钢筋混凝土范文

钢筋混凝土篇1

关键词：钢筋混凝土；钢筋腐蚀；原理；

1、问题的提出

钢筋混凝土所使用的材料是混凝土和钢筋，具有混凝土和钢筋的优点，其强度高、韧性好，并且混凝土与钢筋间具有良好的粘结力，同时二者的温度线膨胀系数相近，正因为钢筋混凝土具有这些优点，因此钢筋混凝土成为现代土木结构的主体。著名专家学者P.K.Mehia认为，钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性最重要的因素。混凝土中钢筋的腐蚀，不仅会造成巨大经济损失，还可导致钢筋混凝土结构破坏，甚至会引起结构坍塌。因此，钢筋腐蚀问题不容忽视。

2、钢筋混凝土中钢筋腐蚀原理分析

混凝土的孔溶液呈碱性，新拌混凝土的pH值一般都在12~13之间，在这样强的碱性环境下，钢筋表面会生成一层钝化膜，它是厚度一般为2×10-9~6×10-9m的水化氧化产物(γ-Fe2O3・nH2O)，阻止了钢筋的锈蚀，但是当pH值由于各种原因降至11.8或者更低时，钝化膜将不能保持，钢筋进入活化状态，钢筋就会发生锈蚀。

钢筋表面发生的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀，化学腐蚀是钢筋表面与气体或介质溶液接触发生的腐蚀，这种腐蚀没有电子的流动，只是腐蚀现象的一小部分；而电化学腐蚀是钢筋表面与腐蚀介质发生电化学反应而引起的腐蚀，绝大部分腐蚀都属于电化学腐蚀，因此本文着重讨论电化学腐蚀。

钢筋表面发生电化学腐蚀的条件是当钢筋表面有水分存在时，就发生铁电离的阳极反应和溶液态氧还原的阴极反应，并以相互等速度进行，其反应方程式如下：

阳极：FeFe2++2e

阴极：0.5O2+H2O+2e2OH-

总的反应是阴阳极反应的组合，并在钢筋表面析出氢氧化铁：

Fe2++2OH-Fe(OH)2

Fe(OH)2+0.5H2O+0.25O2Fe(OH)3

氢氧化铁Fe(OH)3进一步氧化生成红锈nFe2O3・mH2O，一部分氧化不完全的生成黑锈Fe3O4，在钢筋表面形成锈层，铁锈的体积最大可膨胀至原来体积的6倍。钢筋膨胀使周围的混凝土产生较强的拉应力，当混凝土中拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土将沿钢筋方向开裂，即顺筋开裂，严重的使混凝土保护层剥落。混凝土开裂后，进一步丧失了对钢筋的保护，使得腐蚀介质更容易达到钢筋表面，导致钢筋腐蚀的进一步加剧，如此周而复始，加剧了钢筋混凝土结构的破坏。

混凝土中钢筋钝化状态被破坏、钢筋活化的主要原因是混凝土保护层的碳化和氯化物的作用。混凝土碳化时，pH值显著降低，一般降到8~9，在这种状态下，钢筋将不处于钝化状态，极易发生腐蚀。相对于碳化，氯离子的危害一旦发生后果要严重的多。氯离子半径小，穿透能力强，可以很容易穿透钢筋表面的钝化膜，进而竞争吸附在钢筋的表面，当氯离子到达钢筋表面时，将使该处的pH值显著降低，导致局部酸化，造成小阳极大阴极的情况，促成严重的电化学腐蚀。Cl-除了去钝化作用外还有搬运作用，Cl-可以与Fe2+生成FeCl2，加速了阳极过程，FeCl2是可溶的，向混凝土内扩散时遇到OH-便生成Fe(OH)2沉淀，进而生成氧化铁即铁锈。Cl-不会被消耗掉，只是起到了“迁移”作用，如此周而复始，大大加速了钢筋的锈蚀。此外，Cl-的存在加大了混凝土的导电性，使得电化学腐蚀的发生更加容易，对钢筋的防腐蚀极为不利。

3、钢筋的腐蚀过程及防范措施

3.1混凝土中钢筋的腐蚀过程

钢筋的腐蚀过程有两种，一种是电极反应交换电流引起的腐蚀。钢铁在酸性溶液中的溶解属于此类。另外一种是扩散速度控制的腐蚀过程。混凝土中钢筋的腐蚀大多数属于这种腐蚀。混凝土内钢筋的腐蚀，一般多属于金属电化学腐蚀这种腐蚀的发生一般都在以下两种情况下：一是钢筋表面氧化铁保护膜被破坏，使钢筋失去保护层；二是有水和氧气的参与。具体表现在以下几个方面

1.混凝土内掺入了氯盐。我国用氯盐做早强防冻剂的历史很长，有些工程仍在使用。为提高混凝土早期强度，在混凝土中掺加一定量的氯盐往往是有效的。但因氯化钙是以氯离子和钙离子的状态存在，氯离子能破坏钢筋表面的氧化铁保护膜，并能使钢筋表面局部酸化，使钢筋腐蚀。另外，如果氯化钙掺量过多，还会增加混凝土的干缩度，使其在早期产生干缩裂缝。加上氯盐本身具有较强的吸湿性，从而加速了钢筋的腐蚀。

2.混凝土不密实或存在裂缝。混凝土密实度不良和构件上产生的裂缝，往往是造成钢筋腐蚀很重要的原因。尤其当水泥用量偏少、水灰比不当，在混凝土浇筑过程中振捣不实，产生露筋、蜂窝麻面和裂缝时，就会给水和氧及其它侵蚀性介质的渗透创造条件，从而加速钢筋的锈蚀。

3.混凝土“碳化”。混凝土的“碳化”，是指空气中的二氧化碳气体在混凝土表层逐渐为氢氧化钙的碱性溶液所吸收，相互生成碳酸钙的现象或碳化的结果，使混凝土的PH值不断下降，并不断向内部深化，当碳化深度达到或超过钢筋保护层时，钢筋表面的氧化铁保护膜便遭到破坏，使钢筋失掉了保护的屏障。这时，大气中含有的工业废气，如氯化氢等将被棍凝土吸收并与氢氧化钙结合，使混凝土碱度迅速下降，钢筋遭受腐蚀。

4.高强钢筋中的应力腐蚀。高强钢筋在应力的作用下，容易导致氧化铁保护膜的破坏，裂缝比较活化，并作为阳极而腐蚀。同时，由于钢筋中具有很高的拉应力和高强钢筋的低变形性能，腐蚀和应力共同作用，加速了裂缝的深度发展，使钢筋在看不到明显腐蚀的情况下突然产生断裂。

3.2混凝土中钢筋的腐蚀防范措施

从目前的技术条件来看，混凝土结构物中钢筋腐蚀的检测方法主要包括破损法和非破损法（电阻棒法、涡流探测法、声发射探测法自然电位法、交流阻抗谱法、线性极化法、恒电量法等许多种），修复技术主要有补丁法、电化学氯化物萃取技术及再碱化技术等几种。在工程实际中，需要针对具体情况选用合适的检测方法和修复技术可采用单一的检测方法和修复技术，必要时也可采用多种检测法和修复技术相结合的方法。

4、结束语

在建筑工程项目质量管理越来越严的今天，钢筋混凝土结构中的钢筋的腐蚀问题日益引起人们的重视。因此，了解发生腐蚀的机理，进而采取针对性的防范措施，是保证工程质量的必要前提和要求。

参考文献：

[1] 朱彦鹏主编.混凝土结构设计原理[M].重庆：重庆大学出版社，2002.

