鋼筋混凝土構(gòu)件的安全性分析

鄭則穎

摘 要:當(dāng)前,建筑物多為鋼筋混凝土框架,框剪,框筒結(jié)構(gòu),當(dāng)構(gòu)件單體出現(xiàn)裂縫時候需要召集專家對鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)行總體安全性分析 。

關(guān)鍵詞:構(gòu)件;安全性

1 前言

在分析房屋安全性中,需要對整幢房屋的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行安全性分析,首先通過現(xiàn)場踏勘進(jìn)行外觀檢查,可能會發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件各種質(zhì)量問題,其中裂縫是最常見的現(xiàn)象之一。裂縫出現(xiàn)都是事出有因,有設(shè)計上錯誤、原材料性能缺陷、施工質(zhì)量低劣、環(huán)境條件的變化、使用不當(dāng)、地基不均勻沉陷等等,而建筑物的破壞往往始于裂縫。因此,如何分析裂縫、控制裂縫,是構(gòu)件安全性分析工作的重要內(nèi)容之一。根據(jù)裂縫成因和特征,判斷結(jié)構(gòu)受力工作狀況,評定結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性。此種鑒定方法具有簡便、直觀、快速等優(yōu)點(diǎn),在房屋安全鑒定中運(yùn)用很廣。其缺點(diǎn)在于它只是一種定性的分析方法,而不能定量地分析結(jié)構(gòu)的安全性。為此,對可疑結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、抗裂性驗算,必要時還應(yīng)通過荷載試驗。

2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫分析

判明是結(jié)構(gòu)性裂縫還是非結(jié)構(gòu)性裂縫:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因很多,對結(jié)構(gòu)的影響差異也很大,只有弄清結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)和裂縫對結(jié)構(gòu)影響的基礎(chǔ)上,才能對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行定性。結(jié)構(gòu)性裂縫多由于結(jié)構(gòu)應(yīng)力達(dá)到限值,造成承載力不足引起的,是結(jié)構(gòu)破壞開始的特征,或是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足的征兆,是比較危險的,必須進(jìn)一步對裂縫進(jìn)行分析。非結(jié)構(gòu)性裂縫往往是自身應(yīng)力形成的,如溫度裂縫、收縮裂縫,對結(jié)構(gòu)承載力的影響不大,可根據(jù)結(jié)構(gòu)耐久性、抗?jié)B、抗震、使用等方面要求采取修補(bǔ)措施。例如某校綜合性廠房,跨度12m,單層框架結(jié)構(gòu),1998年10月竣工,1999年7月甲方發(fā)現(xiàn)框架梁出現(xiàn)不同程度的裂縫,要求鑒定。根據(jù)現(xiàn)場查勘,框架梁裂縫普遍存在,裂縫的特點(diǎn):大都出現(xiàn)在梁的上半部,裂縫上寬下窄,中間寬兩邊細(xì),最大裂縫寬度為0.33mm,通過對設(shè)計及施工情況的檢查,設(shè)計無誤,為施工原因,經(jīng)過綜合分析,判明為溫度裂縫,屬非結(jié)構(gòu)性裂縫。只要消除溫差影響,采用壓力灌漿修補(bǔ)裂縫即可。

判明結(jié)構(gòu)性裂縫的受力性質(zhì):結(jié)構(gòu)性裂縫,根據(jù)受力性質(zhì)和破壞形式進(jìn)一步區(qū)分為兩種:一種是脆性破壞,另一種是塑性破壞。脆性破壞的特點(diǎn)是事先沒有明顯的預(yù)兆而突然發(fā)生,一旦出現(xiàn)裂縫,對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響很大,是結(jié)構(gòu)破壞的征兆,屬于這類性質(zhì)裂縫的有受壓構(gòu)件裂縫(包括中心受壓、小偏心受壓和大偏心受壓的壓區(qū))、受彎構(gòu)件的受壓區(qū)裂縫、斜截面裂縫、沖切面裂縫,以及后張預(yù)應(yīng)力構(gòu)件端部受壓裂縫等。脆性破壞裂縫是危險的,應(yīng)予以足夠重視,必須采取加固措施和其它安全措施。塑性破壞特點(diǎn)是事先有明顯的變形和裂縫預(yù)兆,人們可以及時采取措施予以補(bǔ)救,危險性相對稍小。屬于這類破壞的受力構(gòu)件的裂縫有:受拉構(gòu)件正載面裂縫,受彎構(gòu)件和大偏心受壓構(gòu)件正載面受拉區(qū)裂縫等。此種裂縫是否影響結(jié)構(gòu)的安全,應(yīng)根據(jù)裂縫的位置、長度、深度以及發(fā)展情況而定。如果裂縫已趨于穩(wěn)定,且最大裂縫未超過規(guī)定的容許值,則屬于允許出現(xiàn)的裂縫,可不必加固。

