【正文】 常出現(xiàn)沖撞損傷 大氣侵蝕作用除了酸雨空氣污染的損傷外長期的雨水沖淋和風(fēng)沙影響也會造成混凝土的損傷 長期浸泡在流動的水中的混凝土其氫氧化鈣等有效成分會被水溶解并帶走使混凝土的強(qiáng)度減低隨后產(chǎn)生破壞 生物損傷常見于海洋環(huán)境和城市排污工程 7 耐久性問題的特點(diǎn) 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題具有以下三個特點(diǎn) 1 多數(shù)損傷發(fā)展的速度較慢往往需要若干年甚至幾十年的時(shí)間這就是稱這些問題為耐久性問題的原因 2 耐久性問題是多種因素共同影響的結(jié)果如北方的海洋混凝土工程有混凝土碳化鋼筋銹蝕問題也有氯離子侵蝕和凍融問題還有海水沖擊和海砂磨損等問題當(dāng)然還有化學(xué)物質(zhì)侵蝕和生物侵蝕的問題 3 大多數(shù)損傷是由構(gòu)件表面開始的所以有人稱耐久性問題是混凝土結(jié)構(gòu)的皮膚病 二延長混凝土結(jié)構(gòu)使用年限的措施 延長混凝土結(jié)構(gòu)使用年限的措施較多應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取行之有效的措施避免水分侵襲提高混凝土的抗?jié)B透性和合理的使用與維護(hù)是延長混凝土結(jié)構(gòu)使用 年限的帶有普遍意義的措施 1 避免水分的侵襲 大多數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題都與水有關(guān) 在干燥環(huán)境中即使保護(hù)層混凝土完全碳化鋼筋也不會銹蝕 水是氯離子及其他有害化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部的載體在構(gòu)件表面濕潤時(shí)溶于水中的有害化學(xué)物質(zhì)隨水進(jìn)入構(gòu)件表層在干燥的周期混凝土中的部分水分蒸發(fā)有害物質(zhì)卻留在混凝土中混凝土含水率較高時(shí)有害化學(xué)物質(zhì)從構(gòu)件表面向內(nèi)部擴(kuò)散的速度快 混凝土含水率低時(shí)擴(kuò)散速度慢 含有等量氯離子的混凝土構(gòu)件在干燥的環(huán)境中鋼筋銹蝕速度慢在潮濕的環(huán)境中鋼筋銹蝕速度快 干燥的混凝土凍融破壞和堿骨料反應(yīng)的速度極慢 因此延長混凝土結(jié)構(gòu)使用年限的首要措施是解決環(huán)境水的問題 解決環(huán)境水問題的主要措施是減少水分與構(gòu)件接觸的構(gòu)造措施和排水措施構(gòu)件表面涂刷防水涂料設(shè)置裝飾層防雨水挑檐防濺隔板以及檐口的滴水等都可起到防止水與構(gòu)件接觸的作用盡快排水可避免水分侵入混凝土內(nèi)部較深和很快干燥減少其影響深度和作用時(shí)間 2 減小混凝土的滲透性 減小混凝土的滲透性主要是使混凝土內(nèi)部貫通的毛細(xì)孔的直徑減小數(shù)量減少使有害物質(zhì)擴(kuò)散的速度減慢提高混凝土的強(qiáng)度等級降低混凝土拌和物的水灰比確保振搗密實(shí)使用合適的摻合料和外加劑等都可以減小混凝土的滲透性在施 工時(shí)將混凝土表面壓光可將毛細(xì)孔阻斷是一種經(jīng)濟(jì)有效的減小混凝土滲透性的措施 3 使用與維護(hù) 通常認(rèn)為設(shè)計(jì)質(zhì)量與施工質(zhì)量是決定混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素實(shí)際上結(jié)構(gòu)的使用方也是決定結(jié)構(gòu)耐久性的主要方面從某種意義上講使用方的作用更為重要 使用方在對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性方面起到的作用有三種其一為不隨便改變結(jié)構(gòu)的用途其二為避免對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件造成人為的損傷其三為定期檢查與維修 在我國混凝土結(jié)構(gòu)耐久性狀況調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)隨便改變結(jié)構(gòu)的用途造成結(jié)構(gòu)壽命縮短的事例相當(dāng)多如某港口儲倉原設(shè)計(jì)存儲袋裝食糖后改為散裝化肥化肥含氯散裝則使化肥的細(xì)小 