钢筋混凝土结构的耐久性分析

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钢筋混凝土结构的耐久性分析

【摘要】钢筋混凝土结构是现代建筑工程中最常见的结构形式。在建筑业飞速发展的今天,人们对建筑工艺的要求的提高的同时,对建筑物的耐久性要求更加严格。而随着使用时间的累积与建筑工期的缩短,大量的钢筋混凝土结构的耐久性都不尽人意,甚至形成了财产与人身安全的隐患,对如何对结构进行钢筋混凝土的耐久性评定和使用年限预测,并在此基础上做耐久性属性的提升,有很强的现实意义。

【关键词】钢筋混凝土;建筑;结构;耐久度

一、结构耐久性研究的意义

耐久性研究的内容,首先是搜集影响结构耐久性的根源,对于耐久性的研究要通盘考虑影响影响耐久性的因素,然后分析各种因素在耐久性影响中的破坏机理,量化耐久性损伤程度,建立模型和经验公式,实现定性与定量分析的结合。

在我国强调建筑现代化改造为主的已有建筑与建筑工艺不断升级的今天,重视建筑结构的耐久性,提高建造工艺有着深远的意义。对主要以钢筋混凝土结构为主的建筑,需要进行科学的耐久性评定和使用时间预测。不仅可以分析潜在的安全隐患,及时做出维修或加固决策以避免重大事故的发生,还可以在以后结构设计的优化上实现提升。通过对钢筋混凝土结构的耐久性的量化与评估,可以使设计方案更加的科学,提升整体的建筑水平。

二、钢筋混凝土结构耐久性情况概述

从工程中的钢筋混凝土的耐久度情况上来看,分为对材料、构建、结构三部分耐久性的分析。

目前对材料的研究主要集中在混凝土结构连接处的错位,混凝土材料碳化、内部钢筋腐蚀生锈、混凝土冻融破坏,出现裂缝等多个方面。对构件的耐久性研究主要是混凝土承受的强度,钢筋的塑性性能,构件的截面变化,构件的承载力的变化,钢筋与混凝土协同性的变化等等对钢筋混凝土构件应力能力的影响。结构的耐久性的分析要搞清楚结构整体的耐久性评定和使用时间预测。结构的耐久性评定是通过技术人员对建筑定期的技术监督与参数分析得到,应用适合的统计与分析方法,对当前的耐久性状况进行量化。根据建筑物的用途,确定钢筋混凝土结构的失效时间,也就是使用年限。

对于钢筋混凝土的耐久度预测与分析,还需要更多的实践,由于耐久度的影响因素有很多,并且错综复杂,因此研究有难度,做到准确更难。但对耐久度的研究过程,是对建筑从设计到结构,到进料,到施工,到工艺,都是一个在检验的过程,然而,对于耐久度的研究,更倾向于建筑结构的稳定性与安全性,也是土建工作者需要努力的目标。

三、影响钢筋混凝土耐久性的因素

1.钢筋混凝土的孔结构

建筑的内部结构从大到小都是影响建筑寿命的因素,其中钢筋混凝土材料内部的多孔构造,虽然小,但比较普遍,水分容易通过孔结构的毛细渗透到混凝土结构的内部,长期的使用,会对其耐久性产生重大影响。对于钢筋混凝土的地下基础建筑结构,孔毛细的水分渗透更加的严重,并且在土壤生物盐碱等作用下,混凝土的耐久性更加容易劣化。孔结构首先由于钢筋混凝土的密实度差,随着外部条件作用,形成内部空隙。因此会使各种化学气体和液体渗透到混凝土内部,造成更加剧烈的反应,加速混凝土结构的冻融破坏,锈碳化速度与深度也会加剧,进而到达钢筋部位,同时也增大了有害化学物质与混凝土反应的面积。

2.钢筋混凝土的碳化

钢筋混凝土碳化是指钢筋混凝土结构不断的吸收大气中的二氧化碳,并与碱性水化物混合后反应,发生碳化,酸性气体与液体与氢氧化钙反应,使混凝土的碱性降低,进而使混凝土的韧性变差。当混凝土碳化达到钢筋表面,并使钢筋表层的PH值降低到10以下时,钢筋的钝化结构开始溶解,形成了腐蚀。使钢筋处在了中性环境,容易产生体积膨胀,张力使混凝土保护层产生开裂,进而加快了混凝土结构的碳化过程。最终导致混凝土产生顺筋开裂而破坏。另外,混凝土的碳化会使混凝土表面产生拉应力不均匀而出现裂纹,从而降低混凝土的抗拉、抗折强度及抗渗能力。

