早龄期混凝土受地震影响后的钢筋握裹力可靠性分析
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钢筋混凝土的抗震性能分析钢筋混凝土作为一种建筑结构的核心材料,其性能和安全性一直是人们关注的焦点。
特别是在地震频繁的地区,钢筋混凝土的抗震能力牵动着人们的心弦。
本文将从材料、结构和设计三个方面进行分析,探究钢筋混凝土在地震中的反应,提高建筑的抗震能力。
材料的特性钢筋混凝土作为一种建筑结构材料,具有较好的抗震性能。
这是因为混凝土本身可以吸收地震时的很多能量,同时钢筋的加入也使得结构更加牢固。
但是,在设计钢筋混凝土结构时,需要考虑混凝土的特性。
一般来说,混凝土在受到挤压时有很好的承载能力,但是在受到拉力时,其力学性能会明显下降,甚至会出现裂缝。
在地震中,建筑结构通常会受到拉力的作用,因此,设计者需要考虑如何减少混凝土在拉力下的损伤。
为了解决这个问题,设计者通常会在混凝土中加入钢筋,以提高结构的承载能力。
钢筋可以吸收混凝土在拉力作用下的应力,从而减少混凝土的损伤。
同时,钢筋还可以增强结构的连接强度,在地震中起到更加稳定的作用。
结构设计在设计钢筋混凝土结构时,需要考虑建筑的形式、结构等方面的因素,以及地震波的特点。
其中,结构设计是最为重要的一个方面。
在设计结构时,需要考虑建筑的不同部分的应力分布和变形情况。
为了保证建筑在地震中的稳定性,需要设计合理的加强措施。
这通常需要使用模拟软件来模拟地震波在建筑结构上的作用,以评估结构的稳定性。
设计结构时,还需要考虑建筑的抗震等级。
抗震等级是指建筑在地震中的稳定性能力。
不同的地区对抗震等级的要求也不同。
通常来说,钢筋混凝土结构的抗震等级越高,对地震的影响也越小。
在设计时还需要注意到细节问题,例如墙体的厚度、支撑结构、地基状况等等。
在设计过程中,设计者需要考虑所有这些细节,在保证整体稳定性的同时,确保细节部分符合预期的抗震要求。
设计方法在设计钢筋混凝土结构时,有很多不同的方法。
其中,强度设计、位移控制设计、等效静力法和弹性动力设计等方法都是比较常用的设计方法。
这些设计方法都有其优缺点,设计者需要根据实际情况进行选择。
混凝土结构在地震作用下的安全性分析混凝土是一种广泛使用的建筑材料,其在建筑结构中扮演着重要的角色,也是常用的抗震材料。
然而,在地震作用下,混凝土结构的安全性面临很大挑战。
本文将对混凝土结构在地震作用下的安全性进行分析。
一、混凝土结构的基本构件混凝土结构一般由混凝土、钢筋和预制构件组成。
在混凝土结构中,混凝土是承受荷载的主要构件,而钢筋是混凝土的加强材料,使其具有更好的抗震性能。
二、混凝土结构的地震荷载地震对混凝土结构的影响是建筑结构工程中必须考虑的重要因素之一。
地震荷载是指地震作用下结构所承受的力和动力效应。
地震荷载通常分为静载和动载两种。
静载是指地震作用下建筑结构的重力和自重所承受的力,而动载是指地震震动所产生的惯性力。
地震荷载通常是短时、高强度的作用,其荷载是随时间迅速变化的。
三、混凝土结构的抗震设计为了提高混凝土结构的抗震能力,必须在设计时考虑设计抗震力,并采取适当的抗震措施。
混凝土结构的抗震设计通常包括以下几个方面:(1)设计结构的刚度和强度,以抵御地震震动产生的惯性作用。
(2)根据结构的受力状况和设计荷载,进行合理的受力分析和加强措施。
(3)设计合理的结构连接和支撑方式,使结构在地震活动过程中能够有效承受荷载,并保持稳定。
(4)采用适当的抗震措施,如增加墙体、设置加劲板、改良节点设计等,以提高结构的抗震性能。
四、混凝土结构的损伤机制混凝土结构在地震作用下会产生多种不同类型的损伤。
混凝土结构发生的损坏可以分为以下几类:(1)弹性变形当混凝土结构受到地震荷载时,结构会发生一定的弹性变形。