顆粒四處飛揚(yáng)用途改變了卻沒有相應(yīng)的防護(hù)措施使用 34 年后混凝土構(gòu)件鋼筋銹蝕保護(hù)層混凝土脹裂 結(jié)構(gòu)的改造等容易造成構(gòu)件的損傷如在構(gòu)件上開口鑿洞有些甚至將鋼筋鑿斷這些都會影響結(jié)構(gòu)的使用壽命 定期檢查可以盡早發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)存在的問題及時(shí)的維修可將存在的問題盡快地解決避免劣化的發(fā)展定期的檢查與及時(shí)的維修是延長結(jié)構(gòu)使用壽命的重要措施 除了上述帶有普遍意義的措施外在特定條件下采取特殊的措施也是十分必要的如限制混凝土中的堿含量使用環(huán)氧涂層鋼筋等 三混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)及耐久性規(guī)定 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50010 在耐久性 規(guī)定中首先闡明了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)工作的特點(diǎn)一一根據(jù)環(huán)境類別和設(shè)計(jì)使用年限進(jìn)行設(shè)計(jì) 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)所要解決的主要問題是環(huán)境作用與材料抵抗環(huán)境作用能力的問題耐久性設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)環(huán)境類別采取相應(yīng)的對策例如在有堿活性骨料的地區(qū)限制混凝土中的堿含量是設(shè)計(jì)工作中必不可少的措施在有人為侵蝕性化學(xué)物質(zhì)的工業(yè)建筑中選擇合適的防腐涂料避免混凝土直接暴露在侵蝕性物質(zhì)之中是保證結(jié)構(gòu)使用年限的關(guān)鍵問題衡量材料抵抗環(huán)境作用能力的主要指標(biāo)是時(shí)間其具體的體現(xiàn)是結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限對設(shè)計(jì)使用年限為 100 年的混凝土的要求肯定與對臨時(shí)性結(jié)構(gòu)的混凝土要求不同根據(jù)環(huán)境類別和設(shè)計(jì)使用年限的設(shè)計(jì)方法是耐久性設(shè)計(jì)有別于承載能力等設(shè)計(jì)的關(guān)鍵 2 耐久性設(shè)計(jì)方法 目前關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)方法有兩種方法其一是宏觀控制的方法其二為極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 宏觀控制是將具有代表性的環(huán)境不嚴(yán)格定量地進(jìn)行區(qū)分根據(jù)環(huán)境類別和設(shè)計(jì)使用年限對結(jié)構(gòu)混凝土提出相應(yīng)的限制要求保證其耐久性能這種方法的優(yōu)點(diǎn)是易于理解便于操作缺點(diǎn)是不能準(zhǔn)確定量《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50010 采取了這種劃分方法將混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境分為五類室內(nèi)正常環(huán)境室外環(huán)境或類似室外環(huán)境氯侵蝕環(huán)境海洋環(huán)境和化學(xué) 物質(zhì)侵蝕環(huán)境 這種劃分方法與歐洲規(guī)范的劃分方法基本一致在對結(jié)構(gòu)混凝土提出要求時(shí)將試驗(yàn)研究結(jié)果混凝土耐久性長期觀測結(jié)果與混凝土結(jié)構(gòu)耐久性調(diào)查的情況結(jié)合起來根據(jù)使用環(huán)境的宏觀情況和設(shè)計(jì)使用年限情況使要求具體化使之能滿足耐久性要求 