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房屋拆除钢筋混凝土结构

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房屋拆除钢筋混凝土结构

(一)钢筋混凝土结构的定义及粘结原理

1.钢筋混凝土的定义

钢筋混凝上结构是指由钢筋和混凝土两种材料组成的结构。钢筋和混凝士这两种材料的物理力学性能很不相同,但是两种材料还是能很好地结合在一起工作,原因有以下几点。

(1)钢筋和混凝土之间存在粘结力,使二者在荷载作用下能够协调变形,共同受力。

(2)钢筋与混凝土的温度线膨胀系数相近,钢是1.2×10-5,混凝土的为(1.0-1.5)×10-5。当温度发生变化时,二者间不会因为较大的相对变形而破坏它们之间的结合

(3)钢筋至构件边缘之间的混凝土保护层,对防止钢筋发生锈蚀起着很好的作用,保证了结构的耐久性。

2.钢筋与混凝士的粘结原理

由于钢筋的形状不同,它与混凝土的粘结机理有所差异。本节中只介绍光面钢筋和变形钢筋与混凝土的粘结机理。

(1)光面钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成:

①混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶着力;

⑨钢筋与混凝土接触面上的摩擦力

③钢筋表面粗糙产生的机械咬合作用。钢筋与混凝土的胶着力很小,发生相对滑动后,粘结力主要由摩擦力和咬合力所提供。

(2)变形钢筋与混凝土的粘结作用

变形钢筋改变了钢筋与混凝土间相互作用的方式,显著改善了粘结效用。尽管胶着力和摩擦力仍然存在,但变形钢筋的粘结强度主要为钢筋表面轧制的肋与混凝土的咬合作用。

(3)影响粘结强度的因素

钢筋与混凝士的粘结强度的影响因素很多,主要有钢筋外形特征、混凝土强度、保护层厚度及横向配筋等。从上面钢筋与混凝土粘结的机理可以看出钢筋表面外形特征对钢筋混凝土结构的强度的影响很大,带肋钢筋粘结强度比光面钢筋的粘结强度高20%。钢筋与混凝土的粘结强度的提高跟混凝土强度的提高成正比,试验表明,粘结强度与混凝土轴心抗拉强度成正比。保护层厚度较大的情况下钢筋与混凝上的粘结强度相对较高。横向钢筋的存在可以限制径向内裂缝的发展,使粘结强度得到提高。因此在较大的钢筋的锚固区段和搭接长度范围內,要设置一定数量的横向钢筋。

(二)钢筋混凝土结构的主要特点。

钢筋混凝土结构相对于其他材料的结构而言有自己的优势也有它的缺陷。

1.钢筋混凝土结构的优点:

(1)与木结构和钢结构相比较,钢筋混凝士结构耐久性和耐火性较好,维护费用低。

(2)合理地利用钢筋和混凝土这两种材料的受力特点,可以形成具有较高强度的结构构件。在一定条件下可用来代替钢构件,这样可以节约钢材,降低造价。

(3)可模性好,混凝土可以根据设计的需要浇筑成各种形式的结构,如箱形截面双曲薄壳等

(4)与砌体结构相比现浇钢筋混凝土结构的整体性好,又具备较好的延性,适用于抗震结构;同时防震性和防辐射性能较好,适用于防护结构。

(5)混凝土使用的材料中,砂、石等占有很大比重,且这些材料可以就地取材,可以节省材料的运输费用。

2.钢筋混凝土结构的缺点:

(1)因为混凝土结构中使用的都是砂、石等材料,其比重比较大,钢筋混凝土结构的比重过大。

(2)抗裂性较差,开裂过早。混凝土在空气中结硬时体积会减小,由于受到外部支座或内部钢筋的约束将使混凝土产生拉应力,导致混凝土开裂。

(3)施工复杂,工序多,浇筑混凝土时需要模板支撑,户外施工受到季节条件限制。

(4)补强修复比较困难。

这些缺点使得钢筋混凝士结构的应用范围受到很大的限制,如在大跨桥梁和超高层建筑中很少使用钢筋混凝土结构。

(三)混凝土的耐久性

1.耐久性的概念

混凝土除应具有设计要求的强度外,还应在不同使用环境下,具有长期正常使用的性能。例如,承受压力水作用时,应具有一定的抗渗性能;遭受反复冻融作用时,应有定的抗冻性能;遭受环境水侵蚀作用时,应具有与之相适应的抗侵蚀性能等。因此,把混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性的能力称为耐久性在以往的混凝士结构设计中,往往忽视环境对结构的作用,许多混凝土结构在达到预定的设计使用年限前,就出现了钢筋锈蚀、混凝土劣化剥落等耐久性破坏现象,需要大量资金修复甚至拆除重建。近年来,混凝土结构的耐久性及耐久性设计受到普遍关注。许多国家在混凝土结构的有关规范中,对混凝土结构耐久性设计作出了明确规定。我国的混凝上结构设计规范也将混凝土结构的耐久性设计作为一项重要内容。混凝土耐久性主要包括抗渗、抗冻、抗侵蚀、碳化、碳骨料反应及混凝土中的钢筋锈蚀等性能。