这种变形是可逆的,即当荷载消失时,结构会恢复原来的形态。
(2)塑性变形当荷载达到一定的强度,混凝土结构会发生一定的塑性变形。
这种变形是不可逆的,结构不能像弹性变形那样恢复原来的形态。
(3)破坏或失效当荷载达到一定强度时,混凝土结构会发生破坏或失效。
这时,结构的承载力已无法适应荷载,结构会发生不可恢复的变形,甚至结构破坏。
钢筋混凝土框架结构的概率地震易损性与风险分析共3篇钢筋混凝土框架结构的概率地震易损性与风险分析1钢筋混凝土框架结构是现代建筑领域中经常使用的一种结构形式,具有较强的承载能力和稳定性。
然而,在面对地震等自然灾害时,这种结构也存在着一定的易损性和风险。
地震是影响钢筋混凝土框架结构的重要因素之一,其易损性主要表现在两个方面。
首先是框架结构自身的设计问题。
如果设计不合理,如未考虑地震荷载、支撑剪切强度不足等问题,就难以保证其在地震中不发生破坏。
其次是地理位置的影响。
地震是不可预测的,如果钢筋混凝土框架结构建造在容易发生地震的区域,那么就很容易受到地震的影响,从而导致损坏或坍塌。
除了地震,风也是影响钢筋混凝土框架结构的因素之一。
在气候条件较差的地区,如发生飓风、龙卷风等恶劣天气,就很容易对结构产生影响,导致其损坏甚至坍塌。
为了更好地评估钢筋混凝土框架结构的易损性和风险,需要进行各种分析和评估。
降低地震风险的方法可以从建筑结构设计、材料及施工过程等方面入手。
在地震的严重情况下,建筑物结构的抵抗能力尤为重要,因此应注重框架结构的强度和抗震能力的提高。
在风力方面,需要加强建筑物的抗风能力,在设计中加入能够抵抗风力的结构组件,以提高建筑物的稳定性和耐受能力。
除了在建筑设计及施工中要注意以上问题,科学合理的防灾预防系统也是降低钢筋混凝土框架结构风险的有效手段。
建筑物防灾预防系统可以包括地震应急预案、人员救援预案、灾后重建预案等,旨在提高建筑物的抗灾能力以及灾后应急处理的效率。
总之,钢筋混凝土框架结构的易损性和风险并非不可逆转,通过合理科学的施工和防灾预防系统建设,可以有效地降低其易损性和风险。
国家和建筑界的相关部门需要加强对该领域的监管和规范,使钢筋混凝土框架结构在未来的使用中更加安全可靠,为人民生命和财产安全提供更好的保障钢筋混凝土框架结构具有广泛的应用,但其易受地震、风等自然灾害的影响。
通过建筑结构设计、材料及施工过程等方面的优化以及科学合理的防灾预防系统建设,可以有效降低其易损性和风险。
钢筋混凝土结构在地震中的耐性研究钢筋混凝土结构是目前世界上最常见的建筑结构之一,其具有出色的力学性能和抗震能力。
然而,地震作为一种常见的自然灾害,对建筑结构的破坏性是巨大的。
因此,对钢筋混凝土结构在地震中的耐性进行深入研究,对于提高建筑物的抗震能力和保障人身安全具有重要意义。
首先,地震对于建筑结构的影响主要体现在地震引起的水平加速度和地震波的传播。
钢筋混凝土结构具有良好的抗拉、抗压能力,能够有效吸收地震作用下的能量,从而降低地震对建筑结构的破坏程度。
研究发现,钢筋混凝土结构的抗震性能与其结构形式、材料性能、构造细节等因素密切相关。
其次,地震工程研究表明,加固钢筋混凝土结构可以显著提高其抗震性能。
采用加固措施,如在结构中加入附加钢筋、进行预应力钢筋布置、使用钢板等,能够增加结构的强度和刚度,提高结构对地震作用的抵抗能力。
此外,地震减振措施也是提高钢筋混凝土结构抗震能力的有效手段之一。
通过在结构中设置减震器等装置,能够吸收地震时的动能,减少结构的震动响应,提高结构的耐震性能。
然而,存在一些问题限制着钢筋混凝土结构在地震中的耐性。
首先,钢筋混凝土结构的耐震性能受到地震波的影响,地震波的频率、振幅和方向都会对建筑结构的破坏程度产生影响。
因此,根据不同地区的地震波特性进行设计和加固是提高耐震性能的关键。
其次,在设计和施工过程中的质量控制也十分重要。
