不論板厚再增大多少,配筋面積As將保持不變。
例2一軸心受壓柱,承受軸向壓力設(shè)計(jì)值N=9000kN;采用C20級(jí)混凝土和I級(jí)鋼筋;柱計(jì)算高度l0=7m;試分別求柱截面尺寸為b×h=1.0m×1.0m及2.0m×2.0m時(shí)的受壓鋼筋面積。
解:1)b×h=1.0m×1.0m時(shí),軸心受壓柱承載力公式為:
N≤φ(fcA+fy′As′)
==7<8,屬于短柱,穩(wěn)定系數(shù)φ=1.0,
As′===3809mm2
ρ′===0.38%
由規(guī)范表9.5.1查得ρ0min′=0.4%,對(duì)一般構(gòu)件,應(yīng)按ρ0min′配筋
As′=ρ0min′A=0.4%×106=4000mm2
2)b×h=2.0m×2.0m時(shí),若仍按一般構(gòu)件配筋,則
As′=0.4%×2.0×2.0×106=16000mm2
現(xiàn)因構(gòu)件尺寸已較大,可按規(guī)范9.5.3計(jì)算最小配筋率:
ρmin′=ρ0min′()
式中因?qū)嶋H配筋量As′尚不知,故需先假定As′計(jì)算Nu。
①假定As′=4000mm2。
Nu=fy′As′+fyAs
=210×4000+10×4.0×106=40.84×106N
ρmin′=ρ0min′()
=0.4%()=0.106%
As′=ρ0min′A=0.106%×4.0×106=4231mm2
②假定As′=4231mm2。
Nu=210×4231+10×4.0×106=40.89×106N
ρmin′=0.4%()=0.1056%
1.1模板的標(biāo)準(zhǔn)與材料鋼筋混凝土模板的強(qiáng)度必須能夠達(dá)到實(shí)際需要,且具備穩(wěn)定的剛度,使其在使用過(guò)程中能夠承載來(lái)自不同施工的荷載,將變形大小控制在有效范圍內(nèi)?;炷潦┕r(shí),需要保證混凝土結(jié)構(gòu)、施工環(huán)境、澆筑技術(shù)等協(xié)調(diào)運(yùn)用,對(duì)結(jié)構(gòu)大的模板還應(yīng)適當(dāng)運(yùn)用大模板,模板支架的材料以鋼材為主。
1.2模板的安裝與維護(hù)模板支架需要支撐在良好的地基上,且需要保證具有足夠大的支撐面積,在安裝支撐架相關(guān)部位時(shí)需要添加墊板。并對(duì)基土做好堅(jiān)實(shí)處理,設(shè)置排水裝置,且模板的鋼拉桿不能彎曲,保證于拉桿的連接處于穩(wěn)定狀態(tài)。另外。模板與混凝土之間的部分位置也要處理好,以保證混凝土表面狀態(tài)良好。
1.3模板的去除在拆除現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模板過(guò)程中需要維持混凝土的強(qiáng)度、側(cè)模處于正常狀態(tài),并且保證表面積棱角不受到損壞。在選擇底模時(shí)需要保持設(shè)計(jì)強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值的80%才能拆掉。
2模板所用鋼筋的施工
2.1鋼筋材料的選擇以及對(duì)保存條件的要求在鋼筋施工過(guò)程中,包括對(duì)鋼筋材料的選擇,加工和連接等主要幾項(xiàng)施工環(huán)節(jié),其中,鋼筋材料質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響施工結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性,因此,對(duì)于鋼筋材料的選擇要嚴(yán)格按照施工操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。首先,鋼筋材料可以分成不同的型號(hào)和尺寸,采購(gòu)人員要根據(jù)施工的要求科學(xué)的進(jìn)行數(shù)量和規(guī)格的選擇,并對(duì)選擇的鋼筋材料的質(zhì)量和數(shù)量予以嚴(yán)格的檢驗(yàn);其次,鋼筋材料的運(yùn)輸和存放環(huán)境應(yīng)該保持干燥性和清潔性,防止鋼筋材料在潮濕的環(huán)境中發(fā)生銹蝕腐爛的情況,影響其正常使用;再次,鋼筋材料的保存要按照一定順序進(jìn)行分類存放,并對(duì)每一種鋼筋的型號(hào)予以清晰標(biāo)識(shí),以方便施工人員的使用。另外,鋼筋材料存放的場(chǎng)地要用塑料苫布進(jìn)行覆蓋,以達(dá)到防水防潮的目的。
2.2加工技術(shù)分析鋼筋加工前,要準(zhǔn)備合適的加工設(shè)備,并有效的組織施工人員的配備。鋼筋的加工要嚴(yán)格依據(jù)鋼筋下料單開展作業(yè),這就要求施工人員對(duì)下料單內(nèi)容有充分的了解,并能夠科學(xué)有效的按照其內(nèi)容組織鋼筋加工操作。在鋼筋材料使用前,要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)鋼筋表面有銹蝕現(xiàn)象要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行清理,發(fā)現(xiàn)鋼筋材料有斷裂現(xiàn)象要立即進(jìn)行更換,以確保材料的可用性。施工人員在加工前,要再次核對(duì)鋼筋材料的型號(hào)是否與施工標(biāo)準(zhǔn)相一致,同時(shí),要對(duì)鋼筋的強(qiáng)度和冷彎性能做必要檢驗(yàn),如發(fā)現(xiàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)的材料要堅(jiān)決予以更換。在鋼筋彎曲加工環(huán)節(jié),施工人員要注意掌握彎曲的力度,不要用力過(guò)猛或速度過(guò)快,防止造成鋼筋材料的斷裂,鋼筋的彎曲要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)角度,并準(zhǔn)確掌握彎頭的預(yù)留長(zhǎng)度,避免造成材料的浪費(fèi)。鋼筋的綁扎要科學(xué)控制綁扎接頭的長(zhǎng)度并注意綁扎方向和角度,以免出現(xiàn)綁扎結(jié)構(gòu)松動(dòng)或脫落現(xiàn)象,造成鋼筋結(jié)構(gòu)的坍塌。
2.3鋼筋連接技術(shù)鋼筋在施工過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)度不足的情況,這時(shí)就需要使用適當(dāng)?shù)倪B接技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼筋的加長(zhǎng)。常見(jiàn)的鋼筋連接技術(shù)主要包括冷壓連接,套筒擠壓連接和焊接等幾種方式,其中焊接方法被大多數(shù)施工單位所廣泛采用。鋼筋焊接技術(shù)具有連接效果好,施工操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),但在具體施工時(shí),要注意焊接方法和工藝的選擇,對(duì)不同的施工材料和施工要求,所選擇的焊接方法也有所差異。
2.4鋼筋接頭應(yīng)分散布置鋼筋的間距、保護(hù)層、大小尺寸都需要按照標(biāo)準(zhǔn)的圖紙進(jìn)行設(shè)置。對(duì)鋼筋安裝的偏差需控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),如表3所示。對(duì)板內(nèi)雙向受力的鋼筋網(wǎng)需要對(duì)鋼筋進(jìn)行交叉綁扎,使用到的鐵絲型號(hào)為20號(hào)鐵絲。在安裝過(guò)程中需要設(shè)置架立筋,整個(gè)安裝過(guò)程結(jié)束后需要保持足夠的剛度和穩(wěn)定性。而在鋼筋架設(shè)時(shí)依舊需結(jié)合圖紙的實(shí)際情況做好驗(yàn)收工作,保證質(zhì)量達(dá)標(biāo)需要后才能進(jìn)行下一步施工。
3模板所用混凝土的施工
3.1在混凝土施工中,原料的選擇和配比是施工基礎(chǔ),同時(shí),混凝土材料存放和運(yùn)輸?shù)臈l件也會(huì)直接影響到后續(xù)施工效果。首先,在原料選擇方面,施工人員要對(duì)混凝土配置的各種原材料予以嚴(yán)格的質(zhì)量把關(guān),混凝土配置原料主要包括水泥,骨料,一定數(shù)量的外加劑,粉煤灰等,水泥作為混凝土的核心原料,在選擇時(shí)要注意其強(qiáng)度和冷凝性是否符合施工要求,一般情況下,多數(shù)企業(yè)都會(huì)選擇硅酸鹽水泥作為混凝土配置原料。在進(jìn)行骨料選擇時(shí),要盡量選用雜質(zhì)物少,純度高,顆粒細(xì)的種類,以增強(qiáng)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的粘合度和密實(shí)性?;炷林苽湟獓?yán)格按照配比量進(jìn)行,合理控制各種原料和水的添加數(shù)量,并充分?jǐn)嚢琛T谶\(yùn)輸過(guò)程中,要盡量避免長(zhǎng)距離輸送,并盡可能縮短運(yùn)輸時(shí)間。混凝土材料在使用之前,要進(jìn)行性能的合格性檢驗(yàn),檢驗(yàn)通過(guò)方可正式進(jìn)行澆筑施工。