[2] 牛荻涛主编.混凝土结构耐久性与寿命预测[M].北京：科技出版社，2003.

钢筋混凝土篇2

关键词：钢筋混凝土，抗剪承载力，抗剪计算

 

1.钢筋混凝土力学发展历史

自从美国加州大学Ngo.D和Scordelis.A.C于1967年首次发表“钢筋混凝土梁的有限元分析”一文开始 。自此，至此后的1982年，钢筋混凝土力学处于快速发展阶段；而成1982年以后至今，钢筋混凝土力学基本处于相对稳定的发展阶段。

钢筋混凝土力学计算中重要的一项——抗剪承载力的计算。从早期的“分离裂缝”模型到后来的“分散裂缝”模型的建立。现有的钢筋混凝土梁抗剪计算模型普遍采用以下几种 :软化桁架模型、45°桁架模型、变角度桁架模型和修正的受压场理论模型等,后两种模型的精度还依赖于斜裂缝倾角的准确估算;而 Chen 等对纤维布抗剪加固的精确计算模型,其前提是已知斜裂缝的倾角值。免费论文。发展到如今，结合数字计算器的高端性能，结合有限元的分析方法，计算模型和方法日趋完善。

目前世界各国学者就钢筋混凝土简支梁的剪切强度问题进行了广泛的研究，提出了多种理论 。这些理论有：(1) 按桁架或拱的模拟分析。 这种理论指出钢筋中拉应力和斜裂缝间混凝土中压应力的存在，指出箍筋角度变化是对它的应力的影响。但这种理论没有说明已被确认的事实，即梁的抗剪强度是由混凝土和抗剪钢筋共同承担的，并且这种理论没有考虑变形协调。(2) 基于混凝土在复杂应力作用下的极限破坏理论。这个理论建立在破坏阶段内外力平衡的基础上。(3)应用有限元法的分析。免费论文。即将梁分割成一个由许多离散单元组成的结构物，这些单元仅在结点铰接相连，对不同材料的单元采用各自的应力-应变关系，然后作为平面应力问题求解。

2.各国规范比较

长期以来 ,人们都是采用基于大量试验数据来求得经验公式 ,对刚筋混凝土结构和构件进行设计计算 。由于刚筋混凝土力学性能的复杂性 ,斜截面抗剪承载力的影响因素很多，包括剪跨比，混凝土的强度等级，腹筋配筋，纵筋的配筋量，界面的尺寸效应，轴向力的影响，支座约束的影响，加载方式等，从而导致试验和检测手段的差异性 ,无法在试验中获得试件的全部结构性能。因此 ,就某一特定结构所得到的试验结果和经验公式，各国的相应规范会有很大的出入。在这里对中，英，美国的规范做出相应的比较和分析。

2.1我国规范

钢筋混凝土的受剪承载力计算由于其影响因素多 ,受力状态复杂 ,一直都是钢筋混凝土研究的重点和难点。建国以来 ,我国分别于 1966年、 1974年、 1989年和 2002 年颁布了 4 本混凝土结构设计规范 ,都分别对钢筋混凝土抗剪强度的计算提出了相应的经验公式。其中 1966 年颁布的BJG-21-66 钢筋混凝土结构设计规范几乎完全参照 1955年苏联颁布的规范 HnTy-123-55 ,这不仅不符合我国国情 ,而且在安全性上也存在很大问题 ,因此 ,从某种意义上来说 ,它还不能算作是我国的第一本规范。从 20 世纪 60年代后期到 70 年代初 ,我国学者结合实际进行了大量的理论和实验研究 ,于 1974年颁布了 TJ 10-74 钢筋混凝土结构设计规范 ,现行施工规范就是以这个为依据。

分析现行规范，发现其存在以下问题：

（1)纵筋对混凝土有销栓作用 ,所以纵筋的配筋率对钢筋混凝土的抗剪是有影响的 ,规范中没有反映出这一有利因素。当然 ,对于设计 ,是偏于安全的。

（2)抗剪强度的增长率是小于截面高度的增长率的 ,规范中没有考虑尺寸效应。

（3)支座负弯矩的出现是对抗剪有利的 ,是偏于安全的 ,规范中忽略了这一点。

（4)规范中考虑剪跨比的影响只针对受集中荷载作用的构件 ,而对受分布荷载的构件却未考虑剪跨比的影响。

2.2中美设计规范的比较

J TG D60 - 2004规范和 AASHTO LRFD 规范按极限承载能力效应组合计算出的内力相差较大 ,但用 2 种规范计算出的抗弯配筋面积和抗剪承载力却基本相同。主

要原因有:

(1)荷载取值不同。

(2)承载能力极限状态效应组合系数不同。

(3)材料参数取值不同。

(4)活载横向分布系数和车道横向折减系数不同。免费论文。

(6)抗弯承载力公式系数不同 ,抗剪承载力公式内容有差别。

2.3中英设计规范的比较

（1)我国混凝土中的斜截面受剪承载力只考虑了混凝土的抗拉强度和箍筋的抗拉强度 ,而英国规范中则分别考虑了纵筋的强度、 混凝土抗压强度和箍筋强度 ,考虑因素较我国全面。

（3)英国混凝土规范对构件的斜截面受剪承载力计算分的比较细致,不同应力阶段有不同的受剪承载力计算方法 ,而我国则为单一的公式。

（4)我国斜截面受剪承载力计算值较英国规范偏小,即英国混凝土规范的计算值偏于保守。

3.总结

本文通过查阅相关规范和文献，对钢筋混凝土的抗剪性能和计算做了相关的阐述。在查阅的过程中，发现很多计算式和相关参数的取值还是采用的半经验半理论的方法，世界各国的规范也是各有差异，这些都说明对于钢筋混凝土力学的研究，目前还没有一个十分完善的分析研究方法，这就有待于后续工作者的努力奋斗。

【参考文献】

[1] 胡兴国.钢筋混凝土力学的发展与现状.华中建筑，1993(3).

[2] 周英武等.钢筋混凝土梁斜裂缝倾角理论与试验分析.大连理工大学学报,2008(3).

[3] 黄侨等. 基于塑性理论的钢筋砼简支深梁的抗剪强度研究(一).工程力学2005(8)：167-170.

[4] 王向阳等.中美桥梁设计规范的内力计算比较.世界桥梁，2007(4):78-80.

[5] 过镇海,时旭东.钢筋混凝土原理和分析[M].北京: 清华大学出版社,2004.

[6] GB50010- 2002.混凝土结构设计规范[S].

[7] 赵国藩.高等钢筋砼结构学[M].北京:中国电力出版社 ,1999.

