随着我国建筑业的迅速发展,大跨度的预应力钢筋混凝土框架结构得到了广泛的应用。如何对预应力钢筋混凝土结构进行准确的受力分析?并为结构设计提供坚实的理论依据。各国学者进行了深入的研究,有限单元法的诞生,为解决这一问题提供了一条有效的途径[1]。
2结构方案的确定
2.1建筑方案
某单位四层附属综合办公楼工程,作为会议和办公设施。其中位于办公楼四层的会议室建筑面积518.7m2,平面长27.3m,宽19m,能容纳260～300余人。考虑到会议室的功能要求,应采用跨度为19m的大跨度框架梁楼盖结构。对于大跨度框架梁楼盖结构的选择,可以考虑型钢混凝土组合结构、钢筋混凝土桁架结构、预应力钢筋混凝土结构、普通钢筋混凝土密肋梁板结构等。
但在方案比选中考虑到:①业主要求综合楼的屋面可作为职工休息时间的活动场所,因此,不能采用较大的坡度的屋面形式。而且对受力主梁的挠度变形要求比较高,在这种情况下,就不能选用钢筋混凝土桁架结构。②若采用普通钢筋混凝土密肋梁板结构,跨度为19m,为满足挠度及裂缝宽度限值的要求,梁将具有很大的横截面高度,这就很难满足会议室内部上空的净高和美观要求。③如果采用型钢混凝土组合结构,屋面楼盖采用压型钢板混凝土组合楼板,那么在结构原理上,是比较合理的。但与采用预应力钢筋混凝土结构相比,钢材的使用量比较大,建筑成本较高[2]。综合以上的分析,框架主梁采用后张法有粘结预应力结构,框架主梁的截面为400mm×1200mm,次梁的截面为300mm×600mm,楼板厚度为100mm,柱子采用普通钢筋混凝土结构,截面700mm×700mm,具体的结构布置及计算模型见图1。主、次梁、柱结点处混凝土强度等级采用C40,柱的混凝土强度等级采用C30。
2.2构造要求
框架主梁支座及跨中非预应力筋均采HRB335级,直径为25mm,通长设置。预应力筋按双束设置,一端张拉,张拉端分别设在梁的两端。预应力筋的孔道采用预埋Φ70波纹管来实现,预应力筋在梁内按束布置,锚具采用OVM锚具系列。张拉并灌浆完毕后,用C30混凝土进行封闭保护。为保证预应力筋的孔道可以顺利通过梁柱结点并准确定位,柱纵筋布置成双排,在满足规范要求的前提下,增大纵筋的间距[3]。
3结构计算模型
3.1单元选择
在对大跨度有粘结预应力混凝土楼盖主梁结构进行分析时,混凝土主梁、次梁、柱和楼面板采用8结点的等参块单元来模拟,预应力钢筋采用2结点的杆单元来模拟,由于模拟有粘结预应力钢筋,要求杆单元的结点位移同块单元结点位移协调,即两种单元共用结点。
3.2荷载与工况
作用在楼盖上的荷载包括自重(梁板自重、面层及吊顶自重),人群荷载取3.5kN/m2,地震作用。由于建筑的设计使用年限为50年,建筑结构的安全等级为二级,抗震设防烈度为7度,设计地震分组为第一组,抗震等级为三级,采用拟静力法计算,设计基本地震加速度为0.1g。
本设计和计算考虑如下3种工况:工况1,自重+预应力;工况2,自重+预应力+人群荷载;工况3,自重+预应力+人群荷载+地震作用。
3.3预应力损失计算
主梁预应力筋采用低松弛高强度钢绞线,每束钢绞线为6×7Φ15。强度标准值fptk=1860MPa,张拉控制应力σcon=0.75fptk=1395MPa。主梁两束预应力钢筋采用一端张拉,其预应力损失分为两批,主梁各位置处预应力损失计算结果参见表1。
4计算成果分析
4.1应力分析
通过对该预应力混凝土楼盖结构的分析,得到了各工况下结构第四层主梁、次梁和楼板上的应力分布情况,其最大拉应力、最大压应力、最大剪应力值及所出现的位置如表2所示。
从表2可以看出,结构的最大拉应力出现在主梁上,虽然最大值达到了2.97MPa,但这只是出现在主梁下边缘非常小的局部范围内,结构主要部分的拉应力都在材料允许范围内。其最大压应力出现在主梁或次梁上,混凝土的抗压强度能够满足要求。并且,计算结果表明,地震作用对预应力混凝土楼盖主梁结构影响不大,而人群荷载对结构影响较大。
4.2变形分析
各工况下结构第四层的最大位移参见表3。
从表3可以看出,当预应力施加后,主梁出现了明显的反拱,反拱位移2.31mm。采用预应力钢筋混凝土主梁后,结构的挠度值很小,最大挠度出现在工况3下,为8.54mm。而《规范》规定[3],计算跨度l0>9m时,其挠度限值为l0/300=63.3mm。实际挠度远远小于规定的挠度限值,能够满足工程需要。
5结语
综上所述,通过结构分析,该综合办公楼采用大跨度后张法有粘结预应力混凝土楼盖主梁结构是科学合理的,这不仅满足了会议室兼小礼堂的大空间要求,同时又符合结构设计经济实用的原则。文中所采用的分析方法为大跨度预应力混凝土楼盖主梁结构的设计提供了可靠的理论基础。
该工程由湖南省第五工程公司承建,工程于2008年5月已竣工验收,目前使用效果良好,业主比较满意。
参考文献:
[1]江见鲸,陆新征,叶列平.混凝土结构有限元分析[M].北京:清华大学出版社,2005.
[2]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,2005.