3.2混凝土的施工?;炷猎谑┕で耙M(jìn)行充分的攪拌和振搗作業(yè),以保證混凝土原料的均勻性,如果沒(méi)有進(jìn)行連續(xù)振搗作業(yè),將會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)離析分層的現(xiàn)象,影響后續(xù)施工效果。在混凝土澆筑時(shí),要嚴(yán)格控制送料管道的長(zhǎng)度,高度和傾斜角度,澆筑施工中使用的模板要事先進(jìn)行清潔處理,保證其表面的光滑度,進(jìn)而提高混凝土模板澆筑的效果?;炷翝仓謱舆M(jìn)行,并且澆筑過(guò)程要連續(xù)進(jìn)行,同時(shí)要注意在澆筑過(guò)程中始終要保持原料的均勻振搗,另外還要注意合理控制混凝土澆筑的時(shí)間,要再混凝土初層澆筑完畢后立即進(jìn)行二次澆筑。由于混凝土施工過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)水化熱現(xiàn)象,致使施工工程出現(xiàn)開裂問(wèn)題,影響其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,因此,要尤其注意對(duì)于澆筑現(xiàn)場(chǎng)的溫度控制,避免出現(xiàn)較大溫差。
4結(jié)束語(yǔ)
關(guān)鍵詞:鋼筋混凝土;工程;質(zhì)量
鋼筋混凝土由混凝土和鋼筋兩種材料組成?;炷潦怯伤唷⒋旨?xì)骨料和水經(jīng)攪拌而成的混合物,以模板做為成型的工具,經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù),混凝土達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度,拆除模板,成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件。鋼筋混凝土工程由模板工程、鋼筋工程和混凝土工程三部分組成。在施工中三者之間應(yīng)緊密配合,合理的組織施工。其施工工藝過(guò)程如下圖所示。
鋼筋混凝土工程是由模板、鋼筋和混凝土三個(gè)工種工程組成,在施工中這三個(gè)工種工程要緊密配合,合理的組織施工?;炷翝补嘀?,要檢查模板的位置、標(biāo)高、斷面尺寸和模板系統(tǒng)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性;要檢查鋼筋品種、規(guī)格、數(shù)量和位置的正確性。在混凝土澆筑過(guò)程中,還要對(duì)模板、鋼筋進(jìn)行檢查。只有三個(gè)工種之間緊密配合,才能保證工程質(zhì)量?,F(xiàn)澆鋼筋混凝土工程施工要根據(jù)工程特點(diǎn),編制施工組織設(shè)計(jì),制定施工方案,合理組織施工,以確保工程質(zhì)量和進(jìn)度。
鋼筋混凝土的原材料品種、規(guī)格較多。在施工中正確選用原材料,正確地確定和掌握配合比,是保證配制出符合設(shè)計(jì)要求的混凝土的關(guān)鍵。此外,混凝土工程還有一個(gè)很重要的特點(diǎn)是混合攪拌好的混凝土,須經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的凝結(jié)硬化,才能達(dá)到要求的強(qiáng)度。而混凝土凝結(jié)硬化的速度,取決于水泥的水化作用速度,它與周圍環(huán)境的濕度和溫度有關(guān)。因此,要保證混凝土工程質(zhì)量,必須進(jìn)行養(yǎng)護(hù),只有達(dá)到規(guī)定的拆模強(qiáng)度才能拆除模板。所以在組織施工過(guò)程中要充分考慮必需的技術(shù)間歇時(shí)間。以下就模板工程、鋼筋工程和混凝土工程施工過(guò)程中的注意事項(xiàng)作簡(jiǎn)單說(shuō)明。
1模板工程
(1)加工模板用木方要統(tǒng)一用壓刨二次加工,保證方木尺寸一致。
(2)加工梁、板、柱模板竹膠板裁鋸的邊要用電刨刨光,保證接縫嚴(yán)密。
(3)在樓板上下地錨筋,以保證柱墻模板固定牢固。
(4)為確保澆筑砼時(shí)不漏漿,在梁、柱、墻、板模板接縫處加密封條;樓板模板接縫必須嚴(yán)密;在柱、墻根部與地面交接處,先用水泥砂漿找平,安模板時(shí)再貼密封條。
(5)梁、柱、板結(jié)合處的模板安裝時(shí)作為檢點(diǎn),確保幾何尺寸準(zhǔn)確,支撐牢固,接縫嚴(yán)密不漏漿。
(6)脫模劑只準(zhǔn)許使用水性脫模劑。
2鋼筋工程
(1)箍筋加工彎鉤的彎心半徑控制在鋼筋直徑的2.5d以內(nèi),保證彎鉤弧度平滑。
(2)剝肋滾壓直螺紋連接的鋼筋,必須用砂輪切割機(jī)截?cái)唷?/p>
(3)頂板鋼筋綁扎前,先按照設(shè)計(jì)圖紙要求的間距在模板上彈線,以保證鋼筋位置準(zhǔn)確無(wú)誤。
(4)采用不小于Φ12的鋼筋加工馬凳,間距宜控制在500mm左右,且不少于兩道,以保證底板上下層鋼筋及頂板負(fù)筋高度準(zhǔn)確。
(5)采用相應(yīng)規(guī)格的砂漿墊塊、高強(qiáng)塑料卡、梯子筋等,以保證梁、柱、墻、板鋼筋保護(hù)層厚度符合規(guī)范要求。柱筋采用定位卡具,一般應(yīng)控制在600mm左右,以保證鋼筋間距準(zhǔn)確無(wú)誤。
(6)梁、柱、板交接處鋼筋稠密,采用在鋼筋間加定位框、定位卡的辦法,確保鋼筋間距。
(7)梁鋼筋綁扎時(shí),保證波紋管的位置準(zhǔn)確、固定牢固。
(8)澆筑混凝土前應(yīng)做好交接檢驗(yàn),并實(shí)行現(xiàn)場(chǎng)“掛牌”制度,否則不得進(jìn)入下道工序施工。
3混凝土工程
(1)編寫依據(jù):施工圖紙、相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、施工組織設(shè)計(jì)、工程概況和各部位混凝土具體情況。
(2)施工部署:要充分考慮到澆筑的設(shè)備和有關(guān)器具的數(shù)量,結(jié)構(gòu)豎向及水平向的先后施工順序和工期安排,同時(shí)涉及施工臺(tái)班、施工縫的設(shè)置問(wèn)題。
(3)施工方法:主要涉及施工準(zhǔn)備工作、主要施工措施、施工順序及具體施工辦法。
(4)質(zhì)量通病及預(yù)防措施:施工方案中要詳細(xì)制定混凝土工程質(zhì)量通病原因、預(yù)防措施和處理方法。
(5)混凝土澆筑前,必須進(jìn)行嚴(yán)格清理,模內(nèi)不能有任何雜物。
(6)對(duì)到場(chǎng)不合格的混凝土由項(xiàng)目混凝土工程師退回?cái)嚢枵静⒂浐密囂?hào)。
關(guān)鍵詞:裂縫成型質(zhì)量控制
廣州思偉重工有限公司位于廣州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)西區(qū)東江大道5號(hào),本工程由生產(chǎn)車間、動(dòng)力車間、堆場(chǎng)等組成,生產(chǎn)車間采用排架結(jié)構(gòu),動(dòng)力車間采用鋼筋砼框架結(jié)構(gòu),其中生產(chǎn)車間上部為鋼屋架,單層局部四層,建筑面積約10125m2,建筑高度16.72m;動(dòng)力車間建筑面積200.5m2,建筑高度6m;傳達(dá)室建筑面積51.27m2,建筑高度3.5m;另有一堆場(chǎng)。生產(chǎn)車間及堆場(chǎng)地面采用金剛砂地面一次抹光成型,基層混凝土厚度300mm,設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30,整個(gè)基礎(chǔ)由732個(gè)不同規(guī)格的承臺(tái)及各承臺(tái)間的底板組成,面積為12845m2,面積較大;由于工地位于珠江與東江交匯處,江水漲潮時(shí)的水位高,因此生產(chǎn)地板有防滲要求。因此,需要制定出有效的方案對(duì)其施工過(guò)程中及地面成型后的質(zhì)量進(jìn)行控制。
一、裂縫控制
在澆搗基層混凝土?xí)r可能發(fā)生裂縫的主要原因是:基層混凝土強(qiáng)度等級(jí)高,產(chǎn)生的水化熱高;冬季施工,環(huán)境溫度低(廣州12~1月份環(huán)境氣溫約10℃),混凝土內(nèi)與環(huán)境氣溫溫差大;養(yǎng)護(hù)不當(dāng),混凝土溫度較高時(shí)突然澆冷水養(yǎng)護(hù),也會(huì)產(chǎn)生無(wú)規(guī)則的多條微裂縫,裂縫嚴(yán)重的可導(dǎo)致底板滲漏。要防止裂縫必須從設(shè)計(jì)上設(shè)置伸縮和后澆帶,并在金剛砂地面完成后割縫,施工中改善施工工藝,降低混凝土溫度應(yīng)力和提高混凝土自身抗性能這兩方面綜合考慮。
1、配合比設(shè)計(jì)及試配
為降低混凝土溫度應(yīng)力,最好的辦法是降低混凝土的水化熱,因此,必須做好混凝土配合比設(shè)計(jì)及試配工作。
1.1、原材料的選用
1.1.1、水泥:選用低水化熱的粉煤灰硅酸鹽水泥,以盡可能減少水泥用量。本工程選用425號(hào)粉煤灰水泥。
1.1.2、細(xì)骨料:宜用Ⅱ區(qū)中砂,因?yàn)槭褂弥猩氨扔眉?xì)砂,可減少水及水泥的用量。
1.1.3、粗骨料:在泵送條件下,選用粒徑5~20連續(xù)級(jí)配石子,以減少混凝土收縮變形。
1.1.4、含泥量:若骨料中含泥量偏多,不僅增加了混凝土的收縮變形,又嚴(yán)重降低了混凝土的抗拉強(qiáng)度,對(duì)抗裂的危害性很大。因此骨料必須現(xiàn)場(chǎng)取樣實(shí)測(cè),石子的含泥量控制在1%以內(nèi),砂的含泥量控制在2%以內(nèi)。
1.1.5、摻合料:應(yīng)用添加粉煤灰技術(shù)。在混凝土中摻用的粉煤灰不僅能夠減少水泥用量,降低水化熱,增加混凝土和易性,而且能夠大幅度提高混凝土后期強(qiáng)度,并且混凝土的28天強(qiáng)度能接近混凝土標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度值。