 

钢筋混凝土篇3

关键词：型钢柱连接节点

中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：

1 工程概况

某工程由商业、办公及公寓共同组成，位于某市商业核心区。工程地下2层，地上共35层，总建筑面积16.69万m2，总高度为163.9m。结构体系为框架-剪力墙结构。1～6层为商业，7层以上分南北两栋独立塔楼，北塔楼为公寓式办公，35层，22层以下采用型钢混凝土柱；南塔楼为酒店式公寓，32层，8层以下采用型钢混凝土柱。笔者通过工程型钢柱与钢筋混凝土梁施工，对型钢柱与混凝土梁连接节点施工进行一些总结与探讨。

2 型钢柱与钢筋混凝土梁连接节点方式与特点

型钢柱与钢筋混凝土梁节点连接可设置钢牛腿、连接板、型钢柱腹板穿孔、钢筋连接器或梁主筋锚入柱五种方式。下面笔者分别对这五种节点连接方式进行分析。

2.1 型钢柱在柱翼缘板上设置工字型钢牛腿，钢筋混凝土梁主筋与钢牛腿采用焊接或搭接方式连接。采用这种节点连接方式，梁主筋与型钢柱连接施工便利，但在钢牛腿末端，截面承载力和刚度存在突变，容易发生混凝土挤压破坏。同时，采用设置工字钢钢牛腿，也不是最经济的连接方式。

2.2 型钢柱在梁主筋标高位置采用连接板，梁主筋与连接板上皮或下皮焊接。采用这种节点连接方式，现场焊接作业量较大，且梁主筋与连接板下皮焊接是仰焊，现场作业困难。如需与连接板下皮焊接，采用在钢结构加工场制作时焊接，即可保证焊接质量，同时也减少现场焊接工作量。

2.3 如采用型钢腹板穿孔方式，梁主筋可直接通过型钢柱，方便现场施工。但采用这种方式，腹板打孔定位精度要求高，同时也需校核腹板打孔标高累计误差；同时型钢腹板截面损失率应小于腹板面积的25%。

2.4 采用钢筋连接器连接，连接器与型钢柱翼缘板焊接，钢筋与连接器丝接。梁跨内主筋可采用机械连接或焊接，现场施工方便。采用这种连接节点，钢筋连接器在钢结构加工厂焊接，减少现场焊接作业量，但连接器焊接定位精度要求高。

2.5 采用梁主筋在型钢柱腹板区域直接锚入柱的连接节点，现场施工方便。但柱头部位钢筋较密，且存在多根框架梁相交于同一柱头的现象，导致多层钢筋互相重叠，钢筋与型钢柱连接及钢筋标高的控制难度很大，且易造成混凝土浇筑困难和钢筋与混凝土握裹效果差。

3 本项目型钢柱与钢筋混凝土梁节点施工技术

项目监理及施工单位在接到结构设计文件后，认真熟悉设计文件，并与结构设计人员协商，最终确定本项目钢筋混凝土梁与型钢柱节点连接采用型钢柱翼缘区域焊接钢筋连接器与型钢柱腹板区域梁主筋直接锚固的组合方式。

针对本项目型钢柱为十字截面型钢柱，且在梁标高区域内设置了两道或三道水平加劲肋及型钢柱箍筋需穿越柱腹板的做法，在型钢柱深化设计时对上述部位进行了优化。

针对型钢柱是居中或偏心设置及梁主筋设计要求，在钢结构深化设计时就将型钢柱翼缘板焊接钢筋连接器数量与位置确定，以便连接器在工厂内就焊接完毕。钢筋连接器(连接器外观照片为图1)与柱翼缘板焊缝为部分熔透焊，焊角高度6mm，焊缝外观达到二级。考虑到梁主筋布置、主筋间距及连接器施焊角度要求，钢筋连接器净距≥40mm。每根型钢柱出厂前标注出标高基准线与型钢柱中心线，便于型钢柱现场安装时轴线与标高校核。

图1：钢筋连接器外观

型钢柱节点核心区上层水平加劲肋考虑到梁主筋在节点去交叉造成钢筋重叠，同时考虑到大部分梁主筋配筋规格，将水平加劲肋标高下降或上升，以减少型钢柱腹板部位梁主筋直接锚固交叉，梁主筋突出梁标高范围。工程实际钢筋混凝土梁与型钢柱连接的截面高度有950mm与750mm两种。当与型钢柱连接的梁高度一致时，型钢柱有两道水平加劲肋，将上层水平加劲肋下降60mm，以使型钢柱腹板位置的梁主筋全部搁置在加劲肋上，如图2。当与型钢柱连接的梁X向与Y向截面高度不一致时，型钢柱有三道水平加劲肋，将上层加劲肋下降60mm，中间层加劲肋不变，下层加劲肋上升60mm，以使梁主筋搁置加劲肋或从加劲肋下部穿越锚固，如图3。

图2图3

结构设计要求型钢柱小箍筋需穿越柱腹板，无法从柱上口向下套入，且小箍

筋本身直径较大而尺寸较小，无法掰开就位。为此与设计单位沟通，建议将小箍筋变为U型箍筋，安装后单面焊接。设计单位重新进行受力核算后，同意修改方案。根据型钢柱箍筋配置参数，腹板在焊接作业前进行打孔作业，孔径为D+5mm。

4 梁柱连接节点施工疑难点

4.1 钢筋连接器纵轴垂直于型钢柱翼缘板，如单节型钢柱发生垂直偏差或型钢柱整体扭转，使钢筋连接器纵轴与梁主筋不重合，将导致梁主筋在施工时不顺直，存在安装初应力。

4.2 钢筋连接器与翼缘板焊接，设计明确按照I级直螺纹套筒机械连接标准采用试件检测。同时咨询工程当地建筑工程质量检测中心，因梁主筋为HRB400-32，无法进行现场检测。试件质量与工程实体质量相同度的识别。

4.3 型钢柱箍筋全段加密，箍筋间距100mm，U型箍筋现场焊接作业量大，最多处一根柱有420道焊缝，箍筋焊接质量控制。

5 结束语

综上所述，根据工程特点，在型钢柱深化设计前组织熟悉钢结构与钢筋施工的技术人员对结构设计文件熟悉，充分考虑型钢柱与钢筋混凝土梁连接节点要求与施工便利，并与结构设计人员协商，确定型钢柱与钢筋混凝土梁连接节点方式，有效地保证了工程质量。

参考文献：

[1]《型钢混凝土组合结构构造与计算手册》刘维亚

钢筋混凝土篇4

判明是结构性裂缝还是非结构性裂缝：钢筋混凝土结构产生裂缝的原因很多，对结构的影响差异也很大，只有弄清结构受力状态和裂缝对结构影响的基础上，才能对结构构件进行定性。结构性裂缝多由于结构应力达到限值，造成承载力不足引起的，是结构破坏开始的特征，或是结构强度不足的征兆，是比较危险的，必须进一步对裂缝进行分析。非结构性裂缝往往是自身应力形成的，如温度裂缝、收缩裂缝，对结构承载力的影响不大，可根据结构耐久性、抗渗、抗震、使用等方面要求采取修补措施。例如桥梁防撞护栏裂缝普遍存在，裂缝的特点：大都出现在护栏的上半部，裂缝上宽下窄，中间宽两边细，通过对设计及施工情况的检查，设计无误，为施工原因，经过综合分析，判明为震捣裂缝，属非结构性裂缝。只要震捣均匀，用抹浆修补裂缝即可。

(1)判明结构性裂缝的受力性质：结构性裂缝，根据受力性质和破坏形式进一步区分为两种：一种是脆性破坏，另一种是塑性破坏。脆性破坏的特点是事先没有明显的预兆而突然发生，一旦出现裂缝，对结构强度影响很大，是结构破坏的征兆，属于这类性质裂缝的有受压构件裂缝(包括中心受压、小偏心受压和大偏心受压的压区)、受弯构件的受压区裂缝、斜截面裂缝、冲切面裂缝，以及后张预应力构件端部局压裂缝等。脆性破坏裂缝是危险的，应予以足够重视，必须采取加固措施和其它安全措施。塑性破坏特点是事先有明显的变形和裂缝预兆，人们可以及时采取措施予以补救，危险性相对稍小。属于这类破坏的受力构件的裂缝有：受拉构件正载面裂缝，受弯构件和大偏心受压构件正载面受拉区裂缝等。此种裂缝是否影响结构的安全，应根据裂缝的位置、长度、深度以及发展情况而定。如果裂缝已趋于稳定，且最大裂缝未超过规定的容许值，则属于允许出现的裂缝，可不必加固。