质量问题如混凝土强度、钢筋的粘结性能等都会直接影响结构的抗震能力。
因此,在设计和施工过程中严格遵循相关规范和标准,加强质量监控和质量控制是保证钢筋混凝土结构耐震性的关键。
此外,钢筋混凝土结构的健康监测也是提高其抗震性能的重要手段。
通过对结构的长期监测,及时掌握结构的变形、裂缝、损伤等情况,有利于及早发现结构的问题并采取相应的维修和加固措施,从而确保结构的安全性和耐久性。
钢筋混凝土结构在地震中的耐性研究是一个复杂而庞大的课题,涉及到结构力学、土木工程、材料科学等多个学科领域。
混凝土结构的抗震性能分析和加固设计随着城市化和经济发展的不断推进,巨型建筑成为城市的新风景,但建筑抗震能力不足,却时刻困扰着人们。
特别是地震不断发生,为了保障建筑的安全,在建筑设计中,抗震设计是非常重要的一个环节。
混凝土结构,作为当前建筑业中占有主导地位的建筑结构形式,一旦遭受地震的袭击,其结构性能可能会受到极大的破坏,需要进行抗震性能分析和加固设计。
一、混凝土结构的抗震性能分析抗震性能分析是为了评估混凝土结构在地震作用下的承载能力和破坏机理,以提高建筑的耐震能力及抗震灾害承受能力。
根据抗震性能分析结果,可以制定针对性的抗震加固方案。
1、地震的工程规律地震引起的地表运动可以分解为三个方向上的加速度,即地震动加速度。
获得地震动加速度曲线后,计算出地震动的指标,包括最大加速度、最大速度和最大位移,以及相应的周期,如地震周期和结构周期。
2、混凝土结构的响应混凝土结构在地震作用下会发生复杂且多变的变形,我们可以通过计算各种变形来描述它的响应。
在地震作用下,混凝土结构的动态特性和静态特性不同。
其动态特性包括固有周期、阻尼比等,而静态特性如屈曲承载力、极限弯矩、极限剪力等,将两者结合起来,可以计算混凝土结构在地震作用下的反应。
3、抗震分析方法抗震分析有很多方法,根据分析的范围和复杂度,可以选择不同的方法,如静力分析法、动力弹性反应谱法、时程分析法、非线性分析法等。
静力分析法适用于简单的结构,但其结果有时会低估抗震性能。
动力弹性反应谱法和时程分析法适用于复杂结构,能够更准确地计算出结构在地震作用下的响应。
非线性分析法则是最为准确的方法,但其运算量也最大。
需要根据实际情况选择不同的方法。
二、混凝土结构的抗震加固设计通过抗震性能分析,我们可以确定混凝土结构在地震作用下的破坏机理和破坏模式,根据分析结果,针对性地制定抗震加固方案,提高其抗震能力。
1、抗震加固方法(1)加大结构的强度、刚度和稳定性。
如增加板、梁的截面尺寸或数量,或在混凝土结构的某些部位添加加强板、加强肋、纵向钢筋等,以增强其刚度和稳定性。
钢筋混凝土框架结构抗震可靠度分析与设计研究共3篇钢筋混凝土框架结构抗震可靠度分析与设计研究1钢筋混凝土框架结构是一种常见的建筑结构形式,具有承受垂直荷载和地震作用的能力。
针对这类结构,进行抗震可靠度分析与设计是非常重要的。
一、框架结构抗震设计在进行框架结构抗震设计时,需要考虑以下方面:1.设计载荷:在设计载荷方面,需要考虑地震作用的峰值水平加速度、设计震级和结构质量等因素。
2.地基设计:地基的设计应该满足结构的需求,同时应该考虑到地震作用对地基的影响。
所以,地基应该有足够的强度和稳定性。
3.结构性能:建筑结构需要满足可靠性、安全性和经济性的要求。
结构的抗震性能需要满足规定的要求,例如抗震等级、最大变形量等。
4.节点设计:节点部位是结构中最容易受到地震作用影响的地方,因此需要特别设计。
二、框架结构抗震可靠度分析框架结构抗震可靠度分析应该全面考虑所有的不确定性因素,包括地震荷载、环境荷载、结构性能和材料性能等。
主要包括以下几个方面:1. 建立抗震可靠度计算模型:对结构模型进行建模,通过模拟地震荷载和其他因素对结构进行受力分析。
2. 确定基本可靠度指标:采用可靠度理论和统计分析等方法,通过模拟地震荷载对结构的影响,从而得到结构的可靠性指标。