[3]GB50010-2002.混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
关键词：预应力混凝土；无粘结；预应力筋；施工
1前言
无粘结预应力是后张预应力混凝土的一种新的施工工艺，其做法在预应力丝束表面涂防腐涂料并用塑料管包裹后，如同普通钢筋－预先铺设在支好的模板内，然后浇筑混凝土，待达到强度后进行张锚固。由于其具有无需留孔与灌浆、孔道摩擦力小、预应力筋易形成跨度曲线、施工简便等优点，近年来得以推广并广泛应用，但其技术量高、专业性强、施工中如果质量控制不严，易造成结构隐患，影响结构安全，在施工中应采取质量控制措施。
2工程概况
某出版基地科技文化活动中心-康乐中心，康乐中心共三层，一层层高5m，二层4.5m，三层6m，局部4.5m和7m。建筑物最高点19.1m，室外地坪最低标高-0.6m。康乐中心建筑物长度88.15m，宽度48.575m。各层建筑面积分别为：一层2840.81m2，二层2249.57m2，三层2593.5m2，单项工程建筑面积7880.92m2。其屋面设有4根24m跨无粘结预应力大梁，为本工程特殊结构部位。
3无粘结预应力屋面大梁施工
3.1施工前的准备工作
图纸会审和技术交底：在施工前组织各级技术人员审图对关键部位放出大样图，发现问题及时与设计者协商解决。
严格拉制所用材料：钢绞线、锚具进场后要检查与货同行的产品标牌、合格证、厂家出具的物理性能证明书或产品质量检验报告。对钢绞线进行外观检查，不得有接头或死弯，油脂饱满均匀，不漏涂、护套圆整光滑，松紧适当。预应力筋的表面如有破损，必须及时用塑料胶带纸修补，外观检查必须逐盘进行。同时钢绞线及水泥要进场后抽样送试。
张拉设备与压力表：使用前应由计量部门配套检测是否合格，并提供相应拉力对照表。
3.2屋面大梁施工
康乐中心屋面结构层，纵向17轴、19轴的C轴至J轴线段，横向G轴、E轴的15至21轴线段设计为无粘结预应力屋面大梁，共四根，呈井字状布置。跨度24m，截面尺寸宽500mm，高1350mm，C40砼。除配设普通钢筋外，另配设8根单束φs15.2钢铰线作为预应力主筋，呈抛物线布置，一端作固定端，一端作张拉端，大梁与柱为刚结点。
3.2.1施工顺序
施工中采用如下的施工顺序：搭设大梁、板支撑架铺大梁底模绑扎大梁普通钢筋和敷设无粘结预应力筋固定端附加螺旋钢筋、安装锚板及夹具张拉端附加钢筋网片、安装锚垫板支次梁底模、扎次梁钢筋支大梁侧模、次梁侧模、板底模绑扎屋面板钢筋浇捣梁板砼大梁砼达到75%设计强度后，张拉钢铰线建立预应力张拉端锚板、锚具防腐处理、浇砼封闭张拉端预留张拉口处砼后浇封闭模板拆除。
3.2.2屋面大梁支撑及模板施工
支模体系：双立杆钢管、双扣件支模架体系。双立杆纵横间距不大于800mm，水平横杆间距不大于1200mm，支撑架体纵、横向均开设剪刀撑。梁底受力杆为8号槽钢。
模板材料：为确保模板自身刚度，梁底、侧模均采用20mm厚钢框竹胶合板。
特殊措施：梁底模起拱3‰L，梁底中部加设双立杆顶撑，梁两侧模板设置3道直径16、间距600mm的对拉螺杆。立杆底部带钢垫板，一、二层楼板顶撑保留不拆除并垂直对应，使大梁梁板砼及支撑架的重量直接传至地面。屋面梁板砼浇筑时，派专人看模，发现异常情况，停止砼浇筑，待加固支撑体系后再施工。
3.2.3屋面大梁无粘结预应力钢铰线施工
采用挤塑涂层工艺生产的1×7，直径为15.2的标准型钢铰线，强度级别为1860Mpa。钢铰线的下料长度及下料方法：下料长度按钢铰线一端张拉L=L0+2(L1+100)+L2+L3公式计算。L0为构件内孔道长度，L1为夹片式工作锚厚度，L2为穿心式千斤顶长度，L3为夹片式工具锚厚度。经计算，17轴线、19轴线梁钢铰线下料长度为25.6m，E轴线、G轴线梁下料长度为25.8m。因钢铰线盘重大，盘卷小，弹力大，采用简易铁笼，将钢铰线盘卷装在铁笼内，从盘卷中央逐步抽出，丈量长度后，采用砂轮切割机断料。
钢铰线铺设与固定：在大梁底部普通钢筋铺设后进行，采用人工穿束铺设。先临时固定在模板支撑体系的横杆上，待普通钢筋箍筋绑扎后，根据设计图纸确定的抛物线状标记出钢铰线每距1m的高度位置，用直径14的钢筋点焊固定在箍筋上，作为钢胶线就位的支杆。复核支杆高度无误后逐步拆除临时支杆，使其就位。并按设计给定的水平位置将8根单束钢铰线排列均匀，用8号铁丝绑牢。对预应力筋和普通钢筋分别隐蔽验收。
3.2.4钢铰线锚固端、张拉端的特殊处理
17、19轴线预应力大梁钢铰线张拉端考虑设在C轴柱顶外侧端，固定端则直接锚入J轴柱梁端顶部内。E、G轴大梁钢铰线张拉端考虑设在21轴柱梁端固定端则直接锚入15轴柱梁端内。
钢铰线锚固端的特殊构造处理：钢铰线锚固端处按单根套设直径8mm的螺旋钢筋，螺旋钢筋圈数5圈以上。单孔钢锚垫板设4根螺纹直径14mm的锚筋，锚筋长度大于140mm，直接点焊固定在柱、梁钢筋上。钢铰线末端穿过锚板孔口后，采用单孔15-1P夹片式锚具固定。
钢铰线张拉端的特殊构造处理：钢铰线张拉端处按设计增设5片直径10mm，间距50~80mm的钢筋网片，钢筋网片与柱梁钢筋点焊固定。8根单束钢铰线按设计设二块锚垫板，锚垫板采用Q235材质，厚度14mm，长宽按设计尺寸。锚垫板设直径16的螺纹锚脚，钢筋长度大于160mm。锚脚点焊固定于柱梁钢筋上，并固定于端部模板上，确保锚板位置正确，平整无误。张拉端的钢铰线通过锚板孔，甩头长度确保大于穿心式千斤顶的长度，以便张拉。
3.2.5大梁砼浇捣
大梁分三层浇捣，每层分别浇捣密实，特别是锚固端及张拉端部砼必须仔细浇捣，确保密实。大梁一次连续浇捣成型，没有水平、垂直施工缝。大梁浇捣沉实1小时后再浇板砼，以免出现裂缝。为提早张拉时间，大梁砼强度宜提高一级，按C50砼浇捣。
3.2.6锚具
固定端采用单孔15-1P夹片式锚具，张拉端采用单孔15-1夹片式锚具。锚具锚环采用45号钢，调直热处理硬度HRC32-35。夹片采用20Cr钢，表面热处理后的齿面硬度为HRC60-62。
3.2.7无粘结预应力张拉施工
预应力张拉准备工作：砼浇捣时预留试块，按现场同条件养护，试压检验砼强度达到设计强度75%以上时，才进行张拉。张拉端预埋垫块与锚具接触处的焊渣、砼残渣等清理干净。准备四台穿心式YC20D千斤顶，四台ZB0.8-500电动油泵。未张拉前，模板及支撑系统不得拆除。
张拉方法及顺序：采取一端张拉，双控方法（即控制张拉应力、控制张拉伸长值），分束分批建立预应力。因四根梁呈井字布置，考虑张拉应力平衡，每根梁端设一套张拉机具，四根大梁同步分束建立预应力。
张拉程序：因钢铰线为曲线布置，以0.2Pj级载量初始伸长值，Pj级或1.03Pj级为伸长终点值。本工程张拉程序征求设计单位意见，取其中一种与设计松驰应力相吻合的张拉程序。为便于同步建立预应力和便于校核张拉伸长值，实行分级加载，中间增加一级0.6Pj载级。
张拉最大控制应力：最大张拉应力бcon不大于规范和设计要求的75%fPtk，即最大张拉力бcon=0.75×fPtk×AP=0.75×1860×139=19.3905kN。最大张拉力由千斤顶与电动油泵配套标定的压力读数表控制。
伸长值校核：按直线段、曲线段分别计算伸长值后叠加，大梁钢铰线理论伸长值初步计算为180mm。考虑钢铰线为曲线布置，以0.2Pj级载量伸长起点值，以0.6Pj级载量伸长中间值，以1.0Pj或1.03Pj时量伸长终点值。
张拉端锚固区处理：张拉端锚固后，将多余的钢铰线采用手提式砂轮切割机切除，外露长度不少于300mm，并清除锚板及锚具上的油污、杂物，涂刷防锈漆后，采用C40膨胀砼封闭。
张拉端区预留板孔处理：将张拉端锚固处理后，对预先为方便张拉留设的板孔洞支模，按施工缝处理后，后浇C30膨胀砼封闭。
3.3预应力张拉准备工作中应注意的问题
预应力张拉前，对从事张拉工作的人员进行专门的技术培训和全生产教育，操作人员必须熟记张拉程序和机械操作规程，熟悉机性能，并进行以下工作。
3.3.1所有用于预应力的千斤顶应是专为采用的预应力系统所设计，经国家认定的技术监督部门认证的产品。
3.3.2千斤顶的精度应在使用前校准。千斤顶一般使用超过6个月或200次，或在使用过程中出现不正常现象时应重新校准。测力环或测计应至少每2个月进行重新校准，并使监理工程师认可。任何时候工地测出的预应力钢绞线延伸量有差异时，千斤顶应进行再校准。
3.3.3用于测力的千斤顶的压力表，其精度应不低于1.5级。校正千顶用的测力环或测力计应有±2%的读数精度。压力表读盘直径应小于15mm。每个压力表应能直接读出以“kN”为单位的数值或伴一换算表可以将读数换算为“kN”。压力表应具有大致两倍于工作力的总压力容量，被量测的压力荷载应在压力表总容量的1/4～4范围内，除非在量程范围建立了精确的标定关系。压力表应设于作者肉眼可见的2mm距离以内，使无视觉差能够获得稳定和不受动的读数。每台千斤顶及压力表应视为一个单元且同时校准，以确张拉力与压力表读数之间的关系曲线。
3.3.4张拉前根据钢绞线的强度、拉力和弹性模量值计算出每束(根)绞线的初始拉力、控制拉力和超张拉力下的伸长值，作为施工时的拉伸长值控制指标。
3.3.5无论是进行预应力张拉，还是进行孔道压浆，事先在操作部位两端用钢板设置屏障，用缆绳隔离并设置明显警示标志，操作期间禁任何非施工人员进入施工现场，操作人员也严禁将身体直接对准道部位。
4结束语
通过对无粘结预应力混凝土工程质量施工过程各个环节的控制，出版基地科技文化活动中心-康乐中心的施工质量得到了很好的效果。实践证明，只要强化管理、精心施工，在技术上严格把关，操作上严格按照工艺要求去施工，无粘结预应力混凝土就会达到预期的效果，杜绝质量隐患的发生。
参考文献：
[1]蔡鸿飞.无粘结预应力混凝土大梁的施工实例.建筑技术开发，2004-09:43~44.