(2)查明裂缝的宽度、长度、深度：钢筋混凝土结构构件的裂缝按其表征可分三种：一是表面细小裂缝，即缝宽很小，长度短而浅；二是中等裂缝，其宽度在0.2mm左右，长度局限在受拉区，裂缝已深入结构一定深度；三是贯穿性裂缝，缝宽超过0.3mm，长度伸到受压区，裂缝已贯穿整个截面或部分截面。结构性裂缝不仅表征结构受力状况，还会影响结构的耐久性。裂缝宽度愈大，钢筋愈容易锈蚀，意味着钢筋和混凝土之间握裹力已完全破坏，使用寿命已近终结。一般桥梁结构中，横向裂缝导致钢筋锈蚀的危险性较小，而在潮湿环境中，裂缝会引起钢筋锈蚀，裂缝宽度应小于0.2mm，但纵向缝易引起钢筋锈蚀，并导致保护层剥落，影响结构的耐久性，应予以处理。当裂缝长度较长，深度较深，严重影响构件的整体性，往往是破坏征兆。例如桥梁梁底受拉区出现裂缝，裂缝长度纵向发展，是比较危险的，若缝长较短，局部在受拉区，一般危险性较小。裂缝深度也是表征之一，通常表面裂缝多是非结构性裂缝，贯穿性裂缝多是结构性裂缝，容易使钢筋锈蚀，危险性较大，应查明原因，根据危险性，采取必要的加固措施。

二、

在桥梁钢筋混凝土技术鉴定中，需要对整座桥梁的结构构件进行技术鉴定，首先通过现场踏勘进行外观检查，可能会发现钢筋混凝土结构构件各种质量问题，其中裂缝是最常见的现象之一。裂缝出现都是事出有因，有设计上错误、原材料性能缺陷、施工质量低劣、环境条件的变化、坍落度不符合标准、震捣不均匀等等。如何鉴定裂缝、分析裂缝、控制裂缝，是安全鉴定工作的重要内容之一。根据裂缝成因和特征，判断结构受力工作状况，评定结构的安全性、适用性和耐久性。此种鉴定方法具有简便、直观、快速等优点。其缺点在于它只是一种定性的分析方法，而不能定量地分析结构的安全性。为此，对可疑结构构件应进行强度、刚度、抗裂性验算，必要时还应通过荷载试验，然后做出安全鉴定意见。

三、桥梁钢筋混凝土施工

水泥混凝土按强度分级，可分为：低强度混凝土（抗压强度小于20Mpa），中强度混凝土（抗压强度小于20-50Mpa），高强度混凝土（抗压强度大于50Mpa）。其中，水泥混凝土，普通混凝土和中强度混凝土是道路和桥梁中最常用的混凝土，现代大型桥梁和高速公路也常选用高强度混凝土。

钢筋混凝土结构构件变形的分析:结构在长期使用中，由于荷载、温度、湿度以及地基沉陷等影响，将导致结构变形和变位，变形不但对美观和使用方面有影响，且对结构受力和稳定也有影响。较大变形往往改变了结构的受力条件，增大受力的偏心距，在构件断面、连接节点中产生新的附加应力，从而降低构件的承载能力，引起构件开裂，甚至倒塌。结构变形的测定项目应针对可疑迹象，根据测定的要求、目的加以选择，但最大的挠度和位移必需检测。变形的量测应与裂缝量测结合起来，结构过度的变形，可产生对应的裂缝，过大的裂缝又可扩大结构的变形。因此，结构变形情况如何，往往是反映出结构工作是否正常的重要标志，是结构构件安全鉴定的重要内容。另一方面还需看变形是稳定的还是发展的，变形发展很慢或基本稳定是正常的，若变形发展很快，变形速度逐渐增大或突然增大，即是异常的现象，应引起注意，通常意味着结构可能破坏，应立即采取措施确保房屋安全。结构过度变形是结构刚度不足或稳定性不足的标志，它并不直接反映结构的强度。影响结构变形的主要因素，如断面尺寸、跨度、荷载、支座形式、材料质量等，也影响到结构的强度。因此进行安全鉴定时，还应和裂缝、结构构件稳定等结合考虑。

四、结语

钢筋混凝土构件的安全鉴定还应考虑构造、混凝土碳化等因素。桥梁安全鉴定是一项技术与政策相结合、局部和整体相结合、必须考虑诸多因素的技术工作。特别是关注桥梁施工中出现的裂缝，当有裂缝出现时要及时进行修补及维护保证桥梁的安全性。

【摘要】桥梁安全鉴定是一项技术与政策相结合、局部和整体相结合、必须考虑诸多因素的技术工作。特别是关注桥梁施工中出现的裂缝，当有裂缝出现时要及时进行修补及维护保证桥梁的安全性。

钢筋混凝土篇5

关键词：有限元；钢筋混凝土；板单元；配筋设计；欧洲规范

中图分类号： TU37 文献标识码： A 文章编号：

1 引言

有限元计算常用板单元来模拟钢筋混凝土结构的受力特性，但在利用有限元计算结果进行板单元的配筋计算时，工程设计人员会遇到一定的困难，这是因为国内的《桥涵设计规范》[1]只提供了钢筋混凝土杆系单元的配筋设计方法，而没有给出板单元的具体设计方法及计算公式。本文通过对《欧洲规范》[2]中有关钢筋混凝土板单元的相关论述以及规范条文的理解，得出了钢筋混凝土板单元的配筋设计方法，以供设计人员参考。

2 配筋设计思路

2.1 理论模型

在欧洲规范中，钢筋混凝土板单元的配筋设计采用的是类似于三明治的分析模型，如图1所示。模型共定义了三层，两个外层薄膜（厚度为2倍的混凝土保护层厚度[2]）抵抗以下六个内力分量：nEdx、nEdy、nEdxy= nEdyx和mEdx、mEdy、mEdxy=mEdyx；中间层抵抗两个剪力分量νEdx、νEdy，如图2所示。

图1钢筋混凝土板单元的三明治模型图

图2板单元内力图

在计算时，首先要判断钢筋混凝土板单元是否开裂。如果钢筋混凝土板单元没有开裂，则着重考虑其受压状态的应力；如果钢筋混凝土板单元开裂则适用于三明治模型来进行其配筋设计。

2.2 基本假定

在进行板单元配筋设计计算时，采用了以下一些基本假定：

(1) 混凝土单元体为二向应力状态（正应力代数值较大的应力方向选定为x轴，即σx>σy），如图3所示。

(2) 混凝土单元体的正应力为压应力时，则压压力全部由混凝土承担，不考虑钢筋的抗压作用；但是，混凝土的最大压应力不得大于混凝土轴心抗压强度设计值fcd。

(3) 混凝土单元体的主平面上正应力为压应力时，压力全部由混凝土承担，不考虑钢筋的抗压作用；但是，混凝土的最大压应力不得大于混凝土轴心抗压强度设计值fcd。

(4) 混凝土单元体的y轴受拉时，不考虑混凝土的抗拉作用，拉力全部由钢筋承担。

(5) 混凝土单元体的主平面上出现拉应力时，则需要配筋，且拉力全部由钢筋承担。

(6) 混凝土单元体的剪应力需要配筋，剪力全部由钢筋承担。

图3混凝土单元体上的应力图

2.3 设计方法

三明治模型的外层薄膜承受的板单元内力由《欧洲规范》[2]附录LL提供的式(1)~(8)确定：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