1.1.6、外加劑:采用外加UEA微膨脹劑技術(shù)。在混凝土中添加約10%的UEA。試驗(yàn)表明在混凝土添加了UEA之后,混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力可以補(bǔ)償混凝土的收縮應(yīng)力,這樣相應(yīng)地提高混凝土抗裂強(qiáng)度。
1.1.7、試配及施工配合比確定:根據(jù)試驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì),每立方米混凝土配合比525號(hào)水泥275kg,連續(xù)級(jí)配碎石(粒徑5~20mm)1031kg,摻合料73kg,外加劑5.28kg,水185kg,坍落度140~160mm。
2、由于基層混凝土厚度僅為300mm,故可采取普通覆蓋、淋水、或噴灑養(yǎng)護(hù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù),可保證混凝土內(nèi)外溫度(中心與表面,表面與外號(hào))<25℃。
3、施工時(shí)需注意的問(wèn)題:金剛砂地面成型后7~10天通常會(huì)在地面與柱交接處發(fā)現(xiàn)陰角裂縫,這主要是由于剛度變化,基層混凝土平面形狀轉(zhuǎn)折處的陰角存在結(jié)構(gòu)豎向裂縫,由頂部向下開縫,上寬下窄,這是由于收縮應(yīng)力和沉降、溫度應(yīng)力等共同作用,在角部形成集中應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度所造成的。為了防止陰角部位混凝土產(chǎn)生裂縫,除從設(shè)計(jì)方面盡量少用凹凸的平面形成,并且在陰角處采用附加鋼筋等構(gòu)造措施外,還應(yīng)在施工方面保證陰角部位的混凝土施工質(zhì)量,及時(shí)覆蓋、淋水、或噴灑養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行養(yǎng)護(hù),并控制拆模時(shí)間不宜過(guò)早。
4、表面處理
4.1、金剛砂簡(jiǎn)介:
地面硬化劑可分為兩種,一種為非金屬地面硬化劑,另一種為金屬地面硬化劑,兩種硬化劑是非金屬或金屬骨料與標(biāo)準(zhǔn)波特蘭水泥及其他滲合料組成,開袋后即可使用。它具有很高的強(qiáng)度和耐磨性、防塵,有效增加地面的防油性、且縮短工期。一般用于須耐磨且防塵的工業(yè)地面。其28天強(qiáng)度;非金屬地面硬化劑地面80mpa;金屬地面硬化劑地面91mpa。施工完畢48~72小時(shí)后可能開放行走:7~10天后輕型貨車可以行駛;28天后可以正常使用。
4.2、金剛砂地面的施工方法:
基層混凝土振搗要及時(shí),先振搗料中處混凝土,以形成自然流淌坡度,然后全面振搗。為提高混凝土的極限拉伸強(qiáng)度,防止因混凝土沉落而出現(xiàn)裂縫,減少內(nèi)部微裂,提高混凝土密實(shí)度,還采取二次振搗法。在振搗棒撥時(shí)混凝土仍能自行閉合而不會(huì)在混凝土中留孔洞,這時(shí)是施加二次振搗的合適時(shí)機(jī),但也不能過(guò)振,防止離析。由于泵送混凝土表面水泥較厚,澆筑完基層混凝土3~4h內(nèi)初步用長(zhǎng)刮尺刮平,初凝前用鐵滾筒碾壓2遍,再用木抹子搓平壓實(shí),以控制表面龜裂,并能減少混凝土表面水分散發(fā),然后用專用抹光機(jī)加圓盤進(jìn)一步平整混凝土,保證混凝土表面平整、密實(shí)。在混凝土初凝后,終凝前開始撒播硬化劑,同時(shí)使用抹光機(jī)加圓盤壓實(shí)抹平。24小時(shí)后即在完成面割縫,防止出現(xiàn)冷裂縫。
約1~2小時(shí)后,再重復(fù)一次撒播及壓實(shí)的操作;最后用抹光機(jī)加刀片進(jìn)行拋光密封,同時(shí)手工修補(bǔ)邊角部分;最后噴灑養(yǎng)護(hù)劑或覆蓋薄膜,防止水分快速揮發(fā)引起開裂。從混凝土整平到覆蓋養(yǎng)護(hù),所有操作過(guò)程保持在24小時(shí)內(nèi)完成。施工完成2~3天后可開放行走,并在完成面割縫,防止出現(xiàn)冷裂縫。
5、養(yǎng)護(hù)措施:采取普通淋水養(yǎng)護(hù)。
6、健全施工組織管理:在制訂技術(shù)措施和質(zhì)量控制措施的同時(shí),還落實(shí)了組織指揮系統(tǒng),逐級(jí)進(jìn)行了技術(shù)交底,做到層層落實(shí),確保順利實(shí)施。
7、施工中應(yīng)注意的問(wèn)題
7.1、盡量縮短混凝土的運(yùn)輸時(shí)間,合理安排澆筑順序,及時(shí)卸料;在澆筑前,用水沖洗模板降溫;泵管用麻布包裹,以防日光暴曬升溫;
7.2、保證振搗密實(shí),嚴(yán)格控制振搗時(shí)間,移動(dòng)距離和插入深度,嚴(yán)防漏振及過(guò)振;
7.3、保證混凝土供應(yīng),不隨意留置施工縫;
7.4、做好現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)、組織管理,要有充足人力、物力、保證施工按計(jì)劃順利進(jìn)行。
二、平整度、光潔度的控制
本廠房坪表面采用原狀混凝土表面摻入硬化劑以增加其表面硬度,施工過(guò)程中混凝土經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理(長(zhǎng)刮尺刮平、滾筒輾壓)后并在初凝前采用專用機(jī)械鏝表面磨光,養(yǎng)護(hù)后的表面硬度能達(dá)到較重荷載的承重要求而不損壞。
對(duì)于此類做法,一方面節(jié)約了地坪表面另外增加的一道20mm厚的水泥砂漿整體面層的費(fèi)用從而節(jié)約了投資,另一方面因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)層高不變的情況下,減少了20mm的水泥砂漿整體面層的厚度,從而使房間的凈空高度增加了20mm。
另一方面,此類做法降低了設(shè)計(jì)難度。因?yàn)槿侵薜貐^(qū)多為軟土地基,地基的承載能力相對(duì)較弱,處理地基承載的費(fèi)用相對(duì)于整個(gè)工程造價(jià)來(lái)說(shuō)較高,水泥砂漿密度按2000kg/m3計(jì)算,此時(shí)若減少一道20mm厚的整體砂漿面層的重量,則每平方米建筑面積減輕結(jié)構(gòu)自重1×1×0.002×2000=40(kg),而本廠房建筑的地面均布荷載的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值為3000kg/m2,故相當(dāng)于減輕荷載40/3000=1.33%,使得地基處理的費(fèi)用相應(yīng)有所降低,從而減小建設(shè)單位的投資及設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)難度。
再者,施工方便。相對(duì)于住宅建筑剪力墻結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),采用直徑為1m的圓盤抹光機(jī)進(jìn)行金剛砂地面處理時(shí),大開間的廠房具有足夠的操作面,除地面與廠房柱接茬處需手工進(jìn)修磨外,均可進(jìn)行機(jī)械操作,減少了因工人技術(shù)素質(zhì)不能滿足要求帶來(lái)的精度降低。
一次性成型混凝土地坪施工難度的分析
1.1、現(xiàn)行規(guī)范中沒(méi)有對(duì)一次性成型混凝土地坪的質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)注。根據(jù)《混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》,關(guān)于混凝土地坪(毛地坪)平整度的要求為8mm,一般均能滿足,但是施工過(guò)程中唯一能參照的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)只能按《建筑地面工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中的砂漿面層地坪的平整度(4mm),這樣,對(duì)施工單位來(lái)講,相對(duì)于砂漿面層,一次性成型混凝土地坪施工方面的難度大大增加。
1.2、由于設(shè)計(jì)要求地面一次成型后方可進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的施工,施工過(guò)程中的對(duì)已成型的地面的破壞的可能性很大。柱及圈梁以及鋼屋架施工過(guò)程中的排架搭設(shè)與拆除過(guò)程中均有可能破壞已成型的地面,造成產(chǎn)品保護(hù)的技術(shù)措施費(fèi)用及管理難度大大增加。
控制措施
鋼筋綁扎完畢后,將水準(zhǔn)儀放置在現(xiàn)場(chǎng)周圍,由控制點(diǎn)引入標(biāo)高,在地板鋼筋每4m×4m焊接一條垂直地面方向的鋼筋,將鋼筋截?cái)嘣诘孛娉尚蜆?biāo)高的位置,澆灌混凝土?xí)r由的鋼筋頭控制地面成型標(biāo)高,澆搗混凝土?xí)r厚度略高于鋼筋頭,隨即振搗密實(shí),然后以鋼筋頭為標(biāo)志,檢查平整度,在二次長(zhǎng)刮尺刮平時(shí)再進(jìn)行標(biāo)高復(fù)核,保證標(biāo)高誤差控制在4mm以內(nèi)?;炷脸跄?,開始做金剛砂地面,并在安放豎向鋼筋的位置用木抹子用力搓打抹平,將金剛砂和混凝土漿混合,使面層達(dá)到緊密結(jié)合。