[2]陈庆波.大跨度、大体积无粘结预应力梁施工质量控制技术.广西城镇建设，2006-10:19~21.
[3]郑康喜.某教学实验楼无粘结预应力混凝土大梁施工技术.广东土木与建筑，2005-07:28~29
关键词：事故处理结构防火
1火灾现场的资料收集
火灾事故一经发现，应尽可能早地进入现场或其周围了解情况。在火灾扑灭之后，更应在现场未经破坏时收集原始资料。
(1)起火时间、原因与灭火方式。建筑物的起火时间与火灾延续时间应予详细记录。火灾发生之后，有一个火势从小到大的发展阶段，再经过灭火或空气、燃料耗尽而火势减弱直至熄灭。要尽可能地找出火源所在位置，查明失火的原因，这对以后避免火灾发生很有意义。不同的受灾对象有不同的灭火方式，要说明灭火使用的手段。
(2)火势蔓延的过程与过火范围。从火源处开始，通过可燃物的燃烧，过火范围逐步扩大。火势常通过门窗、楼梯间、过道、天井等蔓延至其他位置与楼层。火势能否蔓延与通风条件有很大关系。由于建筑物各部分火烧时间不同，受损的程度也还大有差异。
(3)可燃物品统计。特别对工矿企业，可燃物的品种、数量与存放方式各有不同，应分别查明，记录在案。还需说明可燃物在火灾后的燃烧状况，如烧毁多少、残存多少等。
(4)结构损毁程度。钢筋混凝士结构受不同温度不同时间的作用，有多种损坏情况。在各个过火区域要分别调查结构损毁程度，例如结构本体是否完好，外观破坏程度，包括保护层剥落、钢筋外露、裂缝开展以及构件变形等等。
(5)现场材料取证。火灾现场一般都有各种金属与非金属材料，如铜、铁、铝、玻璃等、它们在经受温度作用时会发生不同的物理化学变化,铝与铝合金在600～700℃、黄铜在900～1000℃、铸铁在1100～1200℃会有金属滴产生；玻璃在700℃时软化，而在850℃时熔化,在不同过火区域取证这些典型样品，对火灾的鉴定有很大作用。
(6)混凝土取样。混凝土是组成结构的主要材料，其损毁程度与建筑物修复的关系最大。混凝土在高温作用下会发生物理变化与化学反应，当温度在300℃以下时，混凝土无变化，随着温度的升高，水泥水化物(主要是硅酸钙与氢氧化钙晶体)将会有显著的变化。可通过扫瞄电子显微镜，拍摄到清晰的照片，再结合X射线衍射分析，能有效地鉴定混凝土受火的损伤状态。
2火灾的技术分析资料
根据现场勘测收集的资料，进行综合分析，在技术上作出判断与评估，这些技术分析资料主要有：
(1)结构受火温度。可根据以下情况综合分析：
混凝土表面颜色的变化与温度有关：300℃以下颜色不变，300～600℃转为粉红至红色，600～950℃转为灰白至淡黄，大于950℃则为灰黄色；现场材料取证(见前述)；构件外观状况：300℃以下无显著变化，300～600℃表面开裂，石英质骨料发生爆裂，600～900℃混凝土剥落起壳，轻击后脱离，部分钢筋外露，表面疏松，900℃以上表面呈粉末状，至1200℃熔融；扫瞄电子显微镜与X射线衍射分析；碳化深度检测：混凝士正常碳化通常发生在表面，火灾引起的碳化可出现在内部。用碳化深度可检测受火表面温度。
(2)混凝土高温后力学性能。混凝土的抗压强度、抗拉强度、粘结强度、应力-应变关系等均与温度有关,当温度确定后，均可予以推断。混凝士强度还可用钻芯取样、回弹仪检测、超声检测等方法直接测得，并进行综合评价。
(3)钢筋高温后力学性能。包括屈服强度、极限强度、弹性模量等也与温度有关，可通过由实验得出的经验公式计算获得。
(4)结构残余承载力。从混凝土与钢筋高温后的强度可计算火灾后钢筋混凝土结构的残余承载力(结构承载力因受高温作用而下降)。必要时可在火灾现场不同区域选取典型构件进行加载试验。
(5)结构损伤度。结构灾后损伤程度分为4级:1级为轻度损伤,只是表面装饰部分遭受损坏，或表面损伤轻微，结构本体完好。2级为中度损伤,损伤深度达到混凝土保护层，使保护部分剥落，但受拉主筋未受损伤，构件整体性好，变形不超过规范规定值。3级为严重损伤,混凝士保护层大片剥落、主筋外露，粘结力破坏，构件明显变形。4级为严重破坏,混凝士构件表面大面积损伤剥落、严重开裂，结构变形很大，构件遭到严重破坏，已成为危险结构。
(6)修复措施。对于损伤度为1～3级的结构，可分别采取相应的技术措施予以修复,由有关部门应提出结构修复的技术文本。
3资料的系统归档
火灾发生以后直至处理结束，应将所有资料系统归档，这些将由不同单位和不同方式提供的火灾现场资料与技术分析资料有:
(1)火灾现场资料。根据资料不同的性质，将分别由消防部门、业主、有关技术人员等提供。资料包括书面文件、材料样品、照片、录像等。除书面文件外，其他资料还应有详细说明。
(2)专家技术人员的技术鉴定书。火灾对结构破坏的技术分析，只能由专门技术人员作出,并提供技术鉴定书与评估意见。
(3)图纸。由业主提供受灾建筑物的设计图纸。专家技术人员在检测过程中，应对图纸上每个构件编号，说明受损情况，以便采取相应的修复措施。由于建筑物受灾程度不等，故进行全面检测后，要对图纸中标明的过火区域按不同损伤情况分区，划为严重受灾区、中等受灾区、轻微受灾区、未受灾区等。
（4）结构修复设计方案和结构物修复的施工技术文件。
关键词：混凝土裂缝裂缝控制
混凝土工程中材料的特性决定了结构较易产生裂缝，从实践中来看施工中混凝土出现裂缝的概率也是很大的，相当一部分裂缝对建筑物的受力及正常使用无太大的危害，但裂缝的存在会影响到建筑物的整体性、耐久性，会对钢筋产生腐蚀，是受力使用期应力集中的隐患，应当尽量在各方面给予重视，以避免裂缝的出现或把裂缝控制在许可的范围之内。
一、高层建筑施工中几个特殊部位的裂缝分析
1、大体积基础混凝土板
高层建筑中随着高度的不断增加，地下室愈做愈深，底板也愈来愈厚，厚度在3m以上的底板已屡见不鲜。高层建筑中基础底板为主要的受力结构，整体要求高，一般一次性整体浇筑。国内外大量实践证明，各种大体积混凝土裂缝主要是温度变化引起。大体积混凝土浇筑后在升温阶段由于体积大，集聚在内部的水泥水化热不易散发，混凝土内部温度将显著升高，这样在混凝土内部产生压应力，在外表面产生拉应力，由于此时混凝土的强度低，有可能产生表面裂缝。在降温阶段新浇混凝土收缩因存在较强的地基或基础的约束而不能自由收缩。升温阶段快，混凝土弹性模量低，徐变的影响大，所以降温时产生的拉应力大于升温时产生的压应力。差值过大时，将在混凝土内部产生裂缝，最后有可能形成贯穿裂缝。为解决上述二类裂缝问题，必须进行合理的温度控制。
混凝土温度控制的主要目的是使因温差产生的拉应力小于同期混凝土抗拉强度的标准值，并有一定的安全系数。为计算温差，就要事先计算混凝土内部的最高温度，它是混凝土浇筑温度、实际水化热温升和混凝土散热温度的总和。混凝土内部的最高温度大多发生在浇筑后的3～7天。混凝土内部的最高温度Tmax可按下式计算：
Tmax＝To+(WQ)/(Cr)ξ+(F)/(5O)(1)
式中：T0——混凝土的浇筑温度(℃)
W——每m3混凝土中水泥(矿渣硅酸盐水泥)的用量(kg/m3)
F——每m3混凝土中粉煤灰的用量(kg/m3)
Q——每kg水泥水化热(J/kg)
C——混凝土的比热
r——混凝土的密度
ξ——不同厚度的浇筑块散热系数(见表1)
不同厚度的浇筑块散热系数
表1
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厚度(m)1.01.52.02.53.03.54.0＞4.0
ξ0.230.350.480.610.730.830.951.0
