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。
**是廉慧珍老师和闻德荣老师两位前辈,**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,**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:
**,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**次鉴定结论被否,至今也是**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!!!
**,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*限强度ftk,或混凝土拉应变达到其*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*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*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*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*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?
**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:**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,*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,**** | 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.E(2004) | EN 1992-1-1:2003(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,*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,**** | 0.4 |
|