極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法是將上述分類加上侵蝕性指標(biāo)細(xì)化如室內(nèi)環(huán)境根據(jù)常年溫度濕度通風(fēng)情況陽光照射情況等定量細(xì)化材料抵抗環(huán)境作用的能力要通過試驗(yàn)研究長期觀測和現(xiàn)場調(diào)研統(tǒng)計(jì)得到的計(jì)算公式的驗(yàn)算來體現(xiàn)以混凝土碳化造成的鋼筋銹蝕問題為例來說明這種方法先計(jì)算碳化深度達(dá)到鋼筋表面所需要的時(shí)間 t1 在計(jì)算時(shí) 要考慮混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)氫氧化鈣的含量環(huán)境中的二氧化碳含量空氣溫度與濕度等因素然后計(jì)算鋼筋銹蝕達(dá)到允許銹蝕極限狀態(tài)的時(shí)間 t2 在計(jì)算時(shí)要考慮混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)保護(hù)層厚度空氣溫度與濕度和鋼筋直徑等因素令 t1t2 大于設(shè)計(jì)使用年限則滿足耐久性要求 從目前的情況來看按極限狀態(tài)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)的條件還不夠成熟 3 相應(yīng)規(guī)定的說明 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50010 對設(shè)計(jì)使用年限為 50 年處于一類二類和三類環(huán)境中的結(jié)構(gòu)混凝土作出規(guī)定主要包括混凝土強(qiáng)度等級水灰比水泥用量混凝土中氯離子含量混凝土中的堿含量保護(hù)層厚度等 大量的材料性能的研究表明水灰比水泥用量水泥品種決定了混凝土的滲透性能考慮到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的習(xí)慣《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50010 對混凝土強(qiáng)度等級作出規(guī)定這是因?yàn)榛炷翉?qiáng)度等級可綜合反映水灰比水泥等級和水泥用量的情況 一般情況下 水泥用量太少不利于混凝土的耐久性但近年來研究表明水泥用量太大未必是好事水泥用量大水泥水化熱量大混凝土收縮量大易產(chǎn)生裂縫有害物質(zhì)容易通過裂縫侵入混凝土內(nèi)部 對于混凝土中氯離子含量的限定與目前國內(nèi)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定基本一致所不同的是《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50010 規(guī)定的是硬化混凝土中的氯離子含量包括拌合 物中摻加的氯離子和從外部侵入的氯離子特別應(yīng)當(dāng)指出的是預(yù)應(yīng)力混凝土拌合物中不得摻加氯化物考慮到水泥砂和水中多少會有些氯離子規(guī)范的限值未定為零 對于四類和五類環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50010 未作出具體的規(guī)定設(shè)計(jì)工作可參考《港工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定 對于設(shè)計(jì)使用 100 年處于一類環(huán)境的混凝土結(jié)構(gòu)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50010 作出了專門的規(guī)定這些規(guī)定包括混凝土強(qiáng)度等級氯離子含量骨料混凝土堿含量保護(hù)層厚度表面防護(hù)措施等特別是提到定期維護(hù)的要求 根據(jù)國內(nèi)混凝土 結(jié)構(gòu)耐久性的調(diào)查我國有使用了 7080 年的正常室內(nèi)環(huán)境的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件這些構(gòu)件基本沒有問題即使碳化深度超過保護(hù)層厚度鋼筋也不銹蝕或銹蝕量較小這些構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級一般不到 C15 因此適當(dāng)提高混凝土強(qiáng)度等級對氯離子含量堿含量予以限制規(guī)定了定期維修的措施一類環(huán)境設(shè)計(jì)使用年限 100 年是可以得到保證的 但是室外構(gòu)件使用年限 