------------------------------------------------
实测资料显示，当基础板厚大于2米时，上述公式的相对误差在0.1%～1.3%之间，在计算温差后，即可计算出降温阶段混凝土内部的温度应力σ(2)xmax
σxmax＝EαT(1-(1)/(coshβL/2))H(t,τ)………(2)
式中：E——混凝土的弹性模量(N/mm2)
α——混凝土的线膨胀系数(10-5/℃)
T——温差(℃)
L——板长(mm)
β＝Cx／HE
H——板厚(mm)H＞0.2L时，取H＝0.2L
Cx——地基水平阻力系数(N/mm3)
H(t，τ)…考虑徐变后的混凝土松驰系数，
其中，t——产生约束应力时的龄期，τ——约束应力延续时间。
注意同期内由于混凝土收缩引起的应力应转化为当量温差，计入T一并计算σxmax。
由(1)、(2)分析可知：为避免裂缝出现，主要是减少T。可采用合理选用材料，降低水泥水化热，优化混凝土集料的配合比，控制水灰比，减少混凝土的干缩，具体控制措施见后。如有可能，减少浇筑长度L，增加养护时间减少降温速率以相应减少松驰系数对控制贯穿裂缝也有一定的意义。
2、地下室混凝土墙板及楼板的裂缝分析
地下室墙板的裂缝产生与基础大体积混凝土裂缝产生的原因有相同之处，即混凝土在硬化过程中由于失水会产生收缩应变，在水泥水化热产生的升温达到最高点以后的降温过程会产生温度应变。但又有其特点：一是墙板受到基础、楼板受到地下室外墙的极大约束，这种约束远大于桩基对基础的约束，产生贯穿裂缝的机率大。二是内墙板及楼板受环境温度影响较大。三是内外温差小，产生表面裂缝的机率小。四是养护困难，散热快、降温速率大，混凝土的松驰徐变优势难以利用，在气温骤变季节尤应注意。
在计算板内最大拉应力时仍可利用公式(2)，但有以下几点应注意：
1)H取0.2L，L为整浇长度；
2)Cx取值应大于1.5N/mm3因为连接部位有较强钢筋约束；
3)计算温差T时，要考虑底板及外墙(兼作围护情况下)紧靠土体，受环境温差小，而被它们约束的墙板及周边楼板在施工过程中基本同外界温度同步变化。
4)若底板墙板施工间隔过长、外墙兼作围护时，则在计算混凝土收缩时应注意约束体与被约束体的收缩期不同，收缩量也不相同。
3、高强混凝土裂缝分析
目前高层建筑中已广泛使用C40～C60中高强混凝土，随着材料科学的迅速发展，C80～C120的高强混凝土在具体工程中已有应用。由于高强混凝土采用的配合比设计多为低水灰比、高标号水泥、高水泥用量、使用高效减小剂及掺加超细矿粉。这样其收缩机制与普通混凝土就有所不同。
高强混凝土由于其水泥用量大多在450～600kg/m3)，是普通混凝土的1.5～2倍。这样在混凝土生成过程中由于水泥水化而引起的体积收缩即自缩就大于普通混凝土，出现收缩裂缝的机率也大于普通混凝土。
高强混凝土因采用高标号水泥且用量大，这样在混凝土硬化过程中，水化放热量大，将加大混凝土的最高温升，从而使混凝土的温度收缩应力加大。在叠加其他因素的情况下，很有可能导致温度收缩裂缝。由于高强混凝土中水泥石含量是普通混凝土的1.5倍，在硬化早期由于水分蒸发引起的干缩也将大于普通混凝土。
二、裂缝的控制措施
1、设计措施
1)增配构造筋提高抗裂性能，配筋应采用小直径、小间距。全截面的配筋率应在0.3～0.5%之间。
2)避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。
3)在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限拉伸。
4)在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，在正常施工条件下，后浇缝间距20～30m，保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。
2、施工措施
1)严格控制混凝土原材料的的质量和技术标准，选用低水化热水泥，粗细骨料的含泥量应尽量减少(1～1.5%以下)。
2)细致分析混凝土集料的配比，控制混凝土的水灰比，减少混凝土的坍落度，合理掺加塑化剂和减少剂。
3)浇筑时间尽量安排在夜间，最大限度降低混凝土的初凝温度。白天施工时要求在沙、石堆场搭设简易遮阳装置，或用湿麻袋覆盖，必要时向骨料喷冷水。混凝土泵送时，在水平及垂直泵管上加盖草袋，并喷冷水。
4)根据工程特点，可以利用混凝土后期强度，这样可以减少用水量，减少水化热和收缩。
5)加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。
6)混凝土尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上，混凝土的现场试块强度不低于C5。
7)采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。
关键词：混凝土结构工程加固施工方案
混凝土构筑物因出现功能性改变，如接建、增加荷载等，或在出现质量问题，如配筋不足、灾后修补、混凝土强度不够等，都需要进行加固。其加固施工及加固方案的制定尤为重要，对于需要加固的构筑物，应根据构筑物的不同情况制定不同的加固方案。方案的确定要遵循安全、经济、快捷、施工方便的原则，只有这样，加固工程才能收到良好的社会效益和经济效益。
优秀的加固方案具体体现在其施工作业方便、施工技术先进、经济效果好、加固质量高等四方面的特点。
1．良好的施工性是加固工程方案必须考虑的条件之一
加固工程方案的优劣，首先要把是否具有施工作业方便作为必要条件，没有良好的施工性是阻碍加固工程施工的一个拦路虎。有的加固方案虽然具有解决问题的可行性，但是，由于其方案在施工过程中增加了一定的施工难度，而造成施工工期长，劳动用工大，安全系数低的弊端，结果是将影响到加固质量。例如，新乡市某技工学校办公楼因冬季施工，掺加不合格防冻剂，超标的氯离子破坏了钢筋钝化膜，致使十架大梁产生严重裂缝，需要进行加固，原施工设计方案之一是采取简易修补法，即，将大梁裂缝处出现的酥松混凝土凿除，露出钢筋后，将锈蚀的钢筋周圈进行除锈后，用环氧砂浆进行封闭，达到加固目的；方案之二是采取加大截面加固法，即，通过增大构件的截面和配筋，用以提高构件的强度、钢度、稳定性和抗裂性，并达到修补裂缝的目的。经对设计方案分析，此两种方案除具有工程造价低的优点外，还有以下不足之处：
1．1技术可行性差，由于此大梁跨度大，凿除混凝土梁则需分段进行，要用大量的临时支撑进行安全防护，造成周转材料不必要的浪费；
1．2劳动强度高，在凿除混凝土梁时，因分段施工时，只能凿一米挪一米，成倍增加了劳动强度；
1．3工效低，大量的重复劳动和落后的施工作业方法，延误了施工工期并导致劳动效率下降；
1．4安全性差，因所有大梁必须将钢筋凿除外露，大梁承载力减小，在施工时，须时刻注意防护措施是否到位，麻痹大意则易出现意外事故；
1．5产值效益小，大量的周转材料和人工费用的浪费，加大了生产成本，减少了生产效益；
1．6加大的截面影响房屋外观和空间尺寸。
基于这些原因，经与甲方和设计院商讨，改变加固方案，采用先进的外包钢加固施工方法，应用QR型建筑工程结构胶粘锚技术，对这十架大梁进行加固，由于技术先进，加固性能好，占用空间小，施工周期短，材料消耗少，工艺简便、安全并减轻了劳动强度，提高了加固质量。取得了良好的综合效益。