3.混凝土结构冻融破坏的研究

钢筋混凝土的抗冻性是混凝土结构耐久性的重要指标,它是评价北方干燥与寒冷气候中钢筋混凝土建筑抗冻性的重要指标。当混凝土处于饱和水状态时,混凝土中的毛细孔结构中的水分在寒冷的气候下容易结冰,因此产生过高的渗透压,如在-5℃时毛细孔中的渗透压力可达5.97MPa。胶凝水向毛细孔渗透的结果必然使毛细孔中的冰体积进一步膨胀。可见,毛细孔壁在冻融破坏的过程中,同时承受膨胀压及渗透压两种压力,容易使混凝土产生开裂。经过寒冷天气反复冻融循环,钢筋混凝土中的裂缝会互相贯通,结构强度也会逐渐降低,使建筑结构由表及里全面破坏。

四、钢筋混凝土结构耐久度计算与分析办法

1.模糊数学方法

模糊分析的方式方法应用于对钢筋混凝土结构耐久性的计算中,主要考虑以下几个特征。首先,钢筋混凝土结构的施工位置对于不同土质或岩石的结构有承载能力高低之分,同时土壤的酸碱度与沉降度等差别,而且土质的类型有沙土、粘土、淤泥等等,环境较为复杂。第二,钢筋混凝土结构在自然环境中,受到外

界环境的影响,对于潮湿干燥环境,酸碱性空气环境,寒冷炎热的环境等等因素的作用,反应不确定。第三,钢筋混凝土结构本身的不同材料的混合,在不同环境中的,不同反应,对于建筑结构产生疲劳损伤等等,逐步发生材质与承载力的变化等等因素。第四,对于不确定的自然灾害对于钢筋混凝土结构的破坏,也不容易量化与统计。

利用模糊数学的方法,主要有以下步骤。首先,做好评级与可靠性分析,要对房屋结构的体系的组成和影响房屋质量的因素进行评级与分析。第二,抽取一定的样本来进行预测每一个构件的剩余使用寿命,根据单一构件构件耐久性等级隶属关系计算各个构件的耐久性系数。第三,建立数学模型,构造分项评判矩阵,再用分项工程的权重集结合数学模型求得二级评判结果,然后形成下级评判矩阵,对建筑做耐久性量化与评判。

2.结构构件耐久性预测

耐久性预测也叫寿命预测,包括刚建成结构的使用寿命预测与已经服役结构的剩余寿命预测。新建成结构的使用寿命预测要以耐久性统计数据为主要依据,工程前期设计者可针混凝土的预期寿命,合理地选择材料和做好结构设计保证结构耐久性,确保使用安全的前提下达到提高寿命的期望。制定维修加固方案,确定维修周期,科学的预测潜在的危险,避免事故的发生。

影响寿命的因素分析也是做好构件耐久性预测的重要环节,环境作用的影响有以下几点:一是环境作用的影响,一类为自然环境对结构的作用,另一类为使用环境对结构的作用。二是荷载作用的影响,荷载对结构的长期作用会引起结构内部压力的损伤,累积损伤的后果是使结构抗力降低,从而降低结构的可靠度。三是建筑材料内部的互相作用,混凝土结构由于涉及多种材料,因此,在环境改变的时候,内部影响也会产生互相的作用,进而影响使用寿命。

结构寿命预测的主要研究方法有以下几点。第一,正常使用寿命预测。其中要考虑到结构锈蚀诱导,主要抓住混凝土结构的诱导因素,可以把诱导期作为影响构件寿命的条件。第二,构件开裂确定构件的开裂锈蚀量并建立钢筋锈蚀量的预测模型,即可预测构件开裂的时间。第三,承载力寿命预测。混凝土有效截面的减少是结构承载力降低的重要原因。当承载力不能满足安全使用要求时,结构即发生承载力失效。

参考文献:

[1]周鹏.钢筋混凝土房屋施工技术特点研究[J]. 科协论坛(下半月). 2011(04).

[2]吴华.多层与高层钢筋混凝土房屋的延性探讨[J]. 安徽建筑. 2010(04).

[3]黄亮达.钢筋混凝土房屋抗震鉴定的评估体系探讨[J]. 山西建筑. 2011(20).

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