100年是不容易保證的調(diào)查情況表明即使是民用建筑的室外構(gòu)件一般使用壽命也只有 3040 年這些構(gòu)件主要為陽臺雨罩和挑檐等避免直接受到雨水沖淋避免構(gòu)件積水或積雪增加面層等防護(hù)措施能夠延長構(gòu)件的使用壽命更 為重要的是定期的檢查與維護(hù) 至于結(jié)構(gòu)混凝土抗?jié)B和抗凍性能的設(shè)計(jì)可參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定 二耐久性 小結(jié) 1 耐久性問題的嚴(yán)重性 2 環(huán)境類別 3 混凝土的耐久性要求 提出了水灰比水泥用量強(qiáng)度等級氯離子含量堿含量等限制 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題 不積水潮氣能散發(fā) 惡劣環(huán)境慎用薄肋型結(jié)構(gòu) 保護(hù)層厚度 表面保護(hù) 環(huán)氧涂層鋼筋 3類環(huán)境宜用 三結(jié)構(gòu)分析 第 5章 1如何看待結(jié)構(gòu)分析一章 2內(nèi)力分析方法 線彈性分析方法 考慮塑性內(nèi)力重分布彎矩調(diào)幅法連續(xù)梁剛架 塑性極限分析方法塑性鉸線法條帶法板 非線性分析方法有限元法板殼及實(shí)體 結(jié)構(gòu) 試驗(yàn)分析方法復(fù)雜體型結(jié)構(gòu)新型結(jié)構(gòu) 3 混凝土的多軸強(qiáng)度與本構(gòu)關(guān)系附錄 C Ⅰ增補(bǔ)結(jié)構(gòu)分析的原因 Why 在混凝土結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的力學(xué)效應(yīng)分析和其構(gòu)件的構(gòu)造設(shè)計(jì)或性能驗(yàn)算是不可或缺且相互影響的兩大部分對于保證結(jié)構(gòu)的安全使用而言前者的重要性決不亞于后者 我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GBJ1089 和解放后相繼頒發(fā)的同類規(guī)范或規(guī)程中絕大部分的篇幅和條款都是針對構(gòu)件的截面承載力變形和裂縫的計(jì)算方法的具體規(guī)定以及提供的相關(guān)材料性能指標(biāo)和構(gòu)造措施等有關(guān)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容極少只在個別條款中提到一些原則性的指示例如連續(xù)梁 板 考慮塑性內(nèi)力重分布分析方法的應(yīng)用和限制俄國 包括前蘇聯(lián) 歷來的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范也是如此 反觀歐美等國家的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容都占有重要的地位和相當(dāng)大的篇幅且常獨(dú)立成章除了列出對結(jié)構(gòu)分析的一般性原則指示外還按不同類型的結(jié)構(gòu)體系如框架雙向板深梁墻殼體等給出具體的計(jì)算方法甚至給定確切的計(jì)算參數(shù) 如彎矩系數(shù) 值顯然這類規(guī)范對于統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的分析方法提高設(shè)計(jì)質(zhì)量保證結(jié)構(gòu)安全并對推行或鼓勵采用先進(jìn)的分析方法等起著有益的作用 如今我國的國民經(jīng)濟(jì)高速地發(fā)展著基本建設(shè)事業(yè)方興未艾混 凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍和規(guī)模不斷擴(kuò)大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常常出現(xiàn)一些新的情況例如許多結(jié)構(gòu)尤其是高層建筑和大型公共建筑的結(jié)構(gòu)體形不規(guī)則受力狀況復(fù)雜結(jié)構(gòu)分析的難度較大結(jié)構(gòu)的類型布置和構(gòu)造出現(xiàn)新的方案電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力空前增強(qiáng)促使計(jì)算方法