2．不同类型加固工程与加固方案分析
一般来说，加固工程常采用的方法有加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法和改变结构传力途径加固法等，随着科学技术的不断进步，应用新技术、新材料、新工艺进行工程加固的方法，如，化学灌浆法、粘钢锚固法、碳纤维加固法应运而生，并开始广泛应用于各类加固工程中。具体那个方案最能体现加固工程所要求的短、平、快、省的特点，应根据需要加固的构件情况，综合确定加固方案。
2．1以框架梁的加固为例，笔者认为，较为合理、经济、技术先进的加固方案当属粘钢锚固法和碳纤维加固法，前者以造价低，施工简单，占用空间小，加固效果好，明显优于加大截面法和预应力加固法，后者除材料费用高外，则各种优势尽显其中，重要表现在自重轻，材料自身几乎不增加重量；强度高，固化后的碳纤维强度比钢材高达十几倍；劳动强度小，一个作业面只需一至两人操作即可；施工工期短，熟练工人每人每天可完成近200㎡左右。但是，应用其在负弯矩部位进行加固效果不如钢板性能好。
2．2以框架柱的加固为例，较为常见的加固方法有外包钢加固法，即，在混凝土柱四周包以型钢进行加固，这样既不增大混凝土截面尺寸，又大幅度地提高混凝土柱的承载力，具体方法又分干法作业与湿作业法两种形式：干式加固法是将型钢（一般是角钢）直接外包于需要加固的混凝土柱四周，型钢与混凝土之间无连接，由于与混凝土没有形成一个整体，所以不能确保结合面传递剪力。湿式加固法一是用乳胶水泥浆或环氧树脂化学灌浆等材料，将角钢粘贴在混凝土柱上，二是角钢与混凝土之间留一定间距，中间浇筑混凝土，达到外包钢材与混凝土相结合。两种作业方法相比较，干式作业法施工更为简单，价格低，施工时间短，但其承载力提高不如湿式作业法好。在方案选择时，应根据加固要求和原构件情况，合理挑选适当的方案进行加固。如，新乡市泰和宾馆由于功能改变，原设计一层柱子采用的是干式加固方案，将L100×6的角钢包于柱子四周并用缀条连接，已完全满足加固需求；而新乡市某机电工程学校四、五层柱子，由于内置钢筋锈蚀，致使混凝土柱产生裂缝，采取的是湿式加固方案，对局部柱角用石英砂配置的高标号水泥砂浆和环氧砂浆将L80×6的角钢粘贴到混凝土柱四周，达到整体加固补强目的。两种加固方法均取得良好效果。
另外，对于加固工程，还有焊接补筋加固法、套箍加固法、喷射混凝土补强法、化学灌浆修补法、粘钢加固法、碳纤维加固法等，每种加固方法各有其特点及适应范围，只要行之有效，技术成熟，既满足加固要求，又经济实用，均可采用。
3．加固工程方案要在新技术、新材料、新工艺上写文章
优秀的加固工程方案要在工法上体现出其可行性、科学性、先进性。笔者认为，化学补强法不失为当前加固工程中首选的一种最为先进的工法。众所周知，一些加固工程采用过时的加固方法需要大量的人力、物力和时间，已不能满足当前加固工程质量、工期、安全、经济的要求，而化学补强加固方法越来越以其明显的优势成为加固工程中的优选方案。例如，新乡市面粉厂制粉车间技改工程中的加固部分，就是采取化学补强的方法，应用QR型建筑工程结构胶粘剂，对其第四层、第五层框架梁进行粘钢加固,满足了该车间在楼层增高、设备增加，荷栽加大情况下的正常使用要求。采取同样方法施工的新乡辉龙阳光购物广场、洛阳阳光热电厂、平顶山姚孟电厂改造、某机电工程学校等加固工程均取得了良好效果。充分显示出新技术、新材料、新工艺在加固工程中的应用成果。
在化学补强方法中，除粘钢加固外，碳纤维加固工艺也不适为一种先进的加固工法，例如，某开发公司地下室梁柱加固、某水厂水泵房大梁加固工程，由于环境湿度较大，最适于采用碳纤维加固，与其它加固工艺相比，更具有耐湿耐潮、抗腐蚀强、自重轻、强度高、施工便捷、质量好的特点，加固性能均优于目前其它加固方法。
可见，选择加固工程方案要有针对性，不同的加固工程应采取相应的加固措施，其方案需要在进行价格比、性能比、质量比的同时，还要体现出其工艺技术的科学性和先进性，这样的加固方案才是优秀的加固方案。
4．几种典型加固方法的工程施工要求
工程加固的目的就是要通过加固施工达到修复、补强、提高承载力、增强使用功能、满足使用要求，因此，选择加固方案要以提高加固工程质量为根本目的。对于不同的加固方案也有不同的施工方法和质量评定标准。根据《混凝土结构加固技术规范》（CECS25︰90）中几种典型的加固方法，依照施工经验，不同的加固方法在施工时应重点做到：
4．1外包钢加固法要把表面处理包括加固结合面和钢板贴合面处理作为加固施工过程中的关键，对于干式加固施工，为了使角钢能紧贴构件表面，混凝土表面必须打磨平整，无杂物和尘土；当采用湿式加固施工时，应先在处理好的角钢及混凝土表面抹上乳胶水泥浆或配制环氧树脂化学灌浆料，对钢板进行除锈，混凝土进行除尘并用丙酮或二甲苯清洗钢板及混凝土表面，进行粘、灌。
4．2预应力加固法采用预应力拉杆加固时，在安装前必须对拉杆事先进行调直校整，拉杆尺寸和安装位置必须准确，张拉前应对焊接接头、螺杆、螺帽质量进行检验，保证拉杆传力正确可靠，避免张拉过程中断裂或滑动，造成安全和质量事故；采用预应力撑杆加固时，要注意撑杆末端处角钢（及其垫板）与混凝土构件之间的嵌入深度传力焊缝的质量检验，检验合格后，将撑杆两端用螺拴临时固定，然后用环氧砂浆或高强度水泥砂浆进行填灌，加固的压杆肢、连接板、缀板和拉紧螺栓等均应涂防锈漆进行防腐。
4．3改变结构传力途径加固法增设支点若采用湿式连接，在接点处梁及支柱与后浇混凝土的接触面，应进行凿毛，清除浮渣，洒水湿润，一般以微膨胀混凝土浇筑为宜。若采用型钢套箍干式连接，型钢套箍与梁接触面间应用水泥砂浆座浆，待型钢套箍与支柱焊牢后，再用较干硬砂浆将全部接触缝隙塞紧填实；对于楔块顶升法，顶升完毕后，应将所有楔块焊连，再用环氧砂浆封闭。
关键词：型钢混凝土结构 抗震性能 试验研究 理论研究
引言
地震对建筑的破坏很大，是迄今人类尚难以抵御的自然灾害。地震发生时，能够在瞬间使大量建筑物破坏甚至倒塌，并引发各种次生灾害，如火灾等，造成人员伤亡。特别使在人口密集、生命线系统工程日益复杂的现代化大城市，如发生地震，后果不堪设想。
1985年墨西哥城地震、1994年诺斯里奇地震和1995年阪神大地震等均为抗震设计和研究提供了很多的经验教训。我国是地震多发的国家，历史上曾发生过多次灾难性地震，给人民的生命和财产造成了巨大的损失[1]。我国有40％以上的地区属于7度地震烈度区，有70％的百万人口大城市处于此地震区内。20世纪以来我国经历了邢台、海城、唐山、汶川和玉树等多次地震，对地震造成的严重灾害有着深切的体验，因此要特别重视建筑结构的抗震问题，注意研究和掌握结构的抗震性能。本文总结概括了国内外对型钢混凝土结构抗震性能的研究概况，为建筑结构抗震性能的研究工作提供一点参考。
1 名称
20世纪初，西方国家的工程设计人员为提高钢结构防火性能，在钢柱外面包上混凝土，称为“包钢混凝土(Steel-encased Concrete)”，在前苏联称之为“劲性钢筋混凝土”，在日本则称之为“钢骨钢筋混凝土(Steel Reinforced Concrete)”。我国研究人员将其翻译成“劲性混凝土”、“钢骨混凝土”或“型钢混凝土”等，本文采用“型钢混凝土”这一称法。
2 型钢混凝土结构的优点