式(1)~(8)中：

zx、zy—分别是板单元的弯矩和轴力作用在三明治模型外层薄膜上的轴力力臂；

yxs、yxi、yys、yyi—分别是单元坐标系x轴和y轴方向的三明治模型外层薄膜上抵抗弯矩和轴力的钢筋重心到板单元厚度方向中心的距离，因此zx= yxs+yxi和zy= yys+yyi，如图4所示；

图4轴力和弯矩作用在三明治模型外层薄膜上的轴力图

zxy、zyx—分别是板单元的扭矩和剪力作用在三明治模型外层薄膜上的剪力力臂；

yyxs、yyxi、yxys、yxyi—分别是三明治模型外层薄膜上抵抗扭矩和剪力的钢筋重心到板单元厚度方向中心的距离，因此zxy= yyxs+yyxi和zyx=yxys+yxyi，如图5所示。

板单元的剪力分量νEdx和νEdy作用在三明治模型的中间层，设计主剪力值νEdo由《欧洲规范》[2]附录LL提供的式(9)确定：

(9)

图5剪力和扭矩作用在三明治模型外层薄膜上的剪力图

三明治模型外层薄膜的主压应力σc和钢筋上的拉应力fx、fy由《欧洲规范》[2]附录F提供的式(10)~(16)确定：

(1) 当且时，不需要配钢筋，其主压应力为：

(10)

(2) 当且时，需要配钢筋。

在x轴方向为压应力，不需要配钢筋，钢筋的应力为：

(11)

在y轴方向，钢筋的拉应力为：

(12)

主压应力为：

(13)

(3) 当且时，需要配钢筋。

在x轴方向，钢筋的拉应力为：

(14)

在y轴方向，钢筋的拉应力为：

(15)

主压应力为：

(16)

最后，钢筋混凝土板单元中抵抗板单元内力的钢筋面积通过式(17)和(18)确定：

(17)

(18)

式(17)、(18)中：

Fx— 三明治模型外层薄膜中与混凝土单元体x轴方向一致的钢筋承受的拉力；

Fy— 三明治模型外层薄膜中与混凝土单元体y轴方向一致的钢筋承受的拉力；

fx— 三明治模型外层薄膜中与混凝土单元体x轴方向一致的钢筋的拉应力；

fy— 三明治模型外层薄膜中与混凝土单元体y轴方向一致的钢筋的拉应力；

— 三明治模型外层薄膜的宽度；

— 三明治模型外层薄膜的厚度；

Asx— 三明治模型外层薄膜中与单元体x轴方向一致的钢筋面积；

Asy— 三明治模型外层薄膜中与单元体y轴方向一致的钢筋面积；

fsd— 普通钢筋的抗拉、抗压强度设计值。

3 算例

以纯弯、纯剪、纯拉和纯扭构件通过上式(1)~ (18)进行钢筋混凝土板单元配筋计算。

其中，纯弯、纯剪和纯拉构件采用板单元模拟计算，其厚度0.25m，宽度1.0m；纯扭构件采用宽1.0m，高1.5m，壁厚0.25m箱型断面，采用板单元进行模拟计算。混凝土强度等级采用C40，普通钢筋采用HRB335，钢筋的混凝土净保护层厚度采用40mm。

将计算结果带入《桥涵设计规范》[1]中相关公式进行钢筋混凝土构件的承载能力复核，具体数据如表1所列。

表1计算数据及结果

注：表1中，(1) 内力单位kN、kNm；(2) 纯弯、纯剪和纯拉构件的钢筋面积为每米宽度的数据；(3) 纯扭构件纵向的钢筋面积为全截面的数据。

4 结语

式(1)~(18)所示的钢筋混凝土板单元配筋设计方法可以实现板单元模拟的钢筋混凝土构件在复杂内力情况的下的配筋设计和裂缝宽度计算。

在承载能力极限状态下钢筋混凝土板单元的配筋计算：已知Fx、Fy和fsd求Asx和Asy；在正常使用极限状态下钢筋混凝土板单元的裂缝宽度计算：已知Fx、Fy、Asx和Asy求钢筋应力σsx和σsy，将钢筋应力带入相关公式得到裂缝宽度。

参考文献

[1] 中华人民共和国交通部. 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004) [S]．北京：人民交通出版社，2004

[2] BSEN Eurocode2—Design of concrete structures Part 2：Concrete bridges—Design and detailing rules[S]．BSI, 2005

[3] 刘鸿文．材料力学（第三版）[M]．中国：高等教育出版社，1991

钢筋混凝土篇6

【关键词】 钢筋;锈蚀;耐久性;影响

在影响结构物耐久性因素中,钢筋锈蚀占据了主导地位。目前,包括我国在内的大多数国家每年均花费巨资用于混凝土结构的耐久性修复,其中钢筋锈蚀占有相当大的比例。钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构的破坏分为三个时期:前期是钢筋表面局部锈蚀出现锈斑、锈片等;中期是钢筋整个表面锈蚀,并产生膨胀,与保护层脱离,发生层裂;后期表现为钢筋铁锈进一步膨胀,混凝土本身发生破坏,出现顺筋胀裂,混凝土脱离,直至钢筋不断锈蚀,有效截面不断减小,结构承载力不断下降,钢筋混凝土构件丧失基本承载能力。

一、钢筋混凝土中钢筋锈蚀机理

正常情况下,由于初始混凝土的高碱性,钢筋混凝土结构力筋表面形成一层致密的钝化膜,使其处于钝化状态。随着环境介质的侵入,钝化膜逐渐遭到破坏,从而导致腐蚀的发生。力筋发生锈蚀需要三大基本要素:力筋表面钝化膜的破坏;充足氧的供应;适宜的湿度(RH=60～80%)。三个要素缺一不可,第一要素为诱发条件,腐蚀速度则取决于氧气及水分的供应。钢筋的锈蚀一般为电化学锈蚀,发生电化学锈蚀必须具备3个条件:(1)在钢筋表面形成电位差;(2)在阴极部位钢筋表面存在足够的氧气和水;(3)在阳极区,使阳极部位的钢筋表面处于活化状态,即钢筋表面的钝化膜遭到破坏。在氧气和水的共同作用下,钢筋表面不断失去电子发生电化学反应,逐渐被锈蚀,在钢筋表面生成红锈,引起混凝土开裂。

对于钢筋混凝土结构,在一般环境条件下,钢筋的锈蚀通常由两种作用引起:一种是混凝土碳化作用;一种是氯离子的侵蚀。二氧化碳和氯离子对混凝土本身都没有严重的破坏作用,这两种环境物质都是混凝土中钢筋钝化膜破坏的最重要又最常遇到的环境介质:混凝土碳化使混凝土孔隙溶液中的Ca(OH)2含量逐渐减少,PH值逐渐下降,钝化膜逐渐变得不再稳定以至于完全被破坏,使钢筋处于脱钝状态;周围环境中的氯离子从混凝土表面逐渐渗入到混凝土内部,当到达钢筋表面的混凝土孔溶液中的游离氯离子浓度超过一定值(临界浓度)时,即使混凝土碱度再高,pH值大于11.5值,Cl-也能破坏钝化膜,从而使钢筋发生锈蚀。氯盐引起钢筋锈蚀的发展速度很快,远比碳化锈蚀严重,这种情况常发生在近海或海洋环境以及冬季经常使用除冰盐的环境。