【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土;框架結(jié)構(gòu);計(jì)算簡(jiǎn)圖
1 前言
20世紀(jì)90年代以后,隨著我國(guó)鋼材量的不斷提高,鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)得到了迅速發(fā)展,隨著建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化,無(wú)論是工業(yè)建筑還是民用建筑,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的各種難題也日益增多,因而作為一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者需要在遵循各種規(guī)范下大膽靈活的解決一些結(jié)構(gòu)方案上的難點(diǎn)、重點(diǎn)。
2 框架結(jié)構(gòu)方案構(gòu)思時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)
2.1 結(jié)構(gòu)的傳力路線應(yīng)簡(jiǎn)捷明了。在荷載作用下,結(jié)構(gòu)的傳力路線越短、越直接,結(jié)構(gòu)的工作效能越高,'所耗費(fèi)的建材也就越少。
2.2 從力學(xué)觀點(diǎn)看,在民用和公共建筑的平面布局中,應(yīng)當(dāng)盡量使柱網(wǎng)按開間等跨和進(jìn)深等距(或近似于等距)布置,這樣可以相應(yīng)減少邊跨柱距,也可以充分利用連續(xù)梁的受力特點(diǎn)以減少結(jié)構(gòu)中的彎距,可以使各跨梁截面趨于一致,而提高結(jié)構(gòu)的整體剛度。
2.3 結(jié)構(gòu)方案還應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)情況和建筑功能要求綜合考慮。
3 應(yīng)從概念設(shè)計(jì)上著手注意幾個(gè)問(wèn)題
3.1 關(guān)于強(qiáng)柱弱梁節(jié)點(diǎn)。這是為了實(shí)現(xiàn)在罕遇地震作用下,讓梁端形成塑形鉸,柱端處于非彈性工作狀態(tài),而沒(méi)有屈服,但節(jié)點(diǎn)還處于彈性工作階段。強(qiáng)柱弱梁措施的強(qiáng)弱,也就是相對(duì)于梁端截面實(shí)際抗彎能力而言柱端截面抗彎能力增強(qiáng)幅度的大小,是決定由強(qiáng)震引起柱端截面屈服后塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能否不超過(guò)其塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力,而且不致形成"層側(cè)移機(jī)構(gòu)",從而使柱不被壓潰的關(guān)鍵控制措施。柱強(qiáng)于梁的幅度大小取決于梁端縱筋不可避免的構(gòu)造超配程度的大小,以及結(jié)構(gòu)在梁、柱端塑性鉸逐步形成過(guò)程中的塑性內(nèi)力重分布和動(dòng)力特征的相應(yīng)變化。因此,當(dāng)建筑許可時(shí),盡可能將柱的截面尺寸做得大些,使柱的線剛度與梁的線剛度的比值盡可能大于1,并控制柱的軸壓比滿足規(guī)范要求,以增加延性。驗(yàn)算截面承載力時(shí),人為地將柱的設(shè)計(jì)彎距按強(qiáng)柱弱梁原則調(diào)整放大,加強(qiáng)柱的配筋構(gòu)造。梁端縱向受拉鋼筋的配筋不得過(guò)高,以免在罕遇地震中進(jìn)入屈服階段不能形成塑性鉸或塑性鉸轉(zhuǎn)移到立柱上。注意節(jié)點(diǎn)構(gòu)造,讓塑性鉸向梁跨內(nèi)移。
3.2 關(guān)于"強(qiáng)剪弱彎"措施:強(qiáng)剪弱彎是保證構(gòu)件延性,防止脆性破壞的重要原則,它要求人為加大各承重構(gòu)件相對(duì)于其抗彎能力的抗剪承載力,使這些部位在結(jié)構(gòu)經(jīng)歷罕遇地震的過(guò)程中以足夠的保證率不出現(xiàn)脆性剪切失效。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)中的框架梁應(yīng)注意抗剪驗(yàn)算和構(gòu)造,使其滿足相關(guān)規(guī)范要求。
3.3 注意構(gòu)造措施。
3.3.1 對(duì)于大跨度柱網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu),在樓梯間處的框架柱由于樓梯平臺(tái)梁與其相連,使得樓梯問(wèn)處的柱可能成為短柱,應(yīng)對(duì)柱箍筋全長(zhǎng)加密。這一點(diǎn),在設(shè)計(jì)中容易被忽視,應(yīng)引起重視。
3.3.2 對(duì)框架結(jié)構(gòu)外立面為帶形窗時(shí),因設(shè)置連續(xù)的窗過(guò)梁,使外框架柱可能成為短柱,應(yīng)注意加強(qiáng)構(gòu)造措施。
3.3.3 對(duì)于框架結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度略超過(guò)規(guī)范限值,建筑功能需要不允許留縫時(shí),為減少有害裂縫(規(guī)范規(guī)定裂縫寬度小于0.3mm),建議采用補(bǔ)償混凝土澆筑。采用細(xì)而密的雙向配筋,構(gòu)造間距宜小于150mm,對(duì)屋面宜設(shè)置后澆帶,后澆帶處按構(gòu)造措施宜適當(dāng)加強(qiáng)。
3.3.4其它構(gòu)造措施限于篇幅,這里不再贅述,請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)新規(guī)范。
4 結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的問(wèn)題
4.1 計(jì)算簡(jiǎn)圖的處理
結(jié)構(gòu)計(jì)算中,計(jì)算簡(jiǎn)圖選取的正確與否,直接影響到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,其中比較典型的是基礎(chǔ)梁的處理。一般情況下,基礎(chǔ)梁設(shè)置在基礎(chǔ)高度范圍內(nèi),作為基礎(chǔ)的一部分,此時(shí)結(jié)構(gòu)的底層計(jì)算高度應(yīng)取基礎(chǔ)頂面至一層樓板頂面的高度?;A(chǔ)梁僅考慮承擔(dān)上部墻體荷載,構(gòu)造滿足普通梁的要求即可。當(dāng)按規(guī)范要求需設(shè)置基礎(chǔ)拉梁時(shí),其斷面和配筋可按構(gòu)造設(shè)計(jì),截面高度取柱中心距的1/12~1/18,縱向受力鋼筋取所連接的柱子的最大軸力設(shè)計(jì)值的10%作為拉力來(lái)計(jì)算。但是,當(dāng)基礎(chǔ)埋深過(guò)大時(shí),為了減少底層的計(jì)算高度和底層的位移,設(shè)計(jì)者往往在±0.000以下的某個(gè)適當(dāng)位置設(shè)置基礎(chǔ)拉梁。此時(shí),基礎(chǔ)拉梁應(yīng)作為一層輸入,底層計(jì)算高度應(yīng)取基礎(chǔ)頂面至基礎(chǔ)拉梁頂面的高度,二層計(jì)算高度應(yīng)取基礎(chǔ)拉梁頂面至一層樓板頂面的高度。拉梁層無(wú)樓板,應(yīng)開洞處理,并采用總剛分析方法進(jìn)行計(jì)算?;A(chǔ)拉梁截面及配筋按實(shí)際計(jì)算結(jié)果采用。若因此造成底層框架柱形成短柱,應(yīng)采取構(gòu)造措施予以加強(qiáng)。另一個(gè)需要注意的是,當(dāng)框架結(jié)構(gòu)的電梯井道采用鋼筋混凝土井壁時(shí)(設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免),計(jì)算簡(jiǎn)圖一定要按實(shí)際情況輸入,否則可能會(huì)造成頂部框架柱設(shè)計(jì)不安全。
4.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)的選取
4.2.1 設(shè)計(jì)基本地震加速度值
《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011一2001)中規(guī)定:抗震設(shè)防烈度為7度時(shí),設(shè)計(jì)基本地震加速度值分別為0.1g和0.15g兩種,抗震設(shè)防烈度為8度時(shí),設(shè)計(jì)基本地震加速度值分別為0.2g和0.3g兩種,這與89規(guī)范差別較大。計(jì)算中應(yīng)嚴(yán)格注意地震區(qū)的劃分,選取正確的設(shè)計(jì)基本地震加速度值,這一項(xiàng)對(duì)地震作用效應(yīng)的影響極大。
4.2.2 結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)
框架結(jié)構(gòu)由于填充墻的存在,使結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度,計(jì)算周期大于實(shí)際周期,因此,算出的地震作用效應(yīng)偏小,使結(jié)構(gòu)偏于不安全,因而對(duì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期進(jìn)行折減是必要的。折減系數(shù)可根據(jù)填充墻的材料及數(shù)量選取0.7~0.9。
