铁路工程钢筋混凝土配筋问题及解决措施.pdf

8 8 铁道勘察 2 0 1 6年第 1 期 文章编号 ： 1 6 7 27 4 7 9 ( 2 0 1 6 ) 0 1 0 0 8 8 0 3 铁路工程钢筋混凝 土配筋 问题及解 决措施 贺廿生 ( 广州铁路( 集团) 公司广州工程建设指挥部， 广东广州5 1 0 4 4 0 ) Pr o b l e ms a n d S o l u t i o n s f o r Re i n f o r c e me n t De s i g n a n d Co n s t r u c t i o n o f Re i n f o r c e d Co n c r e t e S t r u c t u r e s i n Ra i l wa y En g i n e e r i n g HE Ni a n s h e n g 摘要钢筋是钢筋混凝土结构的主要建筑材料之一， 钢筋配置直接关 系到结构物的安全性、 经济 性及施工性 ， 在整个设计和施工中占有非常重要的地位 ， 做好配筋设计及施工是提高整个钢筋混凝土结 构质量的重要组成部分。在铁路 工程钢筋混凝土结构设计与施 工中， 配筋设计及施工还存在诸 多不足 ， 如配筋率偏大、 节点钢筋布置十分拥挤、 钢筋定位不准确、 钢筋连接不规范、 以及成型钢筋骨架保护不到 位等常见问题 ， 通过对问题进行原 因剖析 ， 提 出钢筋用量限额设计 ， 使 用高强度钢筋代替低强度钢筋， 应 用 B I M技 术建立节点配筋设计模型等相应解决措施 。 关键词铁路工程混凝土配筋 中图分类号 ： T U 7 5 5 3 文献标识码 ：B 1 配筋设计 问题 1 1 部 分结构配筋率偏 大 配筋率是钢筋混凝土构件受力特征 的重要参数 ， 设计 中控制配筋率的大小可以有效地保证构件的强度 和刚度 ， 同时 ， 配筋率 的大小也与工程项 目的经济效益 息息相关 。上世纪八九十年代 ， 钢材在我 国是一种紧 缺物资， 铁路工程钢筋混凝土构件要求钢筋用量限额 设计 ， 配筋率指标受到严格限制 ， 结构设计人员想方设 法降低配筋率 ， 当时的配筋率是合理甚至是偏 低的。 进入 2 1世纪 以来 ， 随着我国钢铁工业的迅猛发展 ， 钢 材在我 国已不再是紧缺物资， 配筋率也不再 是严控指 标 ， 铁路工程配筋率呈现了逐步提升的趋势 ， 部分结构 收稿 日期 ： 2 0 1 51 2 2 5 作者简介 ： 贺廿生 ( 1 9 6 3 一 ) ， 男 ， 1 9 8 3年毕业 于西南交 通大学铁道 工程 专业 ， 工学学 士， 高级工程师。 马继兵 跨座式单轨交通 系统静动力行为研究 D 成都 ： 西南交 通大学 ， 2 0 0 8 周智辉 ， 曾庆元 ， 向俊 桥梁横 向刚度对桥上列 车走行安 全性的影 响 J 铁道工程与科学学报 ， 2 0 0 5 ， 2 ( 2) ： 3 03 3 的配筋率接近或达到最大值。 目前 ， 部分梁柱结构 每 m 混凝土受力钢筋用量超过 3 0 0 k g ( 配筋率 3 9 ) 已很平常 ， 这对工程成本和施工是极为不利的。 严格控制配筋率过低的 目的是为 了防止混凝土构 件发生脆性破坏 ， 但盲 目地增加配筋率也是不合理 的， 甚至对整个结构 是有害 的L 2 J 。从安全方面考虑 ， 配筋率过大容易产生粘结裂缝 ， 特别是突然卸载时混 凝土易被 拉裂 J ， 影响结 构 的安全。从 经济 方面 考 虑 ， 配筋率过大必然加大工程的成本 。按照我 国的设 计经验 ， 板 的经济配筋率为 0 4 一 0 8 ， 梁的经济 配筋率为 0 6 一1 5 ， 柱 的常用配筋率为 0 8 2 0 4 1 。从施工方面考虑 ， 过密的钢筋布 置带 来钢 筋绑扎和混凝土捣实困难 ， 施工质量难 以保证。