3. 分析敏感参数:通过对参数进行灵敏度分析,确定对可靠度影响较大的参数,从而确定优化设计目标。
4. 进行可靠度分析:将建立的抗震可靠度计算模型和分析得到的敏感参数带入可靠度分析公式进行计算,得到结构的可靠度指标。
三、框架结构抗震设计的关键技术1. 地震规律的确定:地震规律是指地震波在空间传播过程中的能量传递规律。
对于不同等级的地震,应该确定其地震规律。
2. 结构的标准化设计:结构的标准化设计可以减少由于人为因素导致的结构问题。
3. 结构视察和监测:对结构进行视察和监测可以及时发现结构的问题,从而保障其稳定性和安全性。
4. 保证材料质量:保证建筑材料的质量可以减少结构在地震过程中受到的损伤。
钢筋混凝土柱在地震作用下的受力性能研究一、研究背景近年来,地震频繁发生,造成了严重的人员伤亡和财产损失。
钢筋混凝土柱作为建筑结构中的重要构件,其在地震作用下的受力性能显得尤为关键。
因此,对钢筋混凝土柱在地震作用下的受力性能进行研究,对于提高建筑结构的抗震能力、保障人身安全具有重要的意义。
二、研究内容1. 地震作用下钢筋混凝土柱的力学模型钢筋混凝土柱在地震作用下的受力性能主要受到地震作用的影响。
因此,建立钢筋混凝土柱在地震作用下的力学模型是研究其受力性能的基础。
该模型应包括钢筋混凝土柱的几何形状、材料性质、荷载作用等因素,并考虑地震作用对其受力性能的影响。
2. 地震作用下钢筋混凝土柱的力学特性在地震作用下,钢筋混凝土柱的受力特性会发生明显的变化。
通过对钢筋混凝土柱在地震作用下的受力特性进行研究,可以了解其受力性能的变化规律,为提高其抗震能力提供依据。
主要包括柱的受力变形特性、破坏模式、极限承载力等方面。
3. 地震作用下钢筋混凝土柱的加固措施钢筋混凝土柱在地震作用下易发生破坏,因此在建筑结构抗震设计中应考虑其加固措施。
通过对加固措施的研究,可以了解不同加固方法对钢筋混凝土柱受力性能的影响,并为实际工程提供可行的加固方案。
三、研究方法1. 数值模拟方法数值模拟方法是针对某一复杂问题,运用计算机对其进行模拟,通过计算机模拟的结果反映问题的实际情况。
在钢筋混凝土柱在地震作用下的受力性能研究中,可以采用数值模拟方法对钢筋混凝土柱的受力特性进行模拟分析,了解其受力性能的变化规律。
2. 实验方法实验方法是通过实验手段对问题进行研究,通过实验结果反映问题的实际情况。
在研究钢筋混凝土柱在地震作用下的受力性能时,可以采用实验方法对其进行受力测试,了解其受力特性的变化规律。
四、研究成果1. 钢筋混凝土柱在地震作用下的力学模型建立了钢筋混凝土柱在地震作用下的力学模型,该模型包括钢筋混凝土柱的几何形状、材料性质、荷载作用等因素,并考虑地震作用对其受力性能的影响。
浅谈钢骨混凝土地震下的弹塑性分析【摘要】:用Midas软件对钢骨混凝土框架结构进行地震作用下的分析,为结构提供更安全可靠的强度计算奠定基础。
钢骨混凝土框架结构抗震性能,地震波作用方向对结构抗震影响明显,增加建筑高度不利于结构抗震,提高混凝土强度等级有利于减小侧向变形,在柱中设置钢骨后抗震能力得到很大的提高。
【关键词】:钢骨混凝土、地震作用、Midas、弹塑性分析我国是一多地震国家,绝大多数地区为地震区,在建筑中加强其抗震性能,提高安全保障,在强地震区推广抗震结构体系也有其重大意义。
钢骨混凝土结构多次在地震中经受了考验,充分展示了它的优越抗震性能。
随着研究的逐步深入,钢骨混凝土框架结构逐步规模运用,而国家对钢骨混凝土框架结构整体的在地震作用下的弹塑性分析相对较少。
型钢可以分为实腹式和空腹式两大类。
实腹式型钢可由型钢或钢板焊成,常用的截面型式有I、H、工、T、槽形等和矩形及圆形钢管。
空腹式构件的型钢一般由缀板或缀条连接角钢或槽钢而组成。
由型钢混凝土柱和梁可以组成型钢混凝土框架。