4.2.3 梁剛度放大系數(shù)
SATWE或TAT等計(jì)算軟件的梁輸入模型均為矩形截面,未考慮因存在樓板形成T型截面而引起的剛度增大,造成結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度,算出的地震剪力偏小,使結(jié)構(gòu)偏于不安全。因此計(jì)算時(shí)應(yīng)將梁剛度進(jìn)行放大,放大系數(shù)中梁取2.0、邊梁取1.5為宜。
4.2.4 活荷載的最不利布置
多層框架,尤其是活荷載較大時(shí),是否進(jìn)行活荷的最不利布置對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大。即使選用程序中給定的梁設(shè)計(jì)彎矩放大系數(shù),也不一定能反映出工程的實(shí)際受力情況,有可能造成結(jié)構(gòu)不安全或過(guò)于保守??紤]目前的計(jì)算機(jī)計(jì)算速度都比較快,作者建議所有工程都應(yīng)進(jìn)行活荷載的最不利布置計(jì)算。
4.3 獨(dú)立梁箍筋計(jì)算結(jié)果需復(fù)核
《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)中規(guī)定:對(duì)集中荷載作用下的獨(dú)立梁,應(yīng)按公式進(jìn)行計(jì)算,且集中荷載作用點(diǎn)至支座間的箍筋,應(yīng)均勻配置。但SATWE軟件計(jì)算梁箍筋時(shí),未考慮獨(dú)立梁這一情況,都按公式 進(jìn)行計(jì)算,有時(shí)會(huì)造成計(jì)算結(jié)果偏小,設(shè)計(jì)中若遇到有獨(dú)立梁存在的情況,應(yīng)對(duì)梁箍筋的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行手算復(fù)核。
5 設(shè)計(jì)構(gòu)造方面的問(wèn)題
5.1 框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)箍筋配置應(yīng)滿足要求對(duì)于規(guī)范中規(guī)定的框架柱箍筋加密區(qū)的箍筋最小體積配箍率的要求,絕大部分設(shè)計(jì)人員都能給予足夠的重視,但對(duì)于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)中規(guī)定的"一、二、三級(jí)框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)配箍特征值分別不宜小于0.12、0.10、0.08且體積配箍率分別不宜小于0.6%、0.5% ,0.4%。"設(shè)計(jì)中經(jīng)常被忽視,尤其是柱軸壓比不大時(shí),常常不滿足要求。這一規(guī)定是保證節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)延性的重要構(gòu)造措施,應(yīng)嚴(yán)格遵守。
5.2 底層框架柱箍筋加密區(qū)范圍應(yīng)滿足要求建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)中規(guī)定:"底層柱,柱根處箍筋加密區(qū)范圍為不小于柱凈高的1/3"這是新增加的要求,設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)說(shuō)明
5.3 框架梁的縱向配筋率應(yīng)注意
《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011一2001)中規(guī)定:"當(dāng)框架梁梁端縱向受拉鋼筋配筋率大于2%時(shí),梁箍筋最小直徑的數(shù)值應(yīng)比表6.3.3中規(guī)定的數(shù)值增大2mm。"在目前設(shè)計(jì)中,這一規(guī)定常被忽視,造成梁端延性不足。
5.4 框架梁上部縱筋端部水平錨固長(zhǎng)度應(yīng)滿足要求
《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)中規(guī)定:"框架端節(jié)點(diǎn)處,當(dāng)框架梁上都縱筋水平直線段錨固長(zhǎng)度不足時(shí),應(yīng)伸至柱外邊并向下彎折,彎折前的水平投影長(zhǎng)度不應(yīng)小于0.4LaE。" 當(dāng)框架柱截面尺寸小于400×400mm時(shí),應(yīng)注意梁上部縱筋直徑的選擇,否則這一項(xiàng)要求不容易得到保證。
(1.青島理工大學(xué)藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)工程建設(shè)與安全協(xié)同創(chuàng)新中心山東青島266000;
2.青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院山東青島2660330)
【摘要】疲勞對(duì)士木工程結(jié)構(gòu),特別是被廣泛應(yīng)用的鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)具有嚴(yán)重危害,一直以來(lái)受到廣泛關(guān)注。研究鋼筋混凝結(jié)構(gòu)的疲勞效應(yīng)問(wèn)題,預(yù)測(cè)其剩余壽命,對(duì)于保障在役結(jié)構(gòu)的安全使用具有重要意義。本文介紹了混凝土材料的疲勞性能、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受彎疲勞性能和損傷鋼筋混凝土梁疲勞性能的研究現(xiàn)狀,并通過(guò)總結(jié)分析了目前已有研究中的不足,并針對(duì)當(dāng)前研究中亟待解決的問(wèn)題提出了看法。
關(guān)鍵詞 疲勞性能;混凝土;強(qiáng)度
【中圖分類號(hào)】TU375; TU528.0
【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A
1. 前言
(1)在實(shí)際工程應(yīng)用中,像橋梁、吊車梁和海洋平臺(tái)等結(jié)構(gòu)承受著反復(fù)荷載的作用,這些特殊而重要的結(jié)構(gòu)在正常使用的情況下將承受反復(fù)變化的應(yīng)力和應(yīng)變作用,促使這些結(jié)構(gòu)的力學(xué)損傷不斷累積,當(dāng)損傷累積超過(guò)一定量后將會(huì)使這些承載結(jié)構(gòu)發(fā)生低于靜載強(qiáng)度的脆性破壞或破損,即結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞破壞。但疲勞問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)一直未得到足夠的重視,使得混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞變成不可忽視的問(wèn)題。
(2)本文從混凝土材料的疲勞性能、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受彎疲勞性能和損傷鋼筋混凝土梁疲勞性能等三個(gè)方面介紹了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞性能的研究現(xiàn)狀。
2. 混凝土材料疲勞性能研究
2.1混凝土抗拉疲勞性能研究現(xiàn)狀。
從評(píng)定在循環(huán)荷載作用下結(jié)構(gòu)對(duì)開裂的敏感性的角度來(lái)看,混凝土在純拉狀態(tài)下的疲勞性能非常重要。
Tepfers[2]采用數(shù)字模擬的方法對(duì)立方體劈裂試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理,得出在受拉應(yīng)力狀態(tài)下可采用與受壓應(yīng)力狀態(tài)下較為相似的方程來(lái)表示:
式中 fcsplm -混凝土靜力劈拉強(qiáng)度平均值;
β -材料常數(shù),可取為0.0685。
Saito和Imai等[3]進(jìn)行了純拉疲勞試驗(yàn),采用4Hz的加載頻率,試驗(yàn)中最小應(yīng)力和靜載抗拉強(qiáng)度 fctm的比值約為0.08,得出破壞概率p=0.5的S-N關(guān)系線的試驗(yàn)結(jié)果可用下式表示:
2.2混凝土抗壓疲勞性能研究現(xiàn)狀。
抗壓性能是混凝土材料性能的重要指標(biāo),因此成為科研工作者的研究重點(diǎn)。關(guān)于這一方面的研究較多,研究成果也較多。
(1) 混凝土單軸受壓疲勞性能研究現(xiàn)狀。
Graf和Brenne等[4]通過(guò)混凝土的疲勞試驗(yàn)研究了最小應(yīng)力和應(yīng)力范圍對(duì)其的疲勞強(qiáng)度的影響,同時(shí)給出了Goodman圖;Brenne和Muir等[5]利用立方體高強(qiáng)混凝土構(gòu)件研究了高強(qiáng)混凝土的疲勞強(qiáng)度以及其退化規(guī)律;Holmen等[6]通過(guò)大量的試驗(yàn)研究得出混凝土的疲勞特性和其疲勞壽命的概率分布。
Matsushita[7]利用混凝土圓柱構(gòu)件進(jìn)行了大量的疲勞試驗(yàn),得出了混凝土疲勞壽命的概率分布,并通過(guò)線性回歸的方法分析出了考慮最小應(yīng)力水平的S-N曲線關(guān)系式:
