钢筋混凝土截面剩余含筋率统计方法对工程的意义.pdf

第 1 2卷O 2期 2 0 1 4年 6月 南水北调与水 利科技 S o u t h - t o - No r t h Wa t e r Tr a n s f e r s a n d Wa t e r S c i e n c e 8 L Te c h n o l o g y V0 1 1 2 No O 2 J u n 2 0 1 4 钢筋混凝土截面剩余含筋率统计方法对工程的意义 陆雪萍 ， 徐 云乾 ， 张鹏 ( 1 广东省水利水电科学研究院， 广州 5 1 0 0 6 0； 2 广东省大坝安全技术管理中心， 广州 5 1 0 6 3 5 ) 摘要： 在简要介绍钢筋混凝土截面剩余含筋率统计方法的基础上， 结合工程实际， 采用有限元 A NS Y S分析程序， 对 比原配筋率与剩余含筋率 7 0 排架抗震性能， 结果表明剩余含筋率 7 O 排架抗震安全不满足规范要求。因此 ， 分 析钢筋混凝土工程的现状安全时， 应该考虑截面剩余含筋率的影响。 关键词： 剩余含筋率 ； 排架 ； 抗震 中图分类号： TV2 2 5 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 2 1 6 8 3 ( 2 O l 4 ) 0 O 2 一 O 2 2 9 一 O 2 Th e Si g ni fic a nc e o f t h e St a t i s t i c a l M e t ho ds o f Re ma i ni ng Re i nf o r c e me nt Ra t e o n Re i nf o r c e d Co nc r e t e LU Xue - p i n g -， XU Yu n - q i a n 一， ZHANG Pe n g ( 1 G u a n g d o n g R e s e a r c h I n s t i t u t e o f Wa t e r Re s o u r c e s a n d Hy d r o p o we r ， G u a n g z h o u 5 1 0 0 6 0 ， C h i n a； 2 Gu a n g d o n g Da m S a e t y Te c h n o l o g y Ma n a g e me n t Ce n t e r， C r u a n g z h o u 5 1 0 6 3 5 ， C h i na) Ab s t r a c t ： Af t e r b r i e flyi n t r o d u c t i o n o ft he s t a t i s t i c a I me t h o ds o f r e ma i n i n g r e i n f o r c e me n t r a t e o n r e i nf o r c e d c o n c r e t e ， a n din c o mb i na t i o nwi t ht h e e ng i n e e r i n g p r a c t i d e， b y u s i n g t h e ANS YS f i n i t e e l e me n t a n a l y s i s pr o g r a m ， c o mp a r i s o n wi t h t h e s e i s mi c p e r f or ma nc e o f o r i g i n a l r a t i o o f r e i n f o r c e me n t a n d t h e r e ma i n i n g 7 O be n t ， t he r e s u l t s s h o w t h a t t h e r e ma ini n g 7 0 b e n t s e i s mi c s a f e t y d o e s n o t me e t r e g u l a t o r y r e q ui r e me n t