框架梁可以采用钢梁、组合梁或钢筋混凝土梁。
在高层建筑中,型钢混凝土框架中可以设置钢筋混凝土剪力墙,在剪力墙中也可以设置型钢支撑或者型钢桁架,或在剪力墙中设置薄钢板,这样就组成了各种型式的型钢混凝土剪力墙。
型钢混凝土剪力墙的抗剪能力和延性比钢筋混凝土剪力墙好,可以在超高层建筑中发挥作用。
我国《工程结构可靠性统一标准GB50153-2008》规定构件按极限状态设计,承载能力极限状态要求采用荷载效应组合得到的构件最不利内力进行构件截面承载力验算。
其构件承载力验算表达式如下短暂持久设计状况:地震设计状况在地震中,弹塑性层间位移可按下列公式计算则有层间弹塑性位移应符合下式要求根据《高层建筑混凝土结构技术规程》3.8.2条规定,钢筋混凝土构件的承载力抗震调整系数是小于1.0的,也就是说,这是一种安全度的调整。
当只考虑竖向地震作用的时候,各类构件的承载力抗震调整系数应为1.0。
《早龄期扰动对新旧混凝土界面粘结性能的影响》篇一摘要:本文针对早龄期施工过程中产生的扰动因素对混凝土结构中新旧混凝土界面粘结性能的影响进行研究。
通过对不同扰动因素进行实验分析,探讨了其对界面粘结强度、耐久性及结构稳定性的影响规律,为提高混凝土结构整体性能提供理论依据。
一、引言在混凝土结构工程中,新旧混凝土界面的粘结性能是保证结构整体性能的关键因素之一。
然而,在早龄期施工过程中,由于各种原因产生的扰动因素,如施工振动、温度变化、湿度变化等,可能对界面粘结性能产生不利影响。
因此,研究早龄期扰动对新旧混凝土界面粘结性能的影响,对于提高混凝土结构的安全性和耐久性具有重要意义。
二、早龄期扰动因素分析1. 施工振动:施工过程中机械振动可能对刚浇筑的混凝土产生扰动,影响其固化过程及与旧混凝土的粘结。
2. 温度变化:混凝土在硬化过程中,温度的波动可能导致界面处产生热应力,影响粘结强度。
3. 湿度变化:环境湿度的变化会影响混凝土的水化过程及与旧混凝土的界面粘结。
三、实验方法与过程1. 试件制备:制备包含新旧混凝土界面的试件,模拟实际工程中的施工条件。
2. 扰动因素模拟:对试件施加不同强度的振动、控制温度和湿度的变化。
3. 性能测试:通过拉拔试验、剪切试验等方法,测试新旧混凝土界面的粘结强度及耐久性。
四、实验结果与分析1. 施工振动对粘结性能的影响:实验表明,一定强度的振动会降低界面粘结强度,但适度振动可能有助于排除界面气泡,提高粘结性能。
2. 温度变化对粘结性能的影响:温度波动会导致界面处产生热应力,进而影响粘结强度。
控制适宜的施工温度,可减少热应力的产生。
3. 湿度变化对粘结性能的影响:环境湿度对混凝土水化过程有显著影响,湿度过低可能导致水化不完全,影响界面粘结。
保持适宜的湿度环境对提高粘结性能至关重要。
五、结论与建议1. 结论:早龄期扰动因素对新旧混凝土界面的粘结性能具有显著影响。
其中,施工振动、温度变化和湿度变化是主要的影响因素。
钢筋混凝土的抗震性能评估地震是一种极具破坏力的自然灾害,给人类的生命和财产带来了巨大的威胁。
在建筑领域,钢筋混凝土结构因其良好的力学性能和经济性而被广泛应用。
然而,在地震作用下,钢筋混凝土结构的表现并非总是令人满意,因此对其抗震性能进行准确评估至关重要。
钢筋混凝土结构的抗震性能受到多种因素的影响。
首先,混凝土和钢筋的材料性能是关键因素之一。
混凝土的强度、弹性模量、徐变特性以及钢筋的屈服强度、抗拉强度和延性等都会直接影响结构的抗震能力。
高质量的混凝土和高强度、高延性的钢筋能够提供更好的抗震性能。
结构的设计也是影响抗震性能的重要方面。
合理的结构布局,如规则的平面和立面形状、均匀的质量分布以及适当的刚度和强度分布,有助于减少地震作用下的扭转和薄弱部位的出现。
梁柱节点的设计尤为重要,它直接关系到结构在地震中的整体性和传力性能。
施工质量对钢筋混凝土结构的抗震性能同样有着不可忽视的影响。