有鉴 于此 ， 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设 计规范( T B I O 0 0 2 3 2 0 0 5 J 4 6 2 2 o 0 5 ) 规定 了轴心 受压 构 件 的 纵 筋 截 面 积 不 应 大 于构 件 截 面 积 的 0 0 0 00 0 0 00 0 000 0 一一0 00 0 一 一pt (、 00 1 0 L e e c H，Ka w a t a n i M，e t a 1 D y n a mi c r e s p o n s e o f a mo n o r a i l s t e e l b r i d g e u n d e r a mo v i n g t r a i n J J o u rna l o f S o u n d a n d V i b r a t i o n ， 2 0 0 6， 2 9 4： 5 6 25 7 9 铁路工程钢筋混凝土配筋 问题及解决措施 ： 贺廿生 8 9 3 L s 。对于受弯构件 ， 通 常将 构件按受拉 破坏 的构 件来设计， 规定了最大( 极限) 配筋率 ， 用以限制配筋 的数量 。 根据单筋矩形截面混凝土受弯构件断面相对受压 区高度 与纵向配筋率P之间对应关系： p = A 6 = 织 ， 可计算出纵向受力钢筋的最大配筋率 P ( 如表 l 所示) 。 表 1 单筋矩形截面受弯构件纵向受力钢筋的最大配筋率 ( ) C3 0 C 3 5 C 4 0 C 4 5 C5 0 C5 5 C6 0 C6 5 C 7 0 HRB3 3 5 2 6 2 2 3 0 6 2 3 5 02 3 8 6 8 4 2 3 5 4 3 6 2 4 4 5 3 4 5 0 8 4 5 1 7 HRB4 0 0 2 0 5 6 2 4 01 2 7 4 6 3 0 3 4 3 3 2 2 3 41 9 3 4 8 8 3 5 2 9 3 5 3 4 HRB5 0 0 】 5 8 5 1 8 S 1 2 1 】 7 2 3 3 9 2 5 61 2 6 3 4 2 6 8 5 2 71 5 2 7 】 7 国家标准 混凝土结构设计规范 ( G B 5 0 0 l 0 2 0 1 0 ) 规定了框架柱全部纵 向受力钢筋配筋率不应大 于 5 ， 梁 端 纵 向 受 拉 钢 筋 的 配 筋 率 不 宜 大 于 2 5 。 在铁路工程钢筋混凝土结构实 际设计 中， 为 了确 保结构的安全 、 抗裂及耐久性等要求 ， 配筋设计虽然没 有超过规范最大配筋率 的规定 ， 但有意无意 中采用了 较大的配筋率 ， 处于经济 ( 常用) 配筋率的上限值与最 大配筋率之间， 每 m 混凝土钢筋用量越来越大。 如某高铁站承轨层 7 0 0 1 2 0 0 C 4 5框 架梁 ， 在梁 柱结点处配 筋上部 为 2 2 C 3 2( 8 8 6 ) ， 下部 为 1 7 C 3 2 ( 7 1 0 ) ， 保护层厚度 3 0 m r n ， 配筋率达到 了 3 8 8 或 2 9 3 k g ( 钢筋 ) m ( 混凝 土) 。上部受 拉 区配筋率 为 2 1 9 ， 虽然仍控制在 混凝土结构设计规范 规定的 梁端纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于 2 5 之内， 但 已接近配筋率的上限。 又如某高铁 站承轨层 C 5 0框架柱配筋率最 高达 到 了4 1 9 或 3 2 0 k g ( 钢筋 ) m ( 混 凝 土 ) ， 如 表 2 所 示 。 表2 C 5 0框架柱纵向受力钢筋配筋( 保护层厚度 3 0 mm， 均为三级钢筋) 上述框架柱配筋率虽然仍控制在 混凝土结构设 计规范 规定的5 之内， 但远远超过了轴心受压构件 的纵筋 配筋率不应大于 3 的规定 ， 是柱 常用配筋率 上限值 2 的两倍多。 