查明裂縫的寬度、長度、深度:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫按其表征可分三種:一是表面細(xì)小裂縫,即縫寬很小,長度短而淺;二是中等裂縫,其寬度在0.2mm左右,長度局限在受拉區(qū),裂縫已深入結(jié)構(gòu)一定深度;三是貫穿性裂縫,縫寬超過0.3mm,長度伸到受壓區(qū),裂縫已貫穿整個截面或部分截面。結(jié)構(gòu)性裂縫不僅表征結(jié)構(gòu)受力狀況,還會影響結(jié)構(gòu)的耐久性。裂縫寬度愈大,鋼筋愈容易銹蝕,意味著鋼筋和混凝土之間握裹力已完全破壞,使用壽命已近終結(jié)。一般室內(nèi)結(jié)構(gòu),橫向裂縫導(dǎo)致鋼筋銹蝕的危險性較小,裂縫以不影響美觀要求為度,而在潮濕環(huán)境中,裂縫會引起鋼筋銹蝕,裂縫寬度應(yīng)小于0.2mm,但縱向縫易引起鋼筋銹蝕,并導(dǎo)致保護(hù)層剝落,影響結(jié)構(gòu)的耐久性,應(yīng)予處理。當(dāng)裂縫長度較長,深度較深,嚴(yán)重影響構(gòu)件的整體性,往往是破壞征兆。例如受彎構(gòu)件正截面梁底出現(xiàn)裂縫,裂縫長度向受壓區(qū)發(fā)展,并到達(dá)或超過中和軸,是比較危險的,若縫長較短,局部在受拉區(qū),一般危險性較小。裂縫深度也是表征之一,通常表面裂縫多是非結(jié)構(gòu)性裂縫,貫穿性裂縫多是結(jié)構(gòu)性裂縫,容易使鋼筋銹蝕,危險性較大,應(yīng)查明原因,根據(jù)危險性,采取必要的加固措施。

判明裂縫是發(fā)展的還是穩(wěn)定的:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫按其擴(kuò)展性質(zhì),通常分三種:一是穩(wěn)定裂縫,即裂縫的寬度、長度保持恒定不變;第二種是活動性裂縫,該裂縫的寬度和長度隨著受荷狀態(tài)和周圍溫度、濕度變化而變化;第三種是發(fā)展裂縫,裂縫的寬度和長度隨著時間增長而增長。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下,一般在受拉區(qū)允許在裂縫出現(xiàn)下工作,也就是說裂縫是不可避免的,只要裂縫是穩(wěn)定的,其寬度不大,符合規(guī)范要求,并無多大危險,屬安全構(gòu)件。但裂縫隨時間不斷擴(kuò)展,說明鋼筋應(yīng)力可能接近或達(dá)到流限,對承載力有嚴(yán)重的影響,危險性較大,應(yīng)及時采取措施。裂縫穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),裂縫會不會再擴(kuò)展,還要看所處環(huán)境是否穩(wěn)定,環(huán)境變化,舊的裂縫可能還會擴(kuò)展,也還會出現(xiàn)新的裂縫,應(yīng)結(jié)合具體條件加以分析。例如某辦公樓5層框架結(jié)構(gòu),淺基礎(chǔ),因附近打樁,部分屋頂大梁出現(xiàn)裂縫,要求分析后進(jìn)行鑒定。通過對設(shè)計、施工資料的檢查,均無大的問題,且此辦公樓已竣工多年,未發(fā)現(xiàn)任何裂縫。經(jīng)過現(xiàn)場查勘,地坪土體隆起嚴(yán)重,屋頂大梁的裂縫僅出現(xiàn)在梁端兩側(cè),為斜細(xì)裂縫,初步意見應(yīng)對裂縫進(jìn)行繼續(xù)觀察。打樁結(jié)束后,經(jīng)過三個月觀察,裂縫沒有繼續(xù)發(fā)展。分析認(rèn)為由于打樁擠土引起基礎(chǔ)移動,致使上部結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力重分布產(chǎn)生裂縫,對結(jié)構(gòu)影響不大。

3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形的分析

結(jié)構(gòu)在長期使用中,由于荷載、溫度、濕度以及地基沉陷等影響,將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形和變位,變形不但對美觀和使用方面有影響,且對結(jié)構(gòu)受力和穩(wěn)定也有影響。較大變形往往改變了結(jié)構(gòu)的受力條件,增大受力的偏心距,在構(gòu)件斷面、連接節(jié)點(diǎn)中產(chǎn)生新的附加應(yīng)力,從而降低構(gòu)件的承載能力,引起構(gòu)件開裂,甚至倒塌。結(jié)構(gòu)變形的測定項目應(yīng)針對可疑跡象,根據(jù)測定的要求、目的加以選擇,但最大的撓度和位移必需檢測。變形的量測應(yīng)與裂縫量測結(jié)合起來,結(jié)構(gòu)過度的變形,可產(chǎn)生對應(yīng)的裂縫,過大的裂縫又可擴(kuò)大結(jié)構(gòu)的變形。因此,結(jié)構(gòu)變形情況如何,往往是反映出結(jié)構(gòu)工作是否正常的重要標(biāo)志,是結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全鑒定的重要內(nèi)容。另一方面還需看變形是穩(wěn)定的還是發(fā)展的,變形發(fā)展很慢或基本穩(wěn)定是正常的,若變形發(fā)展很快,變形速度逐漸增大或突然增大,即是異常的現(xiàn)象,應(yīng)引起注意,通常意味著結(jié)構(gòu)可能破壞,應(yīng)立即采取措施確保房屋安全。結(jié)構(gòu)過度變形是結(jié)構(gòu)剛度不足或穩(wěn)定性不足的標(biāo)志,它并不直接反映結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。影響結(jié)構(gòu)變形的主要因素,如斷面尺寸、跨度、荷載、支座 形式、材料質(zhì)量等,也影響到結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。因此進(jìn)行安全鑒定時,還應(yīng)和裂縫、結(jié)構(gòu)構(gòu)件穩(wěn)定等結(jié)合考慮。

4 結(jié)語

鋼筋混凝土構(gòu)件的安全性分析還應(yīng)考慮構(gòu)造、混凝土碳化等因素。房屋安全性分析是一項技術(shù)與政策相結(jié)合、局部和整體相結(jié)合、必須考慮諸多因素的技術(shù)工作,本文所提及的僅僅是一項局部的分析,只是個人學(xué)習(xí)和平時工作中點(diǎn)滴體會,其中還有許多問題有待深入探討和研究,竭望同行們批評指正。