根据钢筋锈蚀区的分布,钢筋锈蚀分为两大类:(1)裂缝处锈蚀。构件混凝土表面可能由于荷载作用产生结构性裂缝,或因干缩、湿度应力、碳化、碱骨料反应等产生非结构性裂缝。当环境中的水、氧、CL-沿裂缝侵入时,造成裂缝处的钢筋产生锈蚀。(2)普遍锈蚀。当混凝土碳化至钢筋表面时,一旦存在水、氧、CL- 等条件时,首先在裂缝处出现钢筋坑蚀,进而发展为钢筋横向的环状锈蚀,最终沿钢筋纵向扩展为片状锈蚀。成片的锈蚀因其体积膨胀导致混凝土沿钢筋布置方向发生混凝土保护层裂缝。

二、影响钢筋混凝土钢筋锈蚀的主要因素

1.混凝土的保护层厚度、完好程度及混凝土的密实度。混凝土的保护层厚度、完好程度及混凝土的密实度,三个方面都与侵蚀性介质的侵蚀速度有关,保护层厚度对钢筋锈蚀的影响呈线性关系,世界各国规范对保护层厚度都作了规定。我国新修订的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中,对钢筋的最小保护层厚度规定中,随着使用环境条件的劣化,混凝土保护层厚度也在增加。

2.混凝土的碳化程度。混凝土的碳化降低了混凝土的碱度,造成PH值降低,给钢筋脱钝提供了可能。钢筋的失重率与混凝土的碳化深度差不多呈线性关系,由此混凝土的碳化程度对钢筋锈蚀有重大影响。

3.环境条件。环境对钢筋锈蚀的影响主要有以下几个方面:温度、湿度、二氧化碳的浓度、氧气的浓度以及侵蚀性介质的浓度。有些钢筋混凝土结构处在湿度较大的环境下,湿度就成为影响钢筋锈蚀的重要影响因素,比如处于水位浮动的桥墩部位和浪溅区的钢筋混凝土桥梁来说,最容易发生锈蚀。

4.氯离子的影响。氯化物是一种很危险的侵蚀介质,但是在我国北方地区,为保证冬季交通畅行,向道路、桥梁及城市立交桥等撒除冰盐,大量使用的氯化钠和氯化钙,使得氯离子渗入混凝土,引起钢筋锈蚀破坏。北方地区许多的工程经验教训表明,大量地使用除冰盐是影响钢筋混凝土桥梁结构耐久性的主要原因之一。由于到目前为止,还没有找到能够完全替代除冰盐的除冰方法,除冰盐仍将继续使用。

三、钢筋锈蚀对钢筋混凝土耐久性的影响

1.锈蚀后钢筋的力学性能。锈蚀钢筋抗力的降低直接影响服役结构和构件的承载能力,严重时可能造成结构提前失效甚至倒塌。沿钢筋长度发生均匀锈蚀时,钢筋的失重率近似等于钢筋的截面面积损失率,钢筋所能抵抗的极限拉力的降低与钢筋截面面积锈损率基本成正比,此时,可以简单地用锈损钢筋的实际截面面积乘以未锈钢筋的极限抗拉强度获得锈蚀钢筋的极限抗拉能力。由于混凝土材料的不均匀性、使用环境的不稳定性、钢筋各部位受力程度的不同等因素,实际上混凝土中的钢筋锈蚀很少有均匀锈蚀的情况,通常钢筋截面面积损失率大于重量损失率,随着钢筋锈蚀的发展,锈蚀的不均匀性和离散性增大,重量损失率与截面面积损失率的差异也越大。钢筋极限抗拉能力的下降,除钢筋截面的锈损、有效截面面积减小外,还有一个因素:锈损钢筋的表面凹凸不平,受力以后缺口处产生应力集中,使锈蚀钢筋的屈服强度和极限强度降低;且锈损越严重,应力集中引起的强度降低越多。

2.钢筋锈蚀后对钢筋与混凝土协同工作性能的影响。钢筋锈蚀后,钢筋与混凝土之间的粘结锚固性能降低。试验研究结果表明,锈蚀钢筋混凝土主梁抗弯承载力试验值小于只考虑锈蚀后钢筋截面积减小、屈服强度降低计算得到的抗弯承载力值,说明钢筋和混凝土的粘结强度降低也是锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力降低的主要影响因素之一。对受拉钢筋必须乘以协同工作系数,以考虑粘结退化对钢筋混凝土梁抗弯承载力的影响。理论上,考虑粘结强度降低的影响,锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力应介于未锈蚀构件和无粘结构件之间,相同条件下无粘结受弯构件承载力约为正常构件的70%～80%左右,那么kb则应处于0.7～1之间。

3.钢筋锈蚀后对钢筋混凝土结构性能的影响。混凝土中的钢筋一旦发生锈蚀,在钢筋表面生成一层疏松的锈蚀产物,并且同时向周围混凝土孔隙中扩散。锈蚀产物体积比腐蚀钢筋的体积要大得多,一般可达钢筋腐蚀量的2～4倍。锈蚀产物的体积膨胀使钢筋混凝土产生环向拉应力,当环向拉应力达到混凝土的抗拉强度时,在钢筋与混凝土界面处将出现内部径向裂缝,随着钢筋锈蚀的进一步加剧、钢筋锈蚀量的增加,径向内裂缝向混凝土表面发展,直到混凝土保护层开裂产生顺筋方向的锈胀裂缝,甚至保护层剥落,严重影响钢筋混凝土结构的正常使用。钢筋与混凝土的粘结是一种复杂的相互作用,通过它来传递二者之间的应力,协调变形,钢筋与混凝土之间粘结锚固性能是保证钢筋与混凝土两种不同材料共同工作的基本前提。钢筋与混凝土间锈蚀层的作用、钢筋表面横肋的锈损、混凝土保护层的开裂或剥落都会导致钢筋混凝土粘结锚固性能降低甚至完全丧失,最终影响钢筋混凝土结构的安全性、适用性和耐久性。

在许多情况下,钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构耐久性损失最直接和最主要的原因,广大工程人员必须高度重视,并采取有力措施。

参考文献

[1]赵国藩.高等钢筋混凝土结构学[M].北京:机械工业出版社,2005

[2]吕微,刘立平.对建筑钢筋混凝土耐久性设计的论述[J].黑龙江科技信息.2009(23)

钢筋混凝土篇7

论文摘要:钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土桥梁耐久性损伤的最主要和最直接因素，也是混凝土桥梁耐久性破坏的主要形式之一。本文从锈蚀机理、影响因素和影响后果等方面进行了综述性讨论。

钢筋锈蚀是一个比较普遍、并且严重威胁结构安全的耐久性问题。它在影响结构物耐久性因素中，占据主导地位。美国、英国、德国和日本等国每年均花费巨资用于混凝土结构的耐久性修复，其中钢筋锈蚀占有相当大的比例。我国也有相当数量的钢筋混凝土桥梁相继进入老化期，钢筋锈蚀的研究和防治显得非常重要。

钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土桥梁耐久性损伤的最主要和最直接因素，也是混凝土桥梁耐久性破坏的主要形式之一。钢筋锈蚀对桥梁结构的破坏分为三个时期：前期是钢筋表面局部锈蚀出现锈斑、锈片等；中期是钢筋整个表面锈蚀，并产生膨胀，与保护层脱离，发生层裂；后期表现为钢筋铁锈进一步膨胀，混凝土本身发生破坏，出现顺筋胀裂，混凝土脱离，直至钢筋不断锈蚀，有效截面不断减小，桥梁结构承载力不断下降，钢筋混凝土构件丧失基本承载能力。

一、钢筋混凝土桥梁中钢筋锈蚀机理

正常情况下，由于初始混凝土的高碱性，钢筋混凝土桥梁结构力筋表面形成一层致密的钝化膜，使其处于钝化状态。但随着环境介质的侵入，钝化膜逐渐遭到破坏，从而导致腐蚀的发生。