s Th e nc e ， whe n a na l y z i n g t h e s e c u Ht y s t a t u s of t h e r e i n f o r e e d c o nc r e t e wo r ks ， t h e i mp a c t o f r e ma i ni n g r e i nf 0 r c e me nt r a t e s h o u l d b e c o n s i d e r e d Ke y wo r d s ： r e ma i n i n g r e i n f o r c e me n t r a t e； b e nt ； a n t i s e i s mi c 1 引言 渡槽工程大都暴露于大气中， 受气候、 氧化、 腐蚀等环境 因素的影响， 工程运行多年后 ， 大部分钢筋混凝土出现不同 程度的露筋、 裂缝、 混凝土剥落现象， 严重的甚至会出现垮塌 等工程事故。因此， 对工程露筋、 裂缝、 混凝土剥落统计 ， 掌 握工程现状性能， 是工程除险加固等后续工作的前提条件， 并作为除险加固工作的依据和数据支撑。显然， 对工程现状 进行统计 ， 对工程运行及除险加固具有深远意义。 目前对工程露筋、 裂缝、 混凝土剥落统计记录， 仅限于眼 观、 尺量、 锤击等原始方法， 采用的工具也很简单 ， 如量尺、 卡 尺、 铁锤等。对结构损坏程度有位置、 长度、 宽度、 深度的记 录， 能比较直观的反应结构现状， 但还需要深入分析损坏对 结构的稳定性的影响。 2 剩余含筋率统计方法 钢筋混凝土结构损坏深入分析的基础就是对钢筋剩余 含筋率的统计。剩余含筋率统计是根据结构截面露筋面积 及钢筋锈蚀率基础上， 原设计配筋截面面积减去截面露筋面 积与原设计配筋截 面面积 的百分 比值。用公式 表示为 ： ( A设 计-Am ) A设 计1 0 0 ， Ai ML 露 筋 长 度 钢 筋 直 径。结构露 筋遇到大气腐蚀氧化、 雨水冲刷等， 所露钢筋锈蚀程度一般 都达到 8 0 1 O 0 ， 在结构中已不能承担受力。结构 中承 担受力的钢筋截面面积减小， 对结构稳定性产生严重影响。 钢筋混凝土截面剩余含筋率统计在现实中比较少见 ， 但 是对工程具有重要意义。钢筋混凝土截面剩余含筋率的统 计反应了结构的现实受力情况， 较丈量法统计更深层次 ， 而 且为结构现状的应力分析， 提供贴近工程实际的数据， 其分 析成果能较好反应结构现状， 钢筋混凝土截面剩余含筋率统 计为工程提供切合实际的数据支撑， 对工程的重建加固等后 续工作具有重要指导意义 。 3 工程 实例 3 1工程概 况 名湖水库渡槽专供城市生活用水， 水库通过 4 k m长渡 槽从水库东干渠引水。渡槽为预制混凝土简支结构， 跨长 1 2 m， 共 3 2 0 跨， U型槽身 ， 开口净宽 2 m， 净高 2 2 m。支承 排架为钢筋混凝土结构 ， 高度为 7 5 m。工程兴建于 1 9 9 6 年， 设计流量 5 r n 3 s ， 纵坡比降 ：1 1 5 0 0 。 3 2 排 架露 筋 统计 排架箍筋 采用 08 2 0 0 ， 每米板宽中的钢筋截面面 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 5 1 9 修 回日期 ： 2 0 1 4 0 6 0 9 作者简介 ： 陆雪萍 ( 1 9 8 2 一 ) ， 女( 壮族) ， 广西武 鸣人 ， 工程 师， 硕士 ， 主要从 事水利 工程设计等方 面研究 。E - ma i l ： 1 4 2 3 2 9 8 3 q q c o m 第 1 2 卷 O 2期 南水北调与水利科技 2 0 1 4年 6月 积为 2 5 1 眦 ， 排架横梁 2 0 0 ， 钢筋截面面积 1 4 1 m m2 m， 所露钢筋锈蚀程度达到 8 O 1 o o ， 在结构中已不能承担 应力 ， 在截面含筋率统计中， 露出的钢筋面积以 0计。排架 露筋情况见表 1 。 表 1 排架露筋情况统计 3 3 原配筋率与剩余合筋率排架抗震应力对比 渡槽在满槽工况下， 为最不利工况。