型钢混凝土结构与钢结构相比：可以节约钢材，降低造价；克服了钢结构耐火性、耐久性差及易屈曲失稳等特点，外包混凝土可防锈、防腐、防火，还可以防止钢结构局部和整体屈曲；增加结构刚度和阻尼等等。 型钢混凝土结构与钢筋混凝土结构相比：内置型钢可提高结构的承载力，减小构件断面尺寸从而增加建筑使用面积；构件的刚度、延性及耗能能力均有明显提高，适用在地震区使用；型钢骨架可承担施工荷载，这样就节省了模板，加快施工速度。
3 型钢混凝土结构设计规范
基于对型钢混凝土结构大量的试验和理论研究，各国都颁布了相应的设计规范[2]，据不完全统计，我国各行业部门从1990年至2006年颁布有9部设计规程。国内主要的型钢混凝土结构设计规范有：①型钢混凝土设计与施工规程(JCJ 101-89)，②型钢混凝土结构设计与施工规程(CECS 28-90)，③火力发电厂主厂房钢-混凝土组合结构设计暂行规定 (DJG 99-91)，④钢骨混凝土结构设计规程(YB 9082-97)，⑤钢-混凝土组合结构设计规程(DL/T 5085-1999)，⑥战时军港抢修早强型钢-混凝土组合结构技术规程(GBJ 4142-2000)，⑦型钢混凝土组合结构技术规程(JGJ 138-2001)，⑧高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 3-2002)，⑨钢骨混凝土结构设计规程(YB 9082-2006)。
在我国，20世纪50年代，首次从前苏联引入型钢混凝土结构技术。60年代，为了节约钢材，型钢混凝土结构的研究陷于停滞状态。80年代改革开放后，随着我国高层建筑的发展，型钢混凝土结构的研究又一次兴起。系统地研究开始于1987年，冶金部建研院、西冶结构研究所进行了一系列试验。80年代末期以来，许多高校及研究院继续开展型钢混凝土结构的研究，对于其力学性能进行了大量的试验研究，探讨了各类构件的设计方法。
4 型钢混凝土结构抗震性能研究
型钢混凝土的内埋型钢可采用实腹式和空腹式，实腹式型钢混凝土具有较好的抗震性能，空腹式型钢混凝土与普通钢筋混凝土性能相比，一般来说空腹式型钢混凝土抗震性能较好。因此，目前在抗震结构中多采用实腹式型钢混凝土，内埋实腹式型钢可采用钢板焊接或直接采用轧制型钢。
本文统计了一些国内外对型钢混凝土剪力墙结构的研究，如表1所列。关于型钢混凝土结构的强度、刚度及抗震性能，欧美、日本及我国国内的学者都进行了大量的强度、低周反复和动力试验研究。关于型钢混凝土结构及构件的研究，早期多是关于柱和框架的研究，而关于型钢混凝土剪力墙、异性柱及短肢剪力墙的研究相对较晚。结合国内外的试验研究，总结出以下几个因素是影响型钢混凝土抗震性能的关键问题[3]有：轴压比、剪跨比、含钢率和型钢截面形式、配箍率、混凝土强度等等。
表1国内外对型钢混凝土剪力墙的研究
5 结语
作为一种具有较好延性的结构，型钢混凝土组合结构在我国高层建筑中已逐渐被推广采用，《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)及《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2002)中均提出采用这种组合结构来有效地改善建筑的抗震性能。因此，对该种结构进行非线性地震反应分析，研究其弹塑性时程分析是一项具有实际意义的课题，其中主要一部分任务就是要建立结构及构件恢复力计算分析模型，这是对结构非线性分析的理论基础。对钢筋混凝土基本构件的恢复力模型中的特征参数，国内外学者做了大量研究工作，可以给出它们的特征参数计算公式，而对型钢混凝土构件的特征参数目前还很少有文献直接给出计算公式。
【关键词】混凝土结构设计 全英语教学 规范 教学研究
【基金项目】江苏省自然科学基金（BK20140560），江苏大学高级人才科研启动基金（14JDG161，14JDG162）。
【中图分类号】G642.4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）10-0125-01
1.引言
随着全球化、国际化的发展，中国高等教育英语教学不再是单向输入，而是逐步转向输出[1]。近年来江苏大学招收的留学生来自六大洲89个国家，土木工程与力学学院在专业课的全英语教学方面进行了一些探索。针对土木工程专业留学生来自不同国家，而不同国家的混凝土结构设计有着不同的经验，致使混凝土结构的设计方法具有多样性、所依据的规范也存有很大差异的问题，如何调整混凝土结构设计原理课程的教学目标、教学内容和教学方法变得尤为重要，这也是高等教育国际化的必然选择[2]。在全球经济一体化的今天，混凝土设计的技术标准和规范已经不再是一个单纯的技术文件，也是让毕业后的留学生融入世界大环境的重要手段[3]。
2.混凝土结构设计原理课程的特点及留学生全英语教学存在的问题
“混凝土结构设计原理”课程所讨论的是钢筋混凝土结构的设计理论和设计方法，是土木工程专业知识体系的重要组成部分，不仅是一门理论性和实践性很强的课程，由于与现行工程建设标准密切相关，所以更是一门不断发展的课程。所有毕业生无论将来从事科研、设计、施工还是工程管理类工作，都将与之接触。因此本课程适用于房屋建筑、交通土建、水利工程、矿井、港口航道及海洋工程等专业，是土木类专业的必修课程。
虽然混凝土结构已经是最为常用的土木结构形式，但混凝土结构设计却是非常复杂的过程。原因是：一、混凝土材料的复杂性，混凝土是由水泥、砂、石等组成的具有微孔结构的复合材料，在采用混凝土材料进行结构设计时，要考虑强度、收缩、徐变、耐久性等因素，对于钢筋，要考虑其强度、变形、与混凝土粘结等因素。二、由于混凝土材料和钢筋材料的特性不同，在混凝土结构设计中不能直接采用材料力学和固体力学的方法，很多力学模型和公式是根据试验建立的。各个国家在混凝土结构设计的发展道路上各不相同，有着不同的设计经验，所采用和依据的规范也是各不相同。
3.提高留学生混凝土结构设计原理课程教学质量的对策
①以实际工程应用为重点：由于国内外教材针对的教学要求不同，所以教学侧重点也不同，因此，可以以实际工程应用为重点，对课程中的混凝土结构梁、板、柱等结构所涉及的构件计算内容，进行重新编排，编制合适的留学生全英语教材；
②国内规范与国外多种规范相结合：国内《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010），美国规范《混凝土结构建筑规范》（ACI318-05），欧洲规范2《混凝土结构设计-第1-1部分：总原则和对建筑结构的规定》（EN1992-1-1：2004）[4]；
③多媒体教学：由于课程涉及的知识面广，所依据的规范多样，因此，学生在学习过程中极易产生疲劳和厌倦感，学习兴趣受到影响。而多媒体可以扩大信息容量，可以图、文、声并茂，形象生动，将各种规范的对比、在工程中的应用的特点快速地表达出来。
④注重留学生以后发展的需要：一个合格的结构工程师，必须正确理解规范内容，避免盲目照搬条文，所以要求培养留学生理解规范条文赖以建立的理论依据和科研成果，也就是规范编制的背景材料，而这些就要求教师在课程的各个章节中把培养留学生以后发展需要所需的内容融入进去。
4.结论
针对《混凝土结构设计原理》留学生全英语授课的现状，分析了现状中的特点，并根据全英文授课中存在的问题，提出了相应的对策，希望该工作对《混凝土结构设计原理》留学生全英语授课有所帮助和指导。
参考文献：
[1]刘锡军，蒋隆敏.混凝土结构设计原理[M].中南大学出版社.2010.第一版.
