鋼筋混凝土構件的安全性分析

鄭則穎

摘 要:當前,建筑物多為鋼筋混凝土框架,框剪,框筒結構,當構件單體出現裂縫時候需要召集專家對鋼筋混凝土構件進行總體安全性分析 。

關鍵詞:構件;安全性

1 前言

在分析房屋安全性中,需要對整幢房屋的結構構件進行安全性分析,首先通過現場踏勘進行外觀檢查,可能會發現鋼筋混凝土結構構件各種質量問題,其中裂縫是最常見的現象之一。裂縫出現都是事出有因,有設計上錯誤、原材料性能缺陷、施工質量低劣、環境條件的變化、使用不當、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,是構件安全性分析工作的重要內容之一。根據裂縫成因和特征,判斷結構受力工作狀況,評定結構的安全性、適用性和耐久性。此種鑒定方法具有簡便、直觀、快速等優點,在房屋安全鑒定中運用很廣。其缺點在于它只是一種定性的分析方法,而不能定量地分析結構的安全性。為此,對可疑結構構件應進行強度、剛度、抗裂性驗算,必要時還應通過荷載試驗。

2 鋼筋混凝土結構構件裂縫分析

判明是結構性裂縫還是非結構性裂縫:鋼筋混凝土結構產生裂縫的原因很多,對結構的影響差異也很大,只有弄清結構受力狀態和裂縫對結構影響的基礎上,才能對結構構件進行定性。結構性裂縫多由于結構應力達到限值,造成承載力不足引起的,是結構破壞開始的特征,或是結構強度不足的征兆,是比較危險的,必須進一步對裂縫進行分析。非結構性裂縫往往是自身應力形成的,如溫度裂縫、收縮裂縫,對結構承載力的影響不大,可根據結構耐久性、抗滲、抗震、使用等方面要求采取修補措施。例如某校綜合性廠房,跨度12m,單層框架結構,1998年10月竣工,1999年7月甲方發現框架梁出現不同程度的裂縫,要求鑒定。根據現場查勘,框架梁裂縫普遍存在,裂縫的特點:大都出現在梁的上半部,裂縫上寬下窄,中間寬兩邊細,最大裂縫寬度為0.33mm,通過對設計及施工情況的檢查,設計無誤,為施工原因,經過綜合分析,判明為溫度裂縫,屬非結構性裂縫。只要消除溫差影響,采用壓力灌漿修補裂縫即可。

判明結構性裂縫的受力性質:結構性裂縫,根據受力性質和破壞形式進一步區分為兩種:一種是脆性破壞,另一種是塑性破壞。脆性破壞的特點是事先沒有明顯的預兆而突然發生,一旦出現裂縫,對結構強度影響很大,是結構破壞的征兆,屬于這類性質裂縫的有受壓構件裂縫(包括中心受壓、小偏心受壓和大偏心受壓的壓區)、受彎構件的受壓區裂縫、斜截面裂縫、沖切面裂縫,以及后張預應力構件端部受壓裂縫等。脆性破壞裂縫是危險的,應予以足夠重視,必須采取加固措施和其它安全措施。塑性破壞特點是事先有明顯的變形和裂縫預兆,人們可以及時采取措施予以補救,危險性相對稍小。屬于這類破壞的受力構件的裂縫有:受拉構件正載面裂縫,受彎構件和大偏心受壓構件正載面受拉區裂縫等。此種裂縫是否影響結構的安全,應根據裂縫的位置、長度、深度以及發展情況而定。如果裂縫已趨于穩定,且最大裂縫未超過規定的容許值,則屬于允許出現的裂縫,可不必加固。

查明裂縫的寬度、長度、深度:鋼筋混凝土結構構件的裂縫按其表征可分三種:一是表面細小裂縫,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,裂縫已深入結構一定深度;三是貫穿性裂縫,縫寬超過0.3mm,長度伸到受壓區,裂縫已貫穿整個截面或部分截面。結構性裂縫不僅表征結構受力狀況,還會影響結構的耐久性。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。一般室內結構,橫向裂縫導致鋼筋銹蝕的危險性較小,裂縫以不影響美觀要求為度,而在潮濕環境中,裂縫會引起鋼筋銹蝕,裂縫寬度應小于0.2mm,但縱向縫易引起鋼筋銹蝕,并導致保護層剝落,影響結構的耐久性,應予處理。當裂縫長度較長,深度較深,嚴重影響構件的整體性,往往是破壞征兆。例如受彎構件正截面梁底出現裂縫,裂縫長度向受壓區發展,并到達或超過中和軸,是比較危險的,若縫長較短,局部在受拉區,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構性裂縫,貫穿性裂縫多是結構性裂縫,容易使鋼筋銹蝕,危險性較大,應查明原因,根據危險性,采取必要的加固措施。

判明裂縫是發展的還是穩定的:鋼筋混凝土結構構件裂縫按其擴展性質,通常分三種:一是穩定裂縫,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和周圍溫度、濕度變化而變化;第三種是發展裂縫,裂縫的寬度和長度隨著時間增長而增長。鋼筋混凝土結構在各種荷載作用下,一般在受拉區允許在裂縫出現下工作,也就是說裂縫是不可避免的,只要裂縫是穩定的,其寬度不大,符合規范要求,并無多大危險,屬安全構件。但裂縫隨時間不斷擴展,說明鋼筋應力可能接近或達到流限,對承載力有嚴重的影響,危險性較大,應及時采取措施。裂縫穩定的結構,裂縫會不會再擴展,還要看所處環境是否穩定,環境變化,舊的裂縫可能還會擴展,也還會出現新的裂縫,應結合具體條件加以分析。例如某辦公樓5層框架結構,淺基礎,因附近打樁,部分屋頂大梁出現裂縫,要求分析后進行鑒定。通過對設計、施工資料的檢查,均無大的問題,且此辦公樓已竣工多年,未發現任何裂縫。經過現場查勘,地坪土體隆起嚴重,屋頂大梁的裂縫僅出現在梁端兩側,為斜細裂縫,初步意見應對裂縫進行繼續觀察。打樁結束后,經過三個月觀察,裂縫沒有繼續發展。分析認為由于打樁擠土引起基礎移動,致使上部結構局部應力重分布產生裂縫,對結構影響不大。

3 鋼筋混凝土結構構件變形的分析

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

4 結語

鋼筋混凝土構件的安全性分析還應考慮構造、混凝土碳化等因素。房屋安全性分析是一項技術與政策相結合、局部和整體相結合、必須考慮諸多因素的技術工作,本文所提及的僅僅是一項局部的分析,只是個人學習和平時工作中點滴體會,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。