lgN=17[(1-Smax)/(1-Smin)]+0.23
(2)混凝土雙軸受壓疲勞性能研究現(xiàn)狀。
Lan等[8]通疲勞試驗(yàn)研究了板式混凝土構(gòu)件在不同應(yīng)力比下完全卸載和部分卸載兩種情況的疲勞雙軸受壓疲勞性能,得出兩種卸載方式下混凝土的疲勞性能相似,且與應(yīng)力大小無(wú)關(guān)。
大連理工大學(xué)[9]進(jìn)行定側(cè)壓雙軸受壓疲勞試驗(yàn),定側(cè)壓比分別為0.25和0.50,試驗(yàn)結(jié)果表明:定側(cè)壓的約束提高了混凝土的抗壓疲勞強(qiáng)度,縱向最大應(yīng)變和最小應(yīng)變的發(fā)展和單軸受壓情況下相似,也符合三階段規(guī)律,并綜合分析(考慮了側(cè)壓影響)出了統(tǒng)一的疲勞破壞準(zhǔn)則方程:
Smax=α-β(1-R)lgN
其中:
α=1+0.8304(δ2/fc) ,β=0.0638+0.115(δ2/fc) ; (0?δ2?fc?0.5)
(3)混凝土三軸受壓疲勞性能研究現(xiàn)狀。
關(guān)于混凝土三軸受壓疲勞試驗(yàn)國(guó)內(nèi)外研究資料較少,曹偉等[10]進(jìn)行了定向側(cè)壓約束下三軸受壓疲勞試驗(yàn),試驗(yàn)中試件的靜載破壞現(xiàn)象與疲勞破壞形態(tài)一樣,都是沿著縱向加載方向出現(xiàn)數(shù)條裂紋,符合三階段規(guī)律,但變形模量逐漸減小,得出了混凝土多軸受壓疲勞S-N統(tǒng)一方程,然而混凝土的三軸疲勞試驗(yàn)操作復(fù)雜,試驗(yàn)結(jié)果很難得出,結(jié)果的有效性難以得到確認(rèn),故現(xiàn)有的數(shù)據(jù)與資料只能作為參考。
2.3混凝土壓-拉疲勞性能研究現(xiàn)狀。
由于在壓拉循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土疲勞試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)儀器等要求較高等原因,因此目前對(duì)壓拉反復(fù)狀態(tài)下混凝土的疲勞試驗(yàn)研究較少。
Cornelissen[11]對(duì)混凝土試件進(jìn)行了疲勞試驗(yàn),頻率為6Hz,結(jié)果表明最小壓應(yīng)力的水平高時(shí),疲勞壽命明顯降低,同時(shí)分別給出了引起受拉和受壓破壞的拉壓應(yīng)力狀態(tài)下的S-N方程:
(1) 受拉破壞:
(2) 受壓破壞:
大連理工大學(xué)的呂培印等[12]也進(jìn)行了一些壓-拉疲勞試驗(yàn),在綜合考慮了最小、最大應(yīng)力水平對(duì)疲勞的影響下,通過(guò)多元回歸線性分析法得到壓-拉情況下的S-N方程:
lgN=12.02-10.64Smax-4.39Smin(Smin=0.1-0.2)
其中:
復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.932,Smax 、 Smin對(duì) lgN的偏相關(guān)系數(shù)分別為0.998和0.839,回歸誤差為0.046。
3. 鋼筋混凝土梁受彎疲勞性能研究
3.1鋼筋混凝土是一種復(fù)合材料,同時(shí)離散性又很大,所以對(duì)鋼筋混凝土梁受彎疲勞性能的研究是一項(xiàng)比較復(fù)雜的課題,但一直以來(lái)還是有許多學(xué)者對(duì)鋼筋混凝土梁受彎疲勞性能進(jìn)行了一系列的研究。
3.2目前國(guó)內(nèi)外的研究重點(diǎn)主要都放在了等幅疲勞荷載作用下鋼筋混凝土梁的裂縫寬度、撓度、疲勞剛度的變化規(guī)律以及疲勞壽命的預(yù)測(cè)上。
3.3H.A.馬達(dá)洛夫在文獻(xiàn)[13]中詳細(xì)介紹了在重復(fù)荷載作用下鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的疲勞性能的兩類問(wèn)題:(1)鋼筋構(gòu)造對(duì)鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的強(qiáng)度、裂縫形成和剛度的影響;(2)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)疲勞計(jì)算理論的若干問(wèn)題。
3.4沈忠斌[14]和朱曉東[15]通過(guò)對(duì)11根鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在疲勞荷載作用下的試驗(yàn)結(jié)果分析,得出了其裂縫寬度和撓度的變化規(guī)律和機(jī)理,建立了疲勞荷載作用下裂縫寬度和撓度的計(jì)算模式,同時(shí)給出了鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在疲勞荷載作用下裂縫寬度和撓度的計(jì)算公式。
3.51990年,石小平等[16]進(jìn)行了混凝土梁彎曲疲勞試驗(yàn),通過(guò)對(duì)所得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出混凝土彎曲疲勞壽命的概率分布基本符合兩參數(shù)Weibull分布,并同時(shí)分析了應(yīng)力比對(duì)疲勞性能的影響,并建立了相應(yīng)的疲勞方程;
3.61991年,Byung[17]通過(guò)混凝土梁的彎曲疲勞試驗(yàn)得出S-N曲線并得出疲勞強(qiáng)度方程,并驗(yàn)證了在給定的應(yīng)力水平下疲勞壽命分布符合Weibull分布,同時(shí)研究了混凝土在變幅疲勞荷載作用下的損傷累積理論。
4. 損傷鋼筋混凝土梁疲勞性能研究
(1)目前我國(guó)的大部分鋼筋混凝土梁橋都已服役相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間,主要承重構(gòu)件均有著各種各樣的損傷(銹蝕、腐蝕)情況,所以對(duì)損傷鋼筋混凝土梁的疲勞性能進(jìn)行研究具有十分重要的實(shí)際意義,國(guó)內(nèi)外對(duì)此也進(jìn)行了一系列研究。
(2)同濟(jì)大學(xué)的李士彬[18]利用13根銹蝕鋼筋混凝土梁進(jìn)行了等幅疲勞試驗(yàn)研究,通過(guò)分析認(rèn)為在等幅荷載作用下,銹蝕梁的疲勞壽命比未銹蝕梁的疲勞壽命有明顯降低,同時(shí)在相同的荷載的水平下,銹蝕梁的疲勞壽命隨銹蝕率呈指數(shù)函數(shù)下降。銹蝕鋼筋混凝土梁銹蝕率越高,剛度隨荷載循環(huán)次數(shù)的增加衰減的速率越大。
(3)華僑大學(xué)的宋小雷[19]利用18根銹蝕程度不同的鋼筋混凝土梁進(jìn)行了靜力和疲勞性能試驗(yàn)研究,研究結(jié)果表明,鋼筋混凝土梁的銹蝕率越高,鋼筋混凝土梁的疲勞壽命就越短,同時(shí)還得出了促使鋼筋混凝土梁的疲勞性能降低的重要原因是鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力下降和因銹蝕而導(dǎo)致鋼筋表面形成的銹坑和疲勞應(yīng)力之間的耦合作用。
(4)桂林理工大學(xué)的虞愛(ài)平[20]利用9根銹蝕程度不同的鋼筋混凝土梁進(jìn)行了疲勞性能以及疲勞后剩余承載力的試驗(yàn)研究,試驗(yàn)結(jié)果表明,銹蝕率越高的鋼筋混凝土梁的耐久性越差、疲勞性能越低。
(5)浙江大學(xué)的徐沖[21]利用四組不同(正常構(gòu)件、正常加固、銹蝕損傷加固和超載損傷加固)的鋼筋混凝土梁進(jìn)行了靜力和疲勞性能試驗(yàn)研究,試驗(yàn)結(jié)果表明,在循環(huán)荷載作用下說(shuō)明鋼筋混凝土梁的整體剛度的重要指標(biāo)是動(dòng)撓度,且影響這一指標(biāo)的兩個(gè)重要因素是加固形式和加固前的損傷情況。
(6)大連理工大學(xué)的王海超等[22]利用8根腐蝕鋼筋混凝土梁進(jìn)行了腐蝕后鋼筋混凝土梁的靜力和疲勞性能試驗(yàn)研究,試驗(yàn)結(jié)果表明,較低水平的腐蝕對(duì)鋼筋混凝土梁的靜力性能影響很小,但對(duì)鋼筋混凝土梁的疲勞壽命影響較大。
(7)中南大學(xué)的趙亞敏[23]利用ANSYS等軟件,以鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋和拱橋?yàn)槟P脱芯苛似湓诔d情況下的疲勞性能,研究結(jié)果表明,超載對(duì)鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋和拱橋的疲勞性能影響非常大,在一般情況下,超載的荷載增加一倍,鋼筋混凝土梁的疲勞損傷增加將近10倍。
5. 結(jié)束語(yǔ)
目前雖然對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞性能進(jìn)行了大量的研究,但是仍然存在著許多問(wèn)題:
(1)疲勞試驗(yàn)影響因素多,離散性較大,而試驗(yàn)構(gòu)件數(shù)量往往有限,無(wú)法從不同截面尺寸、不同配筋率、不同應(yīng)力水平、不同應(yīng)力比等方面對(duì)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞分析和試驗(yàn)研究;
(2)由于在實(shí)際結(jié)構(gòu)中,構(gòu)件承受的都是變幅荷載和隨機(jī)荷載,因此還需要研究鋼筋混凝土梁在變幅疲勞荷載和隨機(jī)荷載作用下的性能研究,疲勞破壞機(jī)理,疲勞累積損傷發(fā)展規(guī)律;