[2]张永杰，王桂尧，周德泉，陈永贵.工程地质课程双语教学实践探讨[J].高等建筑教育.2014（1），23，94-98.
[3]张云莲，文献民.土木工程专业课程英文教学探讨[J].高等建筑教育.2013（4），22，59-62.
[4]贡金鑫，魏巍巍，胡家顺.中美欧混凝土结构设计[M].中南建筑工业出版社.2007.第一版.
作者简介：
关键词：高强混凝土 框架柱 裂缝
1、前言
在大型火力发电厂主厂房结构中，由于其高度较大，且竖向荷载较大，故裂缝问题较为突出。经常出现的情况是：框架柱的断面由轴压比限值确定，而框架柱的配筋由构造配筋率决定，这其中存在着不合理的地方。应用高强混凝土可以显著减小构件的截面尺寸，减轻结构自重和钢筋用量，具有明显优点，可获得较高的经济效益。但高强混凝土的脆性会在某些情况下产生裂缝，强度等级愈高，脆性愈大。因此，在大型火力发电厂主厂房结构框架柱中应用高强混凝土，需研究改善高强混凝土柱抗裂缝能力的有效措施。
在火力发电厂结构工程中，裂缝的防治是一个有较大普遍性的问题。裂缝的扩展是结构物破坏的初始阶段; 同时，对于结构物而言，裂缝可能引起渗漏，影响结构的使用功能，并且引起持久强度的降低，如钢筋混凝土结构中保护层剥落。水工建筑物在水压头不高于水位的l0cm以下，就会产生的裂缝、渗漏、钢筋腐蚀、混凝土碳化等。因此，对裂缝的成因进行分析，在此基础上对预防裂缝的产生和发展及对裂缝形成后的处理
措施进行探讨是非常必要的。
2、高强混凝土框架柱工程的特点
在美国，以圆柱抗压强度标准值达到或超过42MOa为高强混凝土。欧洲国际混凝土委员会1995年的资料通报中定义高强混凝土为圆柱体抗压强度高于50MPa的混凝土，大体相当于我国C60级混凝士。在我国通常将强度等级等于或超过C50级的混凝土称为高强混凝土。这个分类标准适合我国国情。高强混凝土具有以下一些特性：
(1)高强混凝土受压时呈高度脆性，延|生很差。
(2)高强混凝土的抗拉强度、抗剪强度和粘结强度虽然均随抗压强度增加而增加，但它们与抗压强度的比值却随强度提高而变得愈来愈小，所以在处理高强混凝土构件的抗剪、冲切和扭转等问题时必须慎重。
(3)在相同的横向约束力作用下，高强混凝土纵向承载力的改善要比普通强度混凝土稍差，所以在计算配有间接钢筋的螺旋箍筋柱和局部承压等承载能力时，表示横向约束作用贡献的部分也要做出修正。
(4)受压时高强混凝土还有易产生裂缝的倾向，因此在设计局部承压以及钢筋搭接锚固时应特别注意。在这些部位要加强设置横向箍筋以防止裂缝。由于塑性变形能力较差，高强混凝土中钢筋锚固粘结应力的分布变得更不均匀。弯起钢筋的转角处会使混凝土受到较高的局部挤压力，也应注意防止裂缝。
3、混凝土框架柱裂缝的成因
在常用的建材，如钢、混凝土、砂浆等中，均存在有材料内部的初始缺陷。以高强度混凝土为例在尚未受荷的混凝土和钢筋混凝土结构中存在肉眼不可见的微裂。此微裂主要是存在于骨料与水泥石粘接面上的裂缝、骨料与骨料之间的裂缝、以及骨料本身的裂缝。微裂的分布是不规则的，这主要是由于混凝土内部的不均匀所所致。。在受荷的情况下，引起大于等于0.05mm宏观裂缝的产生及发展，形成通常所称的裂缝。由此可见，结构物裂缝的产生是有其内部原因和外部条件的，其内部条件为以上所述的材料的不均匀性所导致的内部缺陷和微观裂缝。其外部条件可概述为以下几点:
（1）由各种直接作用的外荷载如静、动荷载引起的直接应力而导致的裂缝。在电厂结构工程中，常见的有结构物自重、土的主动压力和被动压力、水的侧压力、各类设备的静、动荷载以及风荷载等等。此类荷载产生的应力一般可按常规计算方法得到，比较直接和明确，在设计过程中也较易得到控制，因此，此类荷载引起的应力导致的裂缝约只占结构裂缝的15%-20%左右。
（2）结构次应力引起的裂缝，此类应力产生的原因主要有: 结构物的实际工作状态与常规模型的出入。从而引起结构中应力分布与理论计算不一致;局部的开孔、洞也会引起应力集中现象，使在应力集中的部位产生裂缝。
（3）由变形变化引起的裂缝。此类裂缝在工程实践中最为多见，往往占裂缝的80%左右，比如高强混凝土的脆性会在某些情况下产生裂缝，强度等级愈高，脆性愈大。由于温度场的不均匀、材料的收缩和膨胀，不均匀沉降等也会引起高强混凝土柱裂缝的产生。
4、裂缝的防治策略
高强混凝土的脆性随着强度提高而严重，为了有效防治高强度混凝土柱产生裂缝，必须从以下几个方面加以防治，才能充分利用高强度混凝土的特点，减少其缺陷。
（1）高强混凝土的脆性随着强度提高而严重，所以主要受力截面上压区高强混凝土必须设计成约束混凝土，混凝土受压时在侧向有膨胀趋势，所谓约束就是从侧向给受压的混凝土以约束，限制其横向的膨胀变形，这样就能有效的防止高强度柱产生裂缝。
（2）合理添加外加剂各种止水剂、缓凝剂能有效减少混凝土的离析提高保水性，使混凝土内部结构较为均匀一致，养活因干缩、不均匀收缩、不均匀收缩引起的微裂; 同时，止水剂还能与混凝土的硅酸盐、铝酸盐进一步反应生成网状凝胶，堵塞裂缝，提高裂缝的自愈能力。
（3）注意温度应力的影响，削减施工过程中温度收缩应力和混凝土的干缩应力，从而防止干缩、温度收缩裂缝的产生; 由于混凝土的温差应力和干缩应力主要有气温、水化热温差等早期应力，因此，后浇带的保留时间应尽可能长些，一般不应少于40d。
综上所述，在大型火力发电厂主厂房结构中，采用高强度混凝土柱有利于提高主厂房结构的稳定性，但是由于高强度混凝土脆性随着强度提高而严重等自身的缺点，在施工和维护过程中必须采取合理的措施来防止高强度混凝土柱的裂缝的产生，，这对于最大限度的提高高强度混凝土柱在大型火力发电厂主厂房结构中的优势具有指导意义。
参考文献：
[1] 张国军.吕西林.刘伯权高强混凝土框架柱的恢复力模型研究[D].[期刊论文]-工程力学 2007(3)
[2] 司炳君.孙治国.艾庆华Solid65单元在混凝土结构有限元分析中的应用[D].[期刊论文]-工业建筑 2007(1)