(1)抗渗性

抗渗性是指混凝土抵抗水、油等液体的压力作用不渗透的性能。抗渗性是混凝土最重要的耐久性性质之一,它直接影响混凝土的抗冻性和抗侵蚀性。混凝土的抗渗性用抗渗等级表示。抗渗等级是按标准试验方法进行试验,以所能承受的最大水压力(单位为Mpa)来表示的。如P6,P8,P10,P12,…,相应表示能抵抗06Mpa,0.8Mpa,1.0Mpa及1.2Mpa的水压力而不渗漏。混凝上的抗渗性主要与其内部孔隙和微裂缝的大小、连通情况等有关。具体措施有亚格控制水灰比,掺入减水剂、引气剂、粉煤灰、硅灰等外加剂和掺合料,控制骨料最大粒径和加强养护等。

(2)抗冻性

混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和状态下,经受多次冻融循环作用,能保持强度和外观完整性的能力。混凝土在冰冻作用下,由于混凝土内部孔隙中的水结冰造成的体积膨胀,造成膨胀应力,当膨胀力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土就会产生裂缝,反复冻融使裂缝不断扩展直至破坏。

混凝土抗冻性以抗冻等级表示。抗冻等级釆用慢冻法确定,以龄期28d的试块在吸水饱和后,承受反复冻融循环,用抗压强度下降不超过25%;且重量损失不超过5%时,所能承受的最大冻融循环次数确定。混凝土的抗冻等级分为F10,F15,F25,F50,F100,F150,F200,F250和F300等9个等级,分别表示混凝土能够承受的反复冻融循环次数为10,15,25,50,100,150,200,250和300。混凝土的密实度、孔隙构造和数量、孔隙的充水程度是决定抗冻性的重要因素。提高混凝上抗冻性的方法有掺入减水剂、引气剂等,最有效的方法是掺入引气剂

(3)抗侵蚀性

环境介质对混凝士的化学侵蚀主要是对水泥石的侵蚀,通常有软水侵蚀、硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀、碳酸侵蚀、一般酸侵蚀与强碱侵蚀等。混凝士除受化学侵蚀作用外,还会受反复干湿作用、盐渍作用、冲磨作用等物理侵蚀,混凝土中的氯离子对钢筋的锈蚀作用,也会使混凝上遭受破坏。混凝土的抗侵蚀性与所用水泥的品种、混凝土的密实程度和孔隙特征有关。密实和孔隙封闭的混凝上,环境水不易侵入,其抗侵蚀性较强。所以,提高混凝土抗侵蚀性的措施,主要是合理选择水泥品种、降低水灰比、提高混凝土的密实度和改善孔结构。

(4)碳化(中性化)

混凝的碳化是环境中的二氧化碳亐水泥中的氢氧化钙作用,生成碳酸钙和水。碳化使混凝土的碱度降低,削弱混凝上对钢筋的保护作用,可能导致钢筋锈蚀。碳化还将引起碳化收缩,并产生微细裂縫,引起强度和其他耐久性下降。影响混凝士碳化速度的因素有水泥品种、水灰比、水泥用量、养护方法和环境条件等。其中,环境条件是较重要的因素,一般认为,相对湿度为5%~75%时,碳化速度最快。混凝士在水中或在相对湿度100%条件下,由于混凝土孔隙中的水分阻止二氧化碳向混凝士内部扩散,碳化停止。同样,处于干燥条件(相对湿度≤25%)的混凝上,则由于缺乏使二氧化碳与氢氧化钙反应所需的水分,碳化也会停止。

(5)碱骨料反应

碱骨料反应是指硬化混凝土中所含的碱(Na,O和K,O)与骨料中的活性成分发生反应,生成具有吸水膨胀性的产物,在有水的条件下吸水膨胀,导致混凝士开裂的现象碱骨料反应主要有碱一硅酸盐反应和碱一碳酸盐反应两大类。混凝土只有含碱活性的骨料、有较多的碱(Na2O和K,O)和有充分的水三个条件同时具备时才发生碱骨料反应。因此,可以采取以下措施抑制碱骨料反应:

①条件许可时选择无碱活性的骨料。不过我国的许多地区如长江流域、京、津、唐和南京等地区均分布有碱骨料反应。

②在不得不采用具有碱活性的骨料时,应严格控制混凝土中总的碱量。一般来说,混凝土中的总碱量应小于3Kg/m3。其技术措施包括采用低碱水泥(含碱量≤0.6%)、降低水泥用量和控制外加剂的含碱量等。