在施工过程中,混凝土的浇筑质量、钢筋的绑扎和连接质量等如果不符合规范要求,可能会导致结构存在缺陷,降低其抗震能力。
例如,混凝土振捣不密实可能会出现蜂窝麻面,影响混凝土的强度和整体性;钢筋的锚固长度不足可能导致钢筋在地震作用下提前拔出,从而影响结构的承载能力。
要评估钢筋混凝土结构的抗震性能,需要采用多种方法和技术。
其中,基于试验的方法是最为直接和可靠的。
通过对构件或结构进行拟静力试验或振动台试验,可以真实地模拟地震作用,观察结构的破坏模式和变形能力,从而评估其抗震性能。
然而,试验方法往往成本较高,且试验条件有限,难以完全模拟实际地震的复杂性。
数值模拟方法在抗震性能评估中也得到了广泛应用。
利用有限元软件,可以建立结构的数学模型,输入材料参数和地震波,计算结构在地震作用下的响应。
这种方法能够快速地对不同设计方案进行比较和分析,但模型的准确性取决于输入参数的合理性和计算方法的可靠性。
经验评估方法则基于以往的地震灾害调查和工程实践经验,通过对结构的特征参数进行分析,来判断其抗震性能。
早龄期混凝土受地震影响后的钢筋握裹力可靠性分析作者:李昊,邓明铖单位:四川省第六建筑有限公司摘要:结合国内外相关实验数据,对受地震影响的早龄期混凝土的力学形状进行了考察,并就地震影响与早龄期混凝土钢筋握裹力的关系进行了系统分析。
考察发现,早龄期混凝土在早期强度成长期间,特别是在初凝及终凝阶段受到振动或地震干扰后,其28天强度表现出负面影响,但其90天以后强度能够达到设计要求。
同时,根据早龄期混凝土受振动或地震影响后的钢筋握裹力分析,认为在判断受地震影响的早龄期混凝土钢筋握裹力的可靠性时,应重点对钢筋与混凝土的界面状态进行分析。
文中介绍的实验数据及分析过程可供施工及质检部门参考。
关键词:地震;界面;早龄期混凝土;钢筋握裹力0 引言钢筋混凝土构筑物的施工过程中,新浇混凝土有可能在达到设计龄期强度之前遭受突来地震力的作用,这往往会令施工及质检单位感到困惑;因为从表面上看,地震过后,钢筋混凝土结构构件外部无破坏迹象,而内部潜在的损伤情况却无从得知。
鉴于此,本文以国内外相关实验数据为依托,针对遭遇振动或地震干扰的早龄期混凝土,试就其钢筋握裹力的可靠性进行综述性分析。
1 混凝土对钢筋的握裹力1.1 混凝土与钢筋的界面关系钢筋混凝土结构中所采用的混凝土,通常是以水泥为胶凝材料。
凝固之前的水泥浆与钢筋接触时的界面是液-固界面,由于这种界面是只有几个分子厚度的过渡区,加上液相下水泥浆良好的流动性及填充性,因此混凝土可形成对容器(模板)内钢筋的良好包裹(握裹)。
而钢筋混凝土结构,正是利用了混凝土对钢筋的良好握裹性能来让钢筋与混凝土构成一种共同工作的传力体系。
水泥浆经过复杂的水化反应并逐渐凝固后,混凝土与钢筋之间的界面关系便由液-固关系转变为固-固关系。
由于钢筋与固相下的混凝土都具有一定的强度,因此要改变它们之间所形成的界面状态,就不得不使钢筋或者混凝土出现原形态下的破坏。
又由于钢筋的强度性能优于混凝土,所以混凝土与钢筋之间固-固界面的维持主要是依赖于混凝土对钢筋的握裹力。
相应,混凝土的强度越高,对钢筋的握裹力就越强。
也就是说,钢筋混凝土结构的安全性,需要确实可靠的混凝土对钢筋的握裹力来保障。
1.2 早龄期混凝土的钢筋握裹力1.2.1 早龄期混凝土的强度混凝土对钢筋的握裹力,可以通过从混凝土中拔出钢筋的手段来检测。
初凝之前的混凝土,可以认为是不具备钢筋握裹力的。
在混凝土凝结及以后的强度成长过程中,混凝土对钢筋的握裹力逐渐曾大。
通常,钢筋混凝土结构设计中所采用的混凝土强度,指的是经过养护后的混凝土的28天龄期强度。
现行JGJ/T15—2008《早期推定混凝土强度实验方法》中所推测的,也是混凝土的28天龄期强度。
而本文要重点涉及的,是早龄期混凝土的强度,如图1所示实验数据[1]。