[3] 徐伟栋配置高强钢筋的混凝土柱抗震性能研究[D].[学位论文]硕士 2007
关键词：断裂力学；混凝土；裂缝；
中图分类号：TU37文献标识码： A
引言
混凝土材料是目前运用最广的复合型人工材料之一，是现代工程结构的首选材料，广泛运用于房建、路桥、水利、岩土等土木工程中。在混凝土结构设计中，裂缝控制是其中一个十分重要的内容，规范中对不同环境条件下，构件裂缝的最大宽度做了明确的规定。为了弄清混凝土结构中裂缝的扩展和断裂产生的机理，国内外学者也做了大量的研究探索，但总的来讲，由于混凝土材料的复杂性，研究主要还是采取实验研究和数值模拟，在数值模拟中大多都是采取简化模型，而规范中混凝土裂缝控制的计算公式是在实验的基础上，通过统计分析加上工程实践经验综合而得，没有从理论上解释混凝土结构中裂缝的形成发展和破坏机理。20世纪断裂力学的出现给广大的学者研究混凝土裂缝指明了一个新的方向。
混凝土破坏原因分析
根据大量的研究成果表明，混凝土材料的破坏大致可以分为两类：一是塑性流动，比较常见的就是混凝土的受剪切、受压破坏；另一种是断裂，就是宏观上讲，产生明显可见裂缝导致混凝土结构失效，如混凝土构件的受拉、受弯破坏。归根到底，都是裂纹的产生达到一定程度，导致构件承载力失效。国内外学者研究表明，混凝土是典型的非均匀材料，而且一般还包含初始缺陷，如混凝土构件建造过程中，由于施工、集料、配合比、温度等各种原因导致在结构内部产生空洞、微裂纹、裂缝等。在初始缺陷中，微裂纹在材料中具有很大的随机性，它会影响到混凝土结构的整体性能，而相比较微裂纹而言，尺寸量级要大得多的，具有一定方向性的裂缝，则会影响混凝土材料力学性能在宏观上尺度上的各向同性[1]。而且混凝土结构对拉应力十分敏感，在拉应力作用下，一般混凝土基本上表现为脆性断裂，具有脆性材料的特征，但又不是完全脆性材料，相比较典型的脆性材料玻璃而言，混凝土破坏前有一个稳定的微裂纹发展阶段。因此对于混凝土的断裂破坏来说，是一个与材料内部微裂纹发展密切相关的看似简单而又十分复杂的问题，自混凝土诞生以来，众多的国内外学者一直在为解开这个谜题而不断探索。
断裂力学理论
传统的强度理论是在基于假设材料为均匀、连续性固体。而在实际中，一般材料中总会存在一些初始缺陷，如气孔，夹渣，气孔等，这些缺陷在一定外部荷载条件下会快速扩展，导致构件在低于设计强度下破坏。后来，一些学者注意到内部初始缺陷会对构件性能产生影响，开始研究在外部荷载作用下，裂缝的发展机理，从而在结构设计中考虑到裂缝的影响，这就是断裂力学。
断裂力学是以初始缺陷为出发点，研究已有裂纹在外荷载状况下的尖端附近应力应变情况，研究其裂纹发展规律，了解带裂纹构件的承载能力，从而提出抵抗断裂的设计方法，以保证构件的承载能力和安全工作。断裂力学的产生为以前强度理论无法解释的脆断现象找到了新的解释，并且建立了一个新的脆性构件工程设计强度准则。
目前断裂力学有两大流派：一个是忽略材料内部细微层面缺陷，研究宏观裂缝的发展机理，进一步又分为线弹性和弹塑性两个分支；另一流派是从原子层面的角度，研究晶粒缺陷在荷载下的发展及断裂机理。
按裂缝受力状况，裂纹可以分为三类：(Ⅰ)张开型，(Ⅱ)滑开型，(Ⅲ)撕开型，但在具体工程研究中，有时一个裂纹存在一种以上裂纹类型，研究起来就比较复杂，其也影响了在工程实践中的应用，但经过学者的研究实验总结发现，对低应力脆断起关键作用的是Ⅰ类裂纹，因此主要把研究重心放在一类裂纹上。
混凝土断裂力学
20世纪Griffith等在研究脆性材料基础上提出了断裂理论，并经过后来学者的发展而逐渐形成一门学科“断裂力学”。众所周知，混凝土材料，抗拉能力很弱，在钢筋混凝土构件中，大多时候不考虑它的抗拉作用，破坏基本都是伴随着混凝土裂缝的产生与发展，而且大钢筋多混凝土构件都是带裂缝工作，处于心理和结构安全的原因，结构工程师们必须需要清楚裂缝的存在对构件性能的影响，以及在荷载作用下其发展规律及稳定性。传统经典的强度理论无法胜任这一任务，而断裂力学的应力强度因子和断裂判据理念在脆性材料构件中的良好应用给学者们指明了新的方向，国内外学者开始将这一理论引入到混凝土研究中，并开展了大量的实验研究和理论研究，取得大量成果。这些研究，总的来说基本上仍旧是采用线弹性力学假设，模拟的裂缝类型和数量都十分有限，而且混凝土是非均匀混合材料，影响应力强度因子的因素很多，使得实验研究的结果缺乏实用性。混凝土中初始微裂纹的存在也对裂缝尖端有一定钝化和劣化作用，具体的机理目前还没有完全弄清楚[2]。还有一个影响断裂力学在混凝土工程实践中运用的原因是，对于混凝土材料来说，即使对于一个混凝土构件，取其中某一部分进行研究，其性能能影响整体构件的力学性能，但是却不能代表这一部分混凝土内部的所有部分的力学性能，换句话能部分反应整体，但却不能反应局部。如果要想断裂力学在混凝土中得到更好的运用，就必须得解决好这个矛盾。
目前，虽然断裂力学在混凝土中运用存在很多问题，还不能很好的运用到混凝土工程实践中，但是通过断裂力学的原理和实验研究，我们能更好的认识混凝土结构中得裂缝发展问题，从理念（概念）的角度去思考工程实践中得裂缝问题。例如研究已经表明[3]，钢筋混凝土构件中，钢筋的存在能使混凝土的应力强度因子显著减小，缓和裂缝端部的应力集中强度，因此对于混凝土的防裂可以考虑采用钢筋网片或者加入纤维材料。混凝土对拉应力敏感，裂缝的发展主要是由拉应力引起，可以采取措施减小混凝土结构产生的拉应力的最大值，比如说减小水灰比，控制水泥用量，采用膨胀混凝土，给混凝土施加一个初始应力。
断裂力学是一门还在发展中的新兴理论，混凝土又是非均匀复合材料，关于其内部裂纹的发展及断裂极端复杂，混凝土断裂力学的发展必将是一个漫长的过程，需要众多学者的不断努力。
参考文献
[1]罗晓勇, 施养杭. 混凝土断裂的研究现状与展望[J]. 四川建筑科学研究, 2008, 34(6): 94-99.
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