1 2节点钢筋布置十分拥挤 梁柱节点或梁梁节点的钢筋布置 十分拥挤 ， 最小 净距不满足规范要求 ， 严重影响混凝土灌注和捣实 ， 这 种现象 比较普遍 ， 是我 国钢筋混凝土结构 节点 内钢筋 布置存在的质量通病。产生 的主要原 因如下 ： ( 1 ) 结构设计 人员对节点 内配筋不重视 ， 未认真 设计节点内配筋及绘制节点配筋详图。我国混凝土结 构设计的传统做法是将节点配筋要求在设计说 明中注 明， 一般不绘制节点配筋详图 ， 由施工人员根据现场实 际情况来布置节点钢筋 。如梁柱节点钢筋布置 ， 施 工 的传统做法是将梁 的下部受力筋并排锚人柱节点 中， 假如两边梁的下部钢筋刚好满足钢筋 的净距要求 ， 相 向并排锚入柱节点后 ， 已不能满 足钢筋 的净距 要求 。 节点 内钢筋间净距不足， 使混凝土不易浇筑和捣实 ， 施 工质量难以保证 ， 将会影响节点区的刚度 ， 削弱节点的 塑性变形能力 ， 对于高抗震等级 的结构而言有 可能是 非常严重的问题。 ( 2 ) 把不必要的钢筋也锚入节点。在满足梁端 正 弯矩承载力配筋要求后 ， 其余跨 中下部钢筋可不伸人 支座 ， 在支座以外截断即可 3 J 。例如配置两排甚 至三 排正弯矩钢筋 ， 没有必要全部锚人支座。把不需要锚 入节点的钢筋在节点外截断 ， 是世界各国的普遍做法。 究竟截断几根钢筋， 既要符合规范要求， 又要满足受力 要求 ， 规范对此并未“ 直接 ” 做出 明确的规定 ， 结构设 计 人员要 依据结构基 本理论 和经验 ， 细致地 分析后 决 定 。 2配筋施工问题 2 1 钢筋定位不准确 为使灌注混凝土时集料能顺利地通过钢筋骨架 ， 保证混凝土灌注密实及混凝土与钢筋之 间能有 良好的 粘结力 ， 铁路 桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构 设计规范 规定 ： 受拉 区域钢筋 的净距不得小于钢筋 的直径 ， 并不得小于 3 0 m m 。在现浇铁路混凝 土工 程工序验收检查中， 常常可以发现钢筋定位不准确 ， 造 成钢筋局部布置过密 ， 其净距不满足规范要求的现象。 钢筋定位不准确主要是钢筋骨架中钢筋的几何位 置和尺寸不正确 ， 通过原因剖析 ， 主要是由钢筋加工偏 差及钢筋安装偏差两方面的原因造成。 2 2钢 筋连接 不规 范 钢筋接头的传力性能不如直接传力的整根钢筋， 任何形式的钢筋连接均会削弱其传力性能 。因此 ， 钢 铁道勘察 2 0 1 6年第 1期 筋连接的基本原则为： 接头设置在受力较小处 ， 限制钢 筋在构件同一跨度或同一层高内的接头数量， 避开结 构的关键受力部位 ， 如柱端 、 梁端 的箍筋加密区， 并 限 制接头面积百分率等 。为确保受力钢筋连接后满 足结构受力要求， 混凝土结构工程施工质量验收规 范 ( G B 5 0 2 0 4 -2 0 0 2) 及 铁路混凝土工程施工质 量验收标准 ( T B 1 042 4 -2 0 1 0 ) 对钢筋连接进行 了 非常具体 、 详细 、 严格及易操作的规定 。但在现浇铁路 混凝土工程工序验收检查 中， 常常可以发现钢筋连接 不规范， 不符合规范要求的现象。造成钢筋连接不规 范主要是主观方面的原因： ( 1 ) 不按规范、 设计文件及作业标准要求进行钢 筋连接施工 ， 粗制滥造甚至偷工减料 。 ( 2 ) 未落实工序质量 自检 、 互检、 交接检的“ 三检 制” 。未按照规范、 设计文件 和验 收标准严格工序质 量验收 ， 上一道工序未验收合格就进入下一道工序。 2 3 成型钢筋骨 架保护不到位 钢筋骨架 中受力钢筋 的定位准确与否 ， 将直接影 响钢筋混凝土结构 的受力状态 。在浇筑混凝土前 ， 必 须对钢筋骨架加以有效保护 ， 防止钢筋被踩踏变形 ， 以 及位移 、 锈蚀 、 污染 ， 确保受力钢 筋处 于正确 的位置。 成型钢筋骨架被踩踏严重变形 ， 致使受力钢筋偏离设 计位置 ， 对混凝 土结构 的损 害是 不可弥补 的， 后果严 重。