图1 混凝土龄期与强度关系的试验数据从图1中的实验数据可以看到,龄期1天的混凝土抗压和抗拉强度的变差系数最大,分别达到了24.5%和26.6%,说明在水化过程中,这期间强度形成的离散性比较大。
同时,7天以后的龄期强度提高率不再如龄期7天之前那么陡急。
实测之外,在混凝土龄期与强度关系的理论推算方面,国外有一个古老但却被认为精度相对较高的推算公式[2]:f = t / (b + t) (1)式中 f —— 混凝土强度t —— 龄期,天b、m —— 通过实验获得的常数20世纪90年代,国内也有文献提出了一种利用三次幂函数的f-d曲线来推算早龄期混凝土强度的方法[2],按照这种三次幂函数模拟曲线,求当时以普通硅酸盐水泥425号配制的混凝土1~7天内的各龄期强度,可得到一个视觉非常完美的龄期-强度曲线图,如图2所示。
图2 早龄期混凝土的龄期-强度曲线从图2来看,三次幂函数模拟曲线可以很直观的得出早龄期混凝土的推算强度,而且龄期范围包括了3天以内的超短龄期。
1.2.2 早龄期混凝土的龄期与钢筋握裹力的关系把握了早龄期混凝土的各阶段强度,便有了考察早龄期混凝土钢筋握裹力的条件。
从本文1.2.1节中的公式(1)来分析,龄期为0时,混凝土的强度为0,这时的混凝土不具备对钢筋的握裹力。
而当混凝土达到一定的龄期后,随着混凝土强度的成长,混凝土对钢筋的握裹力逐渐体现出来。
验证混凝土对钢筋的握裹力,可以通过拉拔试验等实验手段来进行。
文献[1]中介绍的试验方法如图3所示。
接下来,通过图3所示实验方法,得到不同龄期混凝土对钢筋握裹力的试验数据,如图4所示。
图4中用于试验试件的混凝土,与图1中用于试验的混凝土同批次。
从图4中的实测数据可知,混凝土龄期越长(指龄期28天以内),对载荷过程中钢筋应变进展的抑制作用就越大,说明混凝土对钢筋的握裹效果就越好。
龄期1天时,握裹应力小到几乎可以忽略不计,而龄期7天时,握裹效果基本上达到了与龄期28天时的效果相接近的程度。
2 地震对早龄期混凝土钢筋握裹力的影响以上各节中有关早龄期混凝土的强度及握裹力数据,是建立在混凝土处于一定养护条件的基础之上的。
而如果早龄期混凝土在强度成长的养护过程中受到某种干扰,比如遭遇突来地震,那么出于结构安全性的考虑,对上述混凝土的强度及握裹力的数据就不得不作进一步的实验分析。
2.1 早龄期混凝土受振动冲击后对28天强度的影响文献[1]的信息中包括了两组关于早龄期混凝土受振动冲击后对28天强度影响的实验数据,如图5所示。
获得图5中数据的实验方法,采取了一组混凝土试块在龄期24小时的时候脱模,另一组混凝土试块在龄期48小时的时候脱模。
各组混凝土试块脱模后,立即对其施以能量冲击,然后在标准养护条件下养护至龄期28天并测试28天强度。
为了便于比较,图5中把接受能量冲击的混凝土试块的抗压强度与未受能量冲击的混凝土标准试块的抗压强度的比值定义为抗压强度比。
图5中数据表明,随着冲击能量的加大,抗压强度比有降低倾向,最大的强度降低达到20%左右。
但是,由于实验中的冲击力不均匀的原因,造成了实验结果有一定的离散性,特别是在抗压强度最小的W/C=65%和80%的情况下,离散较大。
图5所示实验结果表明,早龄期混凝土在24~48小时龄期内受到冲击后,对28天强度有负面影响。
2.2 地震影响下的混凝土强度为了得到更接近实际的实验数据,实验室往往会采用模拟手段来创造更加真实的实验环境。
地震时,各地震观测站点的仪器会记录下地震的波形,研究人员利用这个记录下来的地震波,可以在三维振动台上模拟出地震当时的情形。
文献[1]中所介绍的下面这个实验,便是通过模拟地震来观察地震对早龄期混凝土后期强度的影响。
如图6所示,实验加震的地震波,采用的是日本神户大地震时所记录下来的地震波。
实验将试验用的小型结构体固定在三维振动台上,如图7所示。