③掺用活性掺合料,如硅灰、矿渣、粉煤灰(高钙高碱粉煤灰除外)等,对碱骨料反应有明显的抑制效果。活性掺合料与混凝土中的碱起反应,反应产物均匀散在混凝土中,而不是集中在骨料表面,不会发生有害的膨胀,从而降低了混凝土的含碱量,起到抑制碱骨料反应的作用。

④控制进入混凝土的水分。碱骨料反应要有水分,如果没有水分,反应就会大为减少乃至完全停止。因此,要防止外界水分渗入混凝土以减轻碱骨料反应的危害。

2.提高混凝土耐久性的措施

混凝土的耐久性是一项综合性能,虽然混凝土在不同环境条件下的破坏过程各不相同,但是,提高混凝土的耐久性,却有很多共同之处。这就是合理选择原材料,提高混凝土的密实度和改善混凝土的孔结构。

因此,提高混凝土耐久性的措施有以下几个方面

(1)合理选择原材料,包括水泥、砂石材料、外加剂和掺合料的品种、成分和质量。

(2)适当控制混凝土的水灰比及水泥用量,它们是决定混凝土密实性的主要因素,它不但影响混凝土的强度,而且也严重影响其耐久性

(3)掺入外加剂和掺合料,掺用引气剂或减水剂可改善混凝土的孔隙结构,大幅度的提高混凝上的抗渗性和抗冻性。掺入掺合料可提高混凝土的密实度,减少混凝土中对耐久性有害的成分,从而提高混凝土的抗渗性和抗侵蚀性,抑制碱骨料反应

(4)加强混凝土生产的质量控制,在混凝土的施工中,除应搅拌均匀、浇灌和振捣密实外,应特别注意加强养护,保证与环境介质接触混凝土的密实性。

(四)钢筋混凝土结构的的耐久性

1.结构的耐久性定义

结构在规定的工作环境中,在预期的使用年限内,在正常的维护条件下不需要进行大修就能完成预定功能的能力。

2.影响混凝土结构耐久性的因素

钢筋混凝土结构的耐久性是一个复杂的综合问题。在钢筋混凝土结构耐久性损害冋题中占有主要地位的是钢筋腐蚀。1991年第二届混凝土耐久性国际学术会议的主旨报告中指出:“当今世界,混凝土结构破坏原因按重要性递降顺序排列是:钢筋腐蚀、严寒地区的冻融破坏、侵蚀性环境的物理化学作用”。由此可见钢筋腐蚀对混凝士结构耐久性的影响力是比较大的。钢筋的腐蚀原理在前面已经介绍过这里就不作详细阐述。混凝土的渗透性越高,氧向钢筋表面扩散的速度越大,钢筋腐蚀的速度也越快。因此不管是碳化、氯离子侵入还是钢筋的腐蚀速度都与表层混凝士的渗透性有密切关系。由此可见影响钢筋混凝土耐久性的因素有:混凝上保护层厚度、水灰比、养护条件和水泥用量。

(五)钢筋混凝土结构的基本构造

1.受弯构件截面配筋的构造要求

梁的纵向受力钢筋直径通常采用10~25mm。由于纵筋深入支座及绑扎箍筋的要求,梁中纵筋的根数不少于2根,一般取3~4根;仅当梁宽小于150mm时,可用1根。为了使混凝土浇注密实,保证结构的耐久性及钢筋与混凝士的良好粘结性能。在进行截面钢筋布置时,必须留有足够的混凝士保护层厚度和钢筋净间距。《规范》关于混凝土保护层最小厚度的规定见表2-40。对处于室内正常环境的梁板构件,其最小保护层厚度及钢筋净间距的要求如图2一1。板中受力钢筋直径一般为6~12mm,为了使板受力均匀,板的受力钢筋间距不应大于200mm,一般也不宜小于70mm。

表2-40纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度

表2-40纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度

图2-1截面配筋构造

图2-1截面配筋构造

(a)梁

(b)板

为了防止沿斜裂缝截面的强度破坏,梁中需设置与梁轴垂直的箍筋,必要时还可采用由纵筋弯起而成的弯曲钢筋。弯起钢筋的弯起角度一般为45°或60°,纵筋、箍筋、弯起钢筋以及绑扎钢筋所需要的架力钢筋构成受弯构件的钢筋骨架,如图2-2所示。

图2-2钢筋骨架

图2-2钢筋骨架

图2-3箍筋的锚固要求

图2-3箍筋的锚固要求

(a)封闭箍筋;(b)开口箍筋

箍筋是受拉钢筋,它起到把斜裂缝间混凝土齿状体的斜向压力传递给受压区混凝土的作用,及箍筋把梁的受压区和受拉区紧密地联系在一起。隐蔽箍筋必须有良好的锚固。矩形截面梁应采用封闭箍筋,T型截面也可采用开口钢箍、箍筋的锚固应用135°弯钩,弯钩端头直段长度不小于50mm或5d。如图2-3。