特别对混凝土板结构， 轻则引起板开裂， 重则引起 板的断裂 。但在现场施工 中， 常常可 以发现已成型的 钢筋骨架没有任何保护措施 ， 已严重变形及锈蚀 。造 成钢筋骨架被踩踏严重变形及锈蚀的主要原因如下 ： ( 1 ) 对钢筋骨架严重变形必然造成混凝土结构 的 损害没有深刻的认识。 ( 2 ) 对成型钢筋骨架没有采取有效的保护措施 。 ( 3 ) 未严格按照作业标准进行施 工 ， 施工现场没 有设置施工通道 ， 任 由施工人员在成型 的钢筋骨架上 随意走动及蹬踏， 以及集中堆放施工机具及材料等 重物。 3 解决措施 针对上述铁路工程钢筋混凝土配筋设计与施工中 的常见问题 ， 提 出如下解决措施和建议。 ( 1 ) 提倡钢筋用量 限额设计 。在不增加 配筋量的 情况下 ， 通过优化设计方案 ， 合理调整配筋形式或采取 其它措施 ， 确保 结构 物 满足 安全 、 抗 裂 及 耐久 性 等 要求。 ( 2 ) 为避免过密的钢筋布置带来钢筋绑扎施工困 难 ， 使混凝土容易浇筑和捣实 ， 使用高强度钢筋代替低 强度钢筋 ， 在保证建筑结构安全度不变的前提下 ， 减少 钢筋 用 量。据 研 究 测 算 ，以 H R B 4 0 0 钢 筋 替 代 H R B 3 3 5钢 筋 的 省 钢 率 在 1 2 1 4 左 右 ，以 H R B 5 0 0替 代 HR B 4 O O钢 筋 的 省钢 率 在 5 一7 左右 。 ( 3 ) 结构设计人员对节点 内配筋应高度重视 ， 绘 制节点配筋详 图， 推广应用 B I M 技术 ， 建立节点 配筋 设计模型 ， 尽量减少节点配筋钢筋密度 ， 把不需要锚入 节点的钢筋在节点外截断。 ( 4 ) 钢筋加工 、 连接及安装应严格按规范及设计 要求进行 ， 上一道工序经检查验收合格后才能进入下 一 道工序。 ( 5 ) 对 成型 的钢筋 骨架必须采 取有效 的保护措 施 ， 验收合格后 ， 应尽快浇筑混凝土。混凝土浇筑施工 前 ， 应在钢筋网上铺设木跳板 ， 设置成 品马凳 ， 以及用 钢管跳板搭设临时通道等 。浇筑混凝土时应指派专人 监管， 及时对变形移位的钢筋进行恢复。 4结束语 钢筋是钢筋混凝土结构 的主要建筑材料之一 ， 钢 筋配置直接关系到结构物的安全性 、 经济性及施工性 ， 在整个设计和施工 中占有非常重要 的地位。因此 ， 钢 筋混凝土结构的配筋设计及施工是十分重要而细致 的 工作 ， 认真做好配筋设计及施工是提高整个钢筋混凝 土结构质量的重要组成部分。 参考文献 1 李乔 混凝土结构设计原理 M 北京 ： 中国铁道出版社 ， 2 0 0 1 2 曾昱 ， 张保和 钢筋混 凝土梁 的合 理配筋设计 C 第 二届结构 工程 学术会议论文集 北京 ： 结构工程专业委员会 ， 1 9 9 9 3 张维斌 钢筋混凝土结构设计问答 M 北京： 中国建筑工业出版 社 2 0 1 4 4 侯 治 国 ， 陈 伯望 混 凝土 结 构 M 武 汉 ： 武 汉理 工 大学 出版 社 ， 2 0 1 1 5 中华人 民共 和国铁道部 T B I O 0 0 2 3 2 o o 5 J 4 6 2 -2 0 0 5 铁 路桥 涵钢筋混凝 土和预应 力混凝 土结构设 计规 范 s 北京 ： 中国铁 道出版社 ， 2 0 0 5 6 胡允棒 钢筋混凝土结构设计用表 M 北京： 中国建筑工业出版 社 2 0 1 3 7 G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0 混凝土结构设计规范 s 8 G B 5 0 2 0 4 -2 0 0 2 混凝土结构工程施工质量验收规范 s 9 中华人 民共和国铁道部 T B 1 0 4 2 4 -2 0 1 0 铁 路混凝 土工程施工 质量验收标准 s 北京 ： 中国铁道出版社 ， 2 0 1 1