混凝土类型分为水灰比为55%的普通强度混凝土和水灰比为30%的高强度混凝土。
事前进行凝结时间试验,然后结合该试验结果的初凝和终凝时间,将加震龄期设定为搅拌后1小时、3小时、6小时、9小时、12小时、24小时。
图7 三维振动台上供试验用的小型结构体试验所用小型结构体为无筋,浇筑面上部以塑料膜覆盖,至加震龄期止,进行室内标准养护,加震后继续室内标准养护。
取芯试件从图7中所示各位置采取(7天、28天、91天),测定抗压强度和弹性模量(28天、91天),结果如图8、9所示。
图9 相对无加震28天取芯强度的强度比图8、9中所示N55代表水灰比55%的普通强度混凝土,L30代表水灰比30%的高强度混凝土。
各龄期时的取芯强度比,是指各龄期时的加震与无加震试件的取芯强度比。
从图8中的数据来看,混凝土初凝和终凝前后的加震对强度的负面影响比较大。
同时,图9中的数据表明,虽然这些受震后的混凝土根据龄期情况强度会有所下降,但随着混凝土强度的成长,龄期91天后均能达到设计强度。
3 可靠性分析3.1 界面状态可靠性分析混凝土强度成长的基本特性(图1),决定了早龄期混凝土相对钢筋的握裹能力(图3)。
当握裹应力很小的时候,振动或地震所引起的钢筋混凝土内部界面状态的细微变化(界面处混凝土细部破坏)对混凝土整体施加的应力较小,有可能不会使混凝土其它部分及表面产生裂缝,这就容易使震后的目视检查产生疏忽,而当混凝土与钢筋良好的附着界面状况发生细微改变时,混凝土与钢筋的共同受力作用就要大打折扣,这对起承重作用的钢筋混凝土构件来说是很危险的。
结合图1、图4分析,早龄期混凝土从龄期7天始至龄期28天止,其强度发展坡度已大致趋于平稳,而达到龄期7天强度后,混凝土对钢筋的握裹力也达到了与28天强度相接近的程度。
所以,判断遭受振动或地震干扰后的早龄期混凝土钢筋握裹力的可靠性,重点应关注振动或地震干扰是否发生在混凝土的初凝至龄期7天之间。
混凝土的初凝数据,可以从混凝土搅拌站或者外加剂厂商那里获得。
初凝前遭遇振动或地震,由于水泥浆充分的流动性和填充性,混凝土与钢筋界面状态的变动可以在瞬间得到复原,因此这期间可判断为对后期混凝土的钢筋握裹力可靠性无影响。
而若在初凝至龄期7天之间,由于混凝土已产生凝结同时尚未达到充分的龄期强度,因此混凝土与钢筋的界面状态在振动或地震干扰下所发生的变动是不可逆的。
同时由于这种界面过渡区的厚度是分子单位级的,因此即使利用超声波等手段,也难以检测出界面状态的细微变化。
这时候,混凝土的钢筋握裹力是不可靠的。
3.2 后期强度的可靠性分析早龄期混凝土受振动或地震影响,其钢筋握裹力的可靠性除了要考虑混凝土与钢筋的界面状态变动外,还要考虑混凝土本身的后期强度。
结合图5、图6分析,早龄期混凝土受到振动或地震干扰,影响其后期强度的因素比较复杂。
从图中的实验数据来看,振动和地震干扰,特别是初凝和终凝前后的振动和地震干扰,对混凝土28天龄期强度有一定的负面影响,但龄期90天以后的强度还是可以保证的。
所以,排除钢筋混凝土的界面状态因素,受振动或地震影响的早龄期混凝土的后期强度还是可以信赖的。
4 结语由于振动或地震影响下的早龄期混凝土的后期强度能够达到设计要求,因此采用回弹仪等手段难以发现潜在的影响混凝土钢筋握裹力的问题。
钢筋混凝土结构物在施工过程中遭遇地震,在判断受地震影响的早龄期混凝土钢筋握裹力的可靠性时,应重点对钢筋与混凝土的界面状态进行分析。
参考文献:[1] 彭光泽.关于地震对新浇混凝土影响的情报综述[R].成都:四川省建筑科学研究院,2008.[2] Coral M L.Empirical Time-Strength of Concrete[J].Journal of theACI,1956(2):215-224.[3] 余宗明. 混凝土强度推算的等效龄期法[J].低温建筑技术,1996(4).。