2.钢筋的细部尺寸

为了钢筋加工成形及计算用钢量的需要,在构件施工图中给出钢筋细部尺寸,或编制钢筋表。

(1)直钢筋:按实际长度计算;光面钢筋两端需要有标准弯钩,该钢筋的总长度为实际长度加12.5d(图2-4a);

(2)弯起钢筋:图中弯起钢筋的高度以钢筋外皮至外皮的距离作为控制尺寸;水平段和弯折段的斜长度按图2-4b所示;

(3)箍筋:宽度和高度均按箍筋内皮至內皮距离计算,以保证纵筋保护层厚度的要求,故箍筋的高度和宽度分别为构件截面高度h和宽度b减去2倍保护层厚度,一般情况为50mm,如图2-4c所示;

(4)板的上部钢筋:为了保证截面的有效高度h,板的上部钢筋端部宜做成直钩,以便撑在模板上(图2-4d),直钩的高度为板厚减去保护层厚度。

图2-4钢筋细部尺寸

图2-4钢筋细部尺寸

(a)直钢筋;(b)弯曲钢筋;(c)箍筋;(d)板的上部钢筋

3.支座处钢筋的锚固

(1)简支支座

简支梁近支座处出现斜裂缝时,斜裂缝处钢筋应力σ将增大,σ的大小与伸人支座的纵向钢筋数量及受剪钢筋的配置有关。这时,梁的受弯承载力取决于纵筋在支座中的锚固,如锚固长度不足,钢筋与混凝土的相对滑移将使斜裂缝宽度显著增大,甚至会发生粘结锚固破坏。对于梁宽b≥150mm的设置双肢箍筋的梁,为了绑扎箍筋至少位于梁底角部的两根纵筋应伸入支座。一般情况下,伸入支座的纵筋截面面积不宜小于跨中受力钢筋截面面积的1/3。光面钢筋锚固长度的末端均应设置标准弯钩;当纵向钢筋伸入支座的长度不满足要求时,可在纵筋端部加焊锚固樻向钢筋或角钢,加强纵筋在支座处的错固。

(2)中间支座

连续梁或框架梁的上部纵向钢筋应贯穿中间支座或节点;连续梁或框架梁下部纵向钢筋在中间支座或节点处应满足下列锚固要求:当计算中在支座边截面不利用该钢筋的强度时,其伸入支座的锚固长度不小于5倍纵筋的最小直径;当计算中在支座边截面充分利用该钢筋的抗压强度时,其伸入支座的锚固长度不小于0.7l连续板的下部受力钢筋,一般伸至支座中线,但伸入支座的锚固长度不小于5倍纵筋的最小直径。

(3)边支座

当边支座为悬臂梁的固定端支座时,如果梁的下部纵向钢筋在计算中作为受压钢筋,其伸入支座的错固长度不应小于0.7l框架梁上部纵向受拉钢筋在中间层边柱内的镭固长度,当采用直线锚固形式时,不应小于l,且伸过柱中心线不应小于5倍纵向钢筋的最小直径。当柱截面尺寸不足时,可采用向下弯折锚固形式,其水平段长度不应小于0.4l,竖直段长度应取为15倍纵筋最小直径。

4.受压构件的构造要求

柱是常见的受压构件,按规范的有关规定柱应满足以下构造要求:为了充分利用材料强度,使构件的承载力不致因长细比过大而降低过多,柱截面尺寸不宜过小,一般应控制在l/b≤30及l/b≤25(b为矩形截面的短边,h为长边)。当柱截面的边长在80mm以下时,截面尺寸以50mm为模数,边长在800mm以上时以100mm为模数纵向钢筋配筋率过小时,纵筋对柱的承载力影响很小,接近于素混凝士柱,纵筋将起不到防止脆性破坏的缓冲作用。《规范》规定,轴心受压构件全部纵向钢筋的配筋率p=A、/A不得小于0.006。偏心受压构件中的一侧纵向钢筋的最小配筋率为0.002。由于经济和施工方面的考虑,为了不使截面配筋过于拥挤,全部纵向钢筋配筋率不宜超过

5受压构件中的箍筋应为封闭式的。箍筋一般采用HPB235级钢筋,其直径不应小于d/4,且不应小于6mm。此处,d为纵向钢筋的最大直径。箍筋间距不应大于400mm及构件截面的短边尺寸;同时不应大于15纵向钢筋的最小直径。当柱中全部纵向钢筋的配筋率超过3%时,箍筋直径不宜小于8mm,且应焊成封闭式,其间距不应大于10倍纵向钢筋的最小直径,且不应大于200mm

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