的革新且電算日益普及更多地取代手算有些重大結(jié)構(gòu)工程要求進(jìn)行非線性全過程分析某些結(jié)構(gòu)分析方法的應(yīng)用范圍尚有爭議等因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)合理地選擇分析方法確定力學(xué)模型和所需參數(shù)值檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確度等成為提高設(shè)計(jì)質(zhì)量確保結(jié)構(gòu)安全的重要環(huán)節(jié)所以結(jié)構(gòu)分析部分應(yīng)在設(shè)計(jì)規(guī)范中占有相應(yīng)的位置此外我國在多 年規(guī)模宏大的結(jié)構(gòu)工程建設(shè)中積累的豐富經(jīng)驗(yàn)也可在規(guī)范中加以反映 Ⅱ結(jié)構(gòu)分析的基本要求 How 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要保證建筑物的安全使用對結(jié)構(gòu)分析的基本要求就是依據(jù)設(shè)定的結(jié)構(gòu)方案和布置確定合理的計(jì)算模型和分析方法采用可能的不利荷載 作用 狀況通過分析運(yùn)算提交準(zhǔn)確可靠的結(jié)構(gòu)作用效應(yīng) 因此結(jié)構(gòu)分析中所采用的各種簡化或近似假設(shè)數(shù)學(xué)運(yùn)算方法等都應(yīng)有理論的或試驗(yàn)的驗(yàn)證或者有工程經(jīng)驗(yàn)確認(rèn)其可靠性所確定的力學(xué)計(jì)算模型應(yīng)符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀況并有相應(yīng)的構(gòu)造措施作保證取用的各種參數(shù)值如構(gòu)件尺寸荷載 作用 和材料的性能指標(biāo)等應(yīng)與結(jié)構(gòu)的實(shí)際 工作條件一致還應(yīng)概念清楚易于應(yīng)用便于校核和糾錯 每一種結(jié)構(gòu)分析方法都必定用到三類基本方程即力學(xué)平衡條件變形協(xié)調(diào) 幾何 條件和本構(gòu) 物理 關(guān)系由于各類分析方法的基本原理和數(shù)學(xué)運(yùn)算過程的差別很大對此三類方程可有不同的處理方式其中結(jié)構(gòu)的整體或其中任一部分的力學(xué)平衡條件都必須滿足結(jié)構(gòu)的變形包括邊界條件支座和節(jié)點(diǎn)的約束條件截面變形條件等若難以嚴(yán)格地滿足可在宏觀上近似地滿足材料或各種計(jì)算單元的本構(gòu)關(guān)系則應(yīng)選取合理的模型盡可能地符合或接近鋼筋混凝土的實(shí)際性能 結(jié)構(gòu)分析時(shí)應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算的情況日益普及這是確保計(jì)算 的準(zhǔn)確性節(jié)約工時(shí)加速設(shè)計(jì)進(jìn)程解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)的疑難分析問題的十分有效的手段是結(jié)構(gòu)分析技術(shù)發(fā)展的必然趨勢今后必將更多更廣泛地取代工程師的手算設(shè)計(jì)人員進(jìn)行結(jié)構(gòu)的電算分析時(shí)只需按照程序規(guī)定的要求輸入原始數(shù)據(jù)和操作運(yùn)行隨即可獲得結(jié)構(gòu)分析的全部結(jié)果但是他們對于繁復(fù)的大量運(yùn)算過程和中間數(shù)值并不清楚如果電算程序本身存在問題甚至錯誤或者輸入的任一數(shù)據(jù)因格式符號單位或數(shù)值有誤都將失之毫厘差之千里引起謬誤的計(jì)算結(jié)果且很難及時(shí)發(fā)現(xiàn) 為了保證結(jié)構(gòu)分析的正確設(shè)計(jì)中采用的商用電算程序或自編的程序都必須經(jīng)過嚴(yán)格的考核和驗(yàn)證所依據(jù)的分析方法 和確定的技術(shù)條件都應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)范的要求設(shè)計(jì)人員在選定電算程序進(jìn)行運(yùn)算之前應(yīng)認(rèn)真閱讀程序