(3)鋼筋混凝土疲勞壽命預(yù)測(cè)的研究工作都是基于各種理論的基礎(chǔ)上,千差萬(wàn)別無(wú)法統(tǒng)一,還沒(méi)有形成一個(gè)符合實(shí)際且易于操作的框架體系;
(4)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生銹蝕后的疲勞問(wèn)題對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全使用也尤為重要,目前對(duì)銹蝕鋼筋混凝十結(jié)構(gòu)的疲勞承載力、粘結(jié)滑移退化等方面的研究還不夠深入,有待加強(qiáng)。
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本專業(yè)主要培養(yǎng)具備能從事各類工程建設(shè)的場(chǎng)地評(píng)價(jià),巖土體特性分析,特種地基加固處理,地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)與治理等地質(zhì)工程領(lǐng)域的各項(xiàng)工作的高級(jí)工程技術(shù)人才。
二、培養(yǎng)要求
畢業(yè)生應(yīng)獲得以下幾方面的知識(shí)和能力:
具有較扎實(shí)的自然科學(xué)基礎(chǔ),了解當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的主要方面和應(yīng)用前景,熟悉地質(zhì)工程勘察、設(shè)計(jì)施工。 掌握工程地質(zhì)、工程力學(xué)、巖土力學(xué)的基本理論,地下工程、工程材料、結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)、地基處理方面的基本知識(shí),掌握有關(guān)電工、工程測(cè)量與試驗(yàn)、施工技術(shù)與組織等方面的基本知識(shí)。具有工程制圖、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、主要測(cè)試和試驗(yàn)儀器使用的能力;具有綜合應(yīng)用各種手段(包括外語(yǔ)工具)查詢資料、獲取信息的初步能力。熟悉國(guó)家有關(guān)工程勘察,建筑工程等方面的政策、規(guī)范和法規(guī)。具有進(jìn)行工程勘察、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、施工、管理和研究的初步能力。
三、主干學(xué)科 地質(zhì)工程
四、主要課程
英語(yǔ)、高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、普通化學(xué)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、巖土力學(xué)、建筑材料、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、道路勘測(cè)與設(shè)計(jì)、地下結(jié)構(gòu)、施工技術(shù)與施工組織、地質(zhì)工程經(jīng)濟(jì)與企業(yè)管理。
五、主要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)(內(nèi)容、要求)
設(shè)計(jì)1——鋼筋混凝土課程設(shè)計(jì)
時(shí)間:1周
內(nèi)容:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)
目的與要求:
通過(guò)本課程設(shè)計(jì),使學(xué)生進(jìn)一步掌握鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理、方法和步驟。受到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。設(shè)計(jì)分兩部分進(jìn)行,一部分為鋼筋混凝土樓蓋設(shè)計(jì),一部分為單層廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。要求學(xué)生完成相應(yīng)的計(jì)算說(shuō)明書及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙。
設(shè)計(jì)2——巖土體工程課程設(shè)計(jì)
時(shí)間:1周
內(nèi)容:巖土體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、巖土體工程設(shè)計(jì)
目的與要求:
通過(guò)本課程設(shè)計(jì),使學(xué)生進(jìn)一步掌握巖土體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及巖土體工程設(shè)計(jì)的原理、方法和步驟,受到巖土體工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下,完成相應(yīng)的計(jì)算說(shuō)明書和設(shè)計(jì)圖紙。
設(shè)計(jì)3——基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)
時(shí)間:1周
內(nèi)容:根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告及有關(guān)資料選擇基礎(chǔ)方案,并進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪出施工圖。
目的與要求:
通過(guò)本課程設(shè)計(jì),使學(xué)生進(jìn)一步掌握基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)的原理、方法和步驟。受到基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下,完成相應(yīng)的計(jì)算說(shuō)明書和設(shè)計(jì)圖紙。
測(cè)量實(shí)習(xí),安排在第5學(xué)期,時(shí)間1周,內(nèi)容為工程測(cè)量,要求學(xué)生在實(shí)習(xí)結(jié)束后,編寫一份實(shí)習(xí)報(bào)告。
認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí),安排在第4學(xué)期,時(shí)間3周,內(nèi)容為地質(zhì)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)。
教學(xué)實(shí)習(xí),安排在第6學(xué)期,時(shí)間7周,內(nèi)容包括工程地質(zhì)勘察、原位測(cè)試、室內(nèi)資料分析與整理。要求編寫一份實(shí)習(xí)報(bào)告。
畢業(yè)實(shí)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),安排在第8學(xué)期,時(shí)間12周。
畢業(yè)實(shí)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)是實(shí)現(xiàn)本科培養(yǎng)目標(biāo)的重要階段,是學(xué)生學(xué)習(xí)、研究與實(shí)踐成果的全面總結(jié),也是對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)與工程實(shí)踐能力培養(yǎng)效果的全面檢驗(yàn)。通過(guò)畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),使學(xué)生達(dá)到工程師工作能力的初步訓(xùn)練。
要求:選題盡可能結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐,做到一人一題,要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下,獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)。
答辯:畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)完成后,由系統(tǒng)一組織答辯。
六、主要實(shí)驗(yàn)
室內(nèi)試驗(yàn)(巖土物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試、建筑材料試驗(yàn)等)、野外現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)(巖土物理力學(xué)性質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試、工程監(jiān)測(cè)及檢測(cè)等)
七、最低畢業(yè)課內(nèi)總學(xué)時(shí):2500學(xué)時(shí)
最低畢業(yè)總學(xué)分:模塊A:176學(xué)分+分 模塊B:178學(xué)分+7學(xué)分
關(guān)鍵詞:鋼筋混凝土現(xiàn)澆板,裂縫,原因,預(yù)防,措施,處理