力筋发生锈蚀需要三大基本要素：

（一）力筋表面钝化膜的破坏；

（二）充足氧的供应；

（三）适宜的湿度（RH＝60～80％）。

三个要素缺一不可，第一要素为诱发条件，而腐蚀速度则取决于氧气及水分的供应。

钢筋的锈蚀一般为电化学锈蚀。发生电化学锈蚀必须具备3个条件：

1、在钢筋表面形成电位差；

2、在阴极部位钢筋表面存在足够的氧气和水；

3、在阳极区，使阳极部位的钢筋表面处于活化状态，即钢筋表面的钝化膜遭到破坏。

在氧气和水的共同作用下，钢筋表面不断失去电子发生电化学反应，逐渐被锈蚀，在钢筋表面生成红锈，引起混凝土开裂。

对于钢筋混凝土桥梁，在一般环境条件下，钢筋的锈蚀通常由两种作用引起：一种是混凝土碳化作用；一种是氯离子的侵蚀。二氧化碳和氯离子对混凝土本身都没有严重的破坏作用，但是这两种环境物质都是混凝土中钢筋钝化膜破坏的最重要又最常遇到的环境介质：混凝土碳化使混凝土孔隙溶液中的Ca(OH)2含量逐渐减少，PH值逐渐下降，钝化膜逐渐变得不再稳定以至于完全被破坏，使钢筋处于脱钝状态；周围环境中的氯离子从混凝土表面逐渐渗入到混凝土内部，当到达钢筋表面的混凝土孔溶液中的游离氯离子浓度超过一定值（临界浓度）时，即使混凝土碱度再高，pH值大于11.5值，Cl-也能破坏钝化膜，从而使钢筋发生锈蚀。氯盐引起钢筋锈蚀的发展速度很快，远比碳化锈蚀严重，这种情况常发生在近海或海洋环境以及冬季经常使用除冰盐的环境。

二、 影响钢筋混凝土桥梁钢筋锈蚀的主要因素

（一）混凝土的保护层厚度及完好程度和混凝土的密实度

这三个方面都与侵蚀性介质的侵蚀速度有关，保护层厚度对钢筋锈蚀的影响呈线性关系，因此世界各国规范对保护层厚度都作了规定。我国新修订的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中，对钢筋的最小保护层厚度规定中，随着使用环境条件的劣化，混凝土保护层厚度也在增加。混凝土的密实度影响着混凝土的渗透性，渗透性高的混凝土更容易发生锈蚀。

（二）混凝土的碳化程度

混凝土的碳化降低了混凝土的碱度，造成PH值降低，给钢筋脱钝提供了可能。钢筋的失重率与混凝土的碳化深度差不多呈线性关系，由此混凝土的碳化程度对钢筋锈蚀有重大影响。

（三）环境条件

环境对钢筋锈蚀的影响主要有以下几个方面：温度、湿度、二氧化碳的浓度、氧气的浓度以及侵蚀性介质的浓度。对于钢筋混凝土桥梁来说，影响最大的是湿度，当桥梁处在湿度较大的环境下，尤其是水位浮动的桥墩部位和浪溅区，最容易发生锈蚀。

（四）氯离子的影响

氯化物是一种很危险的侵蚀介质，但是在我国北方地区，为保证冬季交通畅行，向道路、桥梁及城市立交桥等撒除冰盐，大量使用的氯化钠和氯化钙，使得氯离子渗入混凝土，引起钢筋锈蚀破坏。

北方地区许多的工程经验教训表明，大量地使用除冰盐是影响钢筋混凝土桥梁结构耐久性的主要原因之一。根据国外的相关研究报道，使用除冰盐的桥梁结构一般在5~10年就开始腐蚀破损造成钢筋锈蚀，混凝土胀裂。由于到目前为止，还没有找到能够完全替代除冰盐的除冰方法，除冰盐仍将继续使用。因此采取针对除冰盐的防腐蚀措施是十分重要的。

三、钢筋锈蚀对钢筋混凝土桥梁耐久性的影响

钢筋锈蚀的直接结果是钢筋的截面积减少，不均匀锈蚀导致钢筋表面凹凸不平，产生应力集中现象，使钢筋的力学性能退化，如强度降低、脆性增大、延性变差，导致构件承载力降低。

（一）锈蚀后钢筋的力学性能

锈蚀钢筋抗力的降低直接影响服役结构和构件的承载能力，严重时可能造成结构提前失效甚至倒塌。沿钢筋长度发生均匀锈蚀时，钢筋的失重率近似等于钢筋的截面面积损失率，钢筋所能抵抗的极限拉力的降低与钢筋截面面积锈损率基本成正比，此时，可以简单地用锈损钢筋的实际截面面积乘以未锈钢筋的极限抗拉强度获得锈蚀钢筋的极限抗拉能力。

但是，由于混凝土材料的不均匀性、使用环境的不稳定性、钢筋各部位受力程度的不同等因素，实际上混凝土中的钢筋锈蚀很少有均匀锈蚀的情况，通常钢筋截面面积损失率大于重量损失率，而且随着钢筋锈蚀的发展，锈蚀的不均匀性和离散性增大，重量损失率与截面面积损失率的差异也越大。因此，钢筋极限抗拉能力的下降，除钢筋截面的锈损、有效截面面积减小外，还有一个因素：锈损钢筋的表面凹凸不平，受力以后缺口处产生应力集中，使锈蚀钢筋的屈服强度和极限强度降低；且锈损越严重，应力集中引起的强度降低越多。

（二）钢筋锈蚀后对钢筋与混凝土协同工作性能的影响

钢筋锈蚀后，钢筋与混凝土之间的粘结锚固性能降低。试验研究结果表明，锈蚀钢筋混凝土主梁抗弯承载力试验值小于只考虑锈蚀后钢筋截面积减小、屈服强度降低计算得到的抗弯承载力值,说明钢筋和混凝土的粘结强度降低也是锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力降低的主要影响因素之一。因此，对受拉钢筋必须乘以协同工作系数，以考虑粘结退化对钢筋混凝土梁抗弯承载力的影响。

理论上，考虑粘结强度降低的影响，锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力应介于未锈蚀构件和无粘结构件之间，而相同条件下无粘结受弯构件承载力约为正常构件的 70%~80%左右，那么kb 则应处于 0.7~1 之间。

（三）钢筋锈蚀后对钢筋混凝土桥梁结构性能的影响

混凝土中的钢筋一旦发生锈蚀，在钢筋表面生成一层疏松的锈蚀产物，并且同时向周围混凝土孔隙中扩散。锈蚀产物体积比腐蚀钢筋的体积要大得多，一般可达钢筋腐蚀量的 2—4 倍。锈蚀产物的体积膨胀使钢筋混凝土产生环向拉应力，当环向拉应力达到混凝土的抗拉强度时，在钢筋与混凝土界面处将出现内部径向裂缝，随着钢筋锈蚀的进一步加剧、钢筋锈蚀量的增加，径向内裂缝向混凝土表面发展，直到混凝土保护层开裂产生顺筋方向的锈胀裂缝，甚至保护层剥落，严重影响钢筋混凝土桥梁的正常使用。

钢筋混凝土篇8

关键词：钢筋混凝土；结构设计；保护层

引言：

房地产行业的不断发展，建筑物的类型和功能也越来越复杂，这使得设计师在设计建筑结构的时候也变得更加多样化。但是，如果一旦设计出现偏差就会给国家和人民的生命财产带来严重的威胁，因此，应把握好钢筋混凝土保护层结构设计，以此来有效的提高建筑物设计的质量。

