钢筋混凝土

编辑
本词条由“匿名用户” 建档。

钢筋混凝土

编辑

钢筋混凝土(RC),也称为水泥混凝土(RCC)和钢筋混凝土,是一种复合材料,其中混凝土相对较低的抗拉强度和延展性通过包含具有较高抗拉强度或延展性的钢筋来补偿。钢筋通常(但不一定)是钢筋(钢筋),并且通常在混凝土凝固之前被动地嵌入混凝土中。然而,后张法也被用作加固混凝土的技术。就每年使用量而言,它是最常见的工程材料之一。在腐蚀工程术语中,如果设计正确,混凝土的碱度可以保护钢筋免受腐蚀。

描述

编辑

加固方案通常设计用于抵抗可能导致不可接受的开裂和/或结构失效的混凝土特定区域的拉应力。现代钢筋混凝土可以包含由钢、聚合物或替代复合材料制成的各种增强材料,是否与钢筋结合使用。钢筋混凝土也可以承受xxx应力(混凝土受压,钢筋受拉),以改善最终结构在工作载荷下的性能。在美国,最常用的方法是预张紧和后张紧。对于坚固、延展和耐用的结构,钢筋至少需要具有以下特性:

  • 相对强度高
  • 对拉伸应变的高耐受性
  • 与混凝土的良好粘合,不受pH值湿度和类似因素的影响
  • 热相容性,不会因温度变化而引起不可接受的应力(例如膨胀或收缩)。
  • 在混凝土环境中的耐久性,例如不受腐蚀或持续应力的影响。

钢筋混凝土历史

编辑

位于俄罗斯斯维尔德洛夫斯克州涅维扬斯克镇的涅维扬斯克斜塔是已知的xxx座使用钢筋混凝土作为施工方法的建筑。它建于1721年至1725年间的实业家AkinfiyDemidov的命令之上。FrançoisCoignet使用钢筋混凝土作为建造建筑结构的技术。1853年,Coignet在巴黎郊区的72rueCharlesMichels建