鋼筋混凝土現(xiàn)澆板具有整體性好和抗?jié)B、抗漏性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在近幾年的房屋建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用,但鋼筋混凝土現(xiàn)澆板的裂縫卻一直困擾著人們。要從根本上解決裂縫問(wèn)題,我們只有找準(zhǔn)病因,下對(duì)藥方才能根治裂縫。裂縫是不可避免的,但它的有害程度是可以控制的。下面就結(jié)合工作實(shí)際,采取相應(yīng)的綜合性控制措施。
一、鋼筋混凝土現(xiàn)澆板裂縫的類型
根據(jù)鋼筋混凝土現(xiàn)澆板裂縫的特點(diǎn),具體可以分為以下幾種類型:
1、橫向裂縫:在跨中1/3范圍內(nèi),沿建筑物橫向方向的裂縫,出現(xiàn)在板下皮居多,個(gè)別上下貫通;當(dāng)建筑物總長(zhǎng)超過(guò)40cm時(shí),通常在建筑物端部第一或第二開間板跨中出現(xiàn)上下貫通裂縫。
2、縱向裂縫:沿建筑物縱向方向的裂縫,出現(xiàn)在板下皮居多,個(gè)別上下貫通。
3、角部裂縫:在房間的四角出現(xiàn)的斜裂縫,板上皮居多。
4、不規(guī)則裂縫:分布及走向均無(wú)規(guī)則的裂縫。論文參考。
5、樓板根部的橫向裂縫:距支座在30cm內(nèi)產(chǎn)生的裂縫,位于板上皮。
6、順著預(yù)埋管線方向產(chǎn)生的裂縫。
二、鋼筋混凝土現(xiàn)澆板裂縫產(chǎn)生原因分析
1、混凝土干縮
混凝土具有收縮的特性,產(chǎn)生收縮的主要原因是由于混凝土在硬化過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生“凝縮”和混凝土內(nèi)自由水分蒸發(fā)所產(chǎn)生的干縮兩部分所引起的體積收縮。而混凝土是由水泥、粗細(xì)骨料加水?dāng)嚢瓒傻囊环N非均質(zhì)的人工石材,其抗拉強(qiáng)度很低,當(dāng)收縮所引起的體積變形不均勻或某一部位的收縮變形過(guò)大,混凝土互相約束而產(chǎn)生的拉應(yīng)力或剪應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí),現(xiàn)澆板就可能引起裂縫。
2、溫度變化
混凝土與其他材料一樣,也具有熱脹冷縮的性質(zhì)。在混凝土硬化初期,水泥水化釋放出較多的熱量,混凝土又是熱的不良導(dǎo)體,散熱較慢,混凝土板內(nèi)的溫度較板面高,這使內(nèi)部混凝土的體積產(chǎn)生較大的膨脹,面外部混凝土卻隨著氣溫的降低而收縮,內(nèi)部膨脹和外部收縮相互制約,在板面產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力,從而產(chǎn)生了板面裂縫,也可能深進(jìn)板內(nèi)甚至貫穿板底,嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的整體性、防水性和耐久性。
3、外荷載的作用
施工操作過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)荷載、沖擊荷載,模板、鋼管等周轉(zhuǎn)材料的集中堆放,使現(xiàn)澆樓板因承受高于設(shè)計(jì)時(shí)所考慮的荷載而出現(xiàn)裂縫。
4、混凝土強(qiáng)度的影響
若混凝土拌合物中含有某些礦物質(zhì)和有害物質(zhì),如粘土、淤泥、細(xì)屑、有機(jī)雜質(zhì)等,粘附在粗細(xì)骨料的表面,妨礙水泥與之粘合,降低混凝土強(qiáng)度;水泥質(zhì)量不合格,安定性不良時(shí),混凝土硬化后產(chǎn)生不均勻的體積膨脹,從而使現(xiàn)澆板產(chǎn)生膨脹性裂縫。
5、施工質(zhì)量
不良施工質(zhì)量導(dǎo)致的混凝土裂縫往往占有較大的比例,一是施工縫的留設(shè)部位不當(dāng);二是酷暑高溫期間施工冷縫的產(chǎn)生;三是必要的措施不到位或失效,如模板隔離劑的失效,模板與混凝土粘連;四是拆模過(guò)早,樓板受“內(nèi)傷”。
三、裂縫的預(yù)防措施
雖然鋼筋混凝土現(xiàn)澆板在使用過(guò)程中,存在出現(xiàn)裂縫這一重大缺陷,但它的這一缺點(diǎn)在設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中,可以通過(guò)一定的措施,使其影響控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。對(duì)于現(xiàn)澆板的裂縫問(wèn)題,可以采取以下幾個(gè)方面的措施,以減少或避免這些裂縫的出現(xiàn):
(一)混凝土原材料質(zhì)量方面
1、確保使用合格正規(guī)廠家的水泥,并認(rèn)真進(jìn)行各項(xiàng)性能試驗(yàn)。
2、嚴(yán)把材料關(guān),杜絕使用不合格材料。
3、嚴(yán)格控制混凝土施工配合比。
(二)施工質(zhì)量控制
1、在混凝土澆搗前,應(yīng)先將基層和模板澆水濕透,避免過(guò)多吸收水分,澆搗過(guò)程中應(yīng)盡量做到既振搗充分又避免過(guò)度。
2、混凝土樓板澆筑完畢后,表面刮抹應(yīng)限制到最小程度,防止在混凝土表面撒干水泥刮抹,并加強(qiáng)混凝土早期養(yǎng)護(hù)。樓板澆筑后,對(duì)板面應(yīng)認(rèn)真養(yǎng)護(hù),防止強(qiáng)風(fēng)和烈日曝曬。
3、嚴(yán)格施工操作程序進(jìn)行,不可只要進(jìn)度不要質(zhì)量 。
4、施工后澆帶的施工應(yīng)認(rèn)真領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)意圖,制定施工方案并做好交底,杜絕在后澆處出現(xiàn)混凝土不密實(shí)、不按圖紙要求留企口縫,以及施工中鋼筋被踩彎等現(xiàn)象。
5、對(duì)于較粗的線管或多根線管的集散處,可增設(shè)垂直于線管的抗裂短鋼筋網(wǎng)加強(qiáng),抗裂短鋼筋采用Φ6-Φ8,間距≤150,兩端的錨固長(zhǎng)度應(yīng)不小于300毫米。
6、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù):在施工過(guò)程中,由于搶趕工期將影響施工人員作業(yè),使樓面砼往往缺乏較充分的澆水養(yǎng)護(hù)延續(xù)時(shí)間。為此,施工中必須堅(jiān)持覆蓋麻袋或草包進(jìn)行一周左右的妥善保濕養(yǎng)護(hù),并可采用噴養(yǎng)護(hù)液進(jìn)行養(yǎng)護(hù),達(dá)到降低成本和提高工效,并可避免或減少對(duì)施工的影響。論文參考。
7、嚴(yán)格控制板面負(fù)筋的保護(hù)層厚度:現(xiàn)澆板負(fù)筋一般放置在支座梁鋼筋上面,與梁筋應(yīng)綁扎在一起;另外,采用鐵架子或混凝土墊塊等措施來(lái)固定負(fù)筋的位置,保證在施工過(guò)程中板面鋼筋不再下沉,從而可有效控制保護(hù)層,避免支座處因負(fù)筋下沉,保護(hù)層厚度變大而產(chǎn)生裂縫,板的保護(hù)層厚度不應(yīng)大于1.5cm.
(三)裂縫的處理方法
1、表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細(xì)而淺的裂縫,深度未達(dá)到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫,不漏水的縫,不伸縮的裂縫以及不再活動(dòng)的裂縫。表面貼補(bǔ)(土工膜或其他防水片)法適用于大面積漏水(蜂窩麻面等或不易確定具體漏水位置、變形縫)的防滲堵漏。論文參考。
2、填充法:用修補(bǔ)材料直接填充裂縫,一般用來(lái)修補(bǔ)較寬的裂縫,作業(yè)簡(jiǎn)單,費(fèi)用低。寬度小于0.3mm,深度較淺的裂縫、或是裂縫中有充填物,用灌漿法很難達(dá)到效果的裂縫,以及小規(guī)模裂縫的簡(jiǎn)易處理可采取開V型槽,然后作填充處理。
3、灌漿法:此法應(yīng)用范圍廣,從細(xì)微裂縫到大裂縫均可適用,處理效果好。
4、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法:因超荷載產(chǎn)生的裂縫,裂縫長(zhǎng)時(shí)間不處理導(dǎo)致的混凝土耐久性降低、火災(zāi)造成的裂縫等影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可采取結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法。包括斷面補(bǔ)強(qiáng)法、錨固補(bǔ)強(qiáng)法、預(yù)應(yīng)力法等。
(五) 結(jié)語(yǔ)
現(xiàn)澆樓板裂縫是住宅工程中反映最為強(qiáng)烈的問(wèn)題之一,也是施工過(guò)程中較難控制的質(zhì)量通病之一。通過(guò)大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn)只要施工時(shí)加強(qiáng)防范整治措施,裂縫問(wèn)題就能得到有效控制。這要求參建各方主體針對(duì)造成現(xiàn)現(xiàn)澆板裂紋的主要工序,制訂合理施工方案,強(qiáng)化施工人員的質(zhì)量意識(shí),嚴(yán)密施工組織,合理安排工序和工序交接,加強(qiáng)施工過(guò)程中的技術(shù)交底,更為有效的避免該問(wèn)題。
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