1钢筋混凝土性能

钢筋混凝土的性质决定于材料的品质及施工的控制，影响它的因素主要有：水灰比例、水泥质量、骨料性质、混凝土的捣实、混凝土材龄。而钢筋的性能主要和钢筋中所含的化学成分有关，钢筋混凝土的工作原理是利用了混凝土承受压力钢筋承受拉力的性质。钢筋是在建筑结构中起到柔性材料作用，具有抗拉强度高，抗压强度较低；混凝土属于刚性材料，在建筑结构中抗压强度高，但是抗拉强度低。在结构设计过程中，应该考虑到混凝土的凝结作用以及混凝土与表面粗糙的钢筋之间的机械咬合，充分发挥混凝土与钢筋粘结力，粘结牢固的钢筋混凝土构件才具有一定的承载力。如果钢筋混凝土保护层不足，会减小钢筋与混凝土的凝固力，使钢筋与混凝土不能更好地协同工作，所以充分认识到合理的钢筋保护层薄厚对工程结构起到至关的重要作用。对于受力钢筋混凝土构件截面设计，混凝土表面所能承受的外部压力大小，取决于钢筋离的远近，如果钢筋混凝土构件的钢筋位置放置错误或者钢筋的保护层过大，会降低钢筋混凝土构件的承载能力，容易发生重大事故。在外力情况下，构件粘结在一起可以让钢筋和混凝土协调变形、共同工作直到接近破坏。在受拉状态下，粘结的构件虽然在拉力较高时但会有局部失效，总体依然可以保证这两种材料的协调变形，并且能使混凝土承受有限的一部分拉力。在结构设计时还要考虑温度变化，因为南北方温度差异较大，根据不同地域，结合钢筋混凝土受温度影响的膨胀系数，钢筋和混凝土具有几乎相同的温度线膨胀系数（钢材为1.2×10-5/℃；混凝土为1.0×10-5/℃，适用于温度在0～100℃内），所以，应该充分考虑两种材料产生的强制应力，是否会产生可能削弱两种材料之间的粘结强度。

2钢筋混凝土结构钢筋保护层设计

2.1 钢筋保护层的重要性

钢筋混凝土保护层是指从结构构件中钢筋外边缘至构件表面范围用于保护钢筋的混凝土，对钢筋起保护作用，使钢筋不被锈蚀。合理的结构设计方案能同时满足耐久性和钢筋粘结牢固，因为它直接涉及到混凝土构件的结构承载力、耐久性和防火性。在现行《混凝土结构设计规范》对钢筋保护层厚度分别按环境类别、构件类型、混凝土强度等级做出了规定。一般情况下受力钢筋的混凝土保护层最小厚度应符合钢筋混凝土结构设计要求的规定。同时现行《混凝土结构工程施工质量验收规范》对结构实体钢筋保护层厚度检验也做出相应的系列规定，这一切都充分体现了保护层在混凝土结构中极其重要的地位。

2.2 钢筋保护层在施工过程中存在的几点问题

从受力钢筋混凝土构件的截面设计过程中，受拉的钢筋离受压区越远，钢筋所能承受的外部弯矩也越大，钢筋在整个构件发挥的作用力越高，反之，受拉钢筋离受压区越近，整体构件发挥效能越低，为了避免在施工过程中，发生保护层厚度不合理的问题，不仅有合理的设计方案，还要结合实际温度差异，地域差异不同状况，适当调整保护层的厚度很重要。

2.2.1保护层过厚与安全隐患

由于钢筋与混凝土构件之间存在足够的粘结力，作为一个整体来承受外力的；如果只考虑混凝土承受巨大压力，把拉力全部转移给钢筋来承担是不够合理的。在受力构件强度设计中，钢筋保护层越厚，则钢筋混凝土构件受压区的有效强度就越小，钢筋保护层过厚，结构下部离受力刚筋远的混凝土由于粘结锚固作用的降低，其抗拉强度下降，反而易开裂引起钢筋锈蚀，由此一来整体结构强度均随之降低，结构存在安全隐患。

2.2.2保护层过薄及结构影响

钢筋保护层过薄，是施工中更为常见的一种质量通病。它对结构的影响主要表现在以下几个方面：

①影响混凝土与受力纵筋协同作用产生粘结力可能会降低承载力。虽然保护层过薄增加了一定的高度值，从外观感觉是有利于结构承载力，但实际上是削弱了整个结构承载能力。因为承载能力是靠混凝土与钢筋协同作用，与钢筋和混凝土之间的粘结力有直接关连。粘结力来自于钢筋和混凝土的接触面经化学作用产生的胶着力、混凝土收缩时产生的摩擦力和握裹力以及咬合力等多方面组成，保护层过薄会使钢筋混凝土因产生径向劈裂而使粘结力降低。由于粘结破坏机理复杂，影响因素较多，受力情况多种不同，没有完整的计算数据可以表明这一情况，所以在整体设计过程中，应考虑多方面因素，结合不同区域不同状况，制定合理的设计方案，避免保护层厚度影响到结构的内在质量，对结构承载力造成不良影响。

②工程的耐久性不能只考虑内在的质量，而对环境耐久性如干湿、冻融等大气侵蚀产生忽视也不可以，有一些工程由于忽视了环境问题，没有做好干湿度以及特殊气候情况下如何预防因混凝土结构导致钢筋锈蚀，致使整个结构发生变化，从而发生重大隐患，这是应该被重视的的问题。其实有关部门也制定规范规定于安全性相关的要求，例如保护钢筋免遭锈蚀的混凝土保护层最小厚度和混凝土的最低强度。

③在结构设计中以防火最为重要，因为高温影响下可使构件迅速破坏。虽然混凝土是良好的防火材料，但钢筋遇高温会急剧膨胀加大，屈服点和极限强度急剧下降，导致混凝土构件破坏。所以整体混凝土钢筋构件保护层需要保证一定值的厚度，并且满足现行《建筑设计防火规范》的规定，所以保护层厚度影响到构件中的耐火极限。

3 楼板及墙柱保护层控制策略

钢筋混凝土楼板在结构设计过程中，应该考虑到钢筋的起抗拉受力作用可以抵抗荷载所产生的弯矩，以及地域不同温差变化后混凝土板面收缩和裂缝的问题。钢筋混凝土构件在设置合理的保护层前提下才能发挥有效作用。楼板底筋的保护层也是需要正确控制的，当楼板底筋的保护层间距放大到1.0米以上时，局部楼板底筋的保护层厚度就无法得到保障，所以纵横向的保护层间距控制在1米左右为宜。在现场施工时尽可能合理和科学地安排好各工种交叉作业时间，在楼梯、通道等频繁和必须的通行处应搭设（或铺设）临时的简易通道，以供必要的施工人员通行，以免造成人工交叉踩踏后，钢筋混凝土保护层变形，造成未交工就完工的恶劣影响。对施工人员加强教育和管理，使全体操作人员充分重视保护板面上层负筋的正确位置，必须行走时，应自觉沿钢筋小马撑支撑点通行，不得随意踩踏中间架空部位钢筋。

4结语

总之，在钢筋混凝土结构中，从设计到施工质量，钢筋保护层厚度的控制是非常重要的，坚决杜绝在施工中忽视保护层厚度而产生较大质量问题和安全隐患。为此在实际工程中，必须时刻注意对保护层厚度的监制，以保证钢筋混凝土的材料可靠性和结构安全性。

参考文献：

[1]李彦明，王红宇.混凝土结构设计的一些常见问题分析[J].科技创新导报，2009，（22）.

[2]GB50204-2002（2010修订版），混凝土结构工程施工质量验收规范[S].