计算考虑满槽水工 况下， 根据表 1 统计情况 ， 对排架原配筋率和剩余含筋率为 7 O 两种情况进行抗震应力分析。选取 7 5 m高排架作为 分析对象， 采用 a n s y s 有限元程序， 渡槽槽身和排架采用 s o l - i d 6 5 单元， 钢筋采用 l i n k 8 单元 3 。地震数据采用宁河天津 波的南北向地震记录， 峰值加速度为 1 4 5 8 0 G a l ( 1 G a l =l c m s 2 =O 0 1 m s 2 ) ， 采样频率为 0 0 1 S ， 持续时间为 1 9 1 9 S 。 约束槽身两侧节点 X方向的 自由度， 以模拟相邻槽身 的影响； 排架底部添加 X、 y、 Z三个方向的自由度约束。有 限元模型见图 1 ， 排架横梁节点 Z方向位移变化曲线见图 2 。 图 1 渡槽有限元模型 时 间 图 2 排架第三( 从下往上编号) 横梁顶部某节点( u z _ 1 ) 、 排架第二横梁顶部某节点( u z _ 2 ) 、 排架第一横梁顶部某节点( u z 3 ) 的 Z向位移曲线 满槽工况下 ， 原配筋率排架 x、 y、 z向最大位移一最大 2 3 0 隧 ； 蕊 瓣 瓣 瓣 翻 |自蕊 m 虢 层间位移角见表 2 ， 剩余含筋率 7 O 的排架 X、 y、 z向最大 位移一最大层间位移角见表 3 。 表 1 排架原配筋率的 X、 y、 Z向 最大位移一最大层问位移角统计 排架部位 表 3 排架剩余含筋率 7 O 的 X、 Y、 Z 向最大位移一最大层间位移角统计 嚣 排 架 部 位 一Y 要 由表 2 知 ， 排架原配筋率下 X、 y方向的位移较小， Z方 向的位移较大， 最大层间位移角小于规范允许值。剩余配筋 率 7 O 的排架最大位移角及最大层间位移角的变化规律与 表 2 相同， 但最大层间位移角大于规范允许值。原配筋率排 架满槽水工况下发生的最大侧向位移( Z ) 为 1 2 n l i n ， 剩余配 筋率 7 0 的排架发生的最大侧向位移为 1 7 F i l m， 比原配筋率 排架 大 5 mr n 。 在 7级地震的作用下， 原配筋率 7 5 m高排架最大层间 位移角为 1 6 1 0 ， 剩余配筋率 7 O 排架最大层间位移角 为 2 2 6 1 O ， 两者相差 0 6 6 1 0 - 。 。原配筋率排架最大层 间位移角小 于 建筑 抗震设 计规范 ( G B 5 0 0 1 1 2 0 1 0 ) 表 5 5 1 允许值， 剩余含筋率 7 o 的排架最大层间位移角大于 规范允许值， 不满足规范要求。发生 7 级地震时， 剩余含筋 率 7 O 的排架有倾覆倒塌的危险。 4 结论与建议 本文在简要介绍钢筋混凝土截面剩余含筋率统计方法的 基础上， 结合工程实例 ， 通过原配筋率与剩余含筋率 7 O 7 5 m高的排架在发生 7 级地震作用下， 排架 X、 y、 Z方向的最大 位移及排架最大层间位移角对比， 原配筋率排架最大层间位 移角满足抗震规范要求， 剩余含筋率 7 0 7 5 m高排架最大 层间位移角不满足规范要求， 有倾覆倒塌的危险。工程实例 对比说明， 钢筋混凝土截面剩余含筋率统计对工程稳定性分 析具有重要意义， 为工程后续除险加固提供有利的数据支撑。 参考文献 ： 1 竺慧珠， 陈德亮， 管枫年 渡槽 M 中国水利水电出版社， 2 0 0 4 2 河海大学 水工钢筋混凝土结构学( 第 4 版) M 中国水利水 电出版社 ， 2 0 0 9 3 罗业辉 大型预应力混凝土渡槽槽身有限元分析的研究及应用 D 河海大学， 2 0 0 5 4 陆新征， 江见鲸 用 A N S Y S S o l i d 6 5 单元分析混凝土组合构件 复杂应力 J 建筑结构， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 6 ) ： 2 2 2 4 5 鲍华， 徐礼华， 周友 用 A N S Y S分析某高层建筑的非线性地震 反应 J 武汉大学学报 ( 工学版) ， 2 0 0 3 ， 3 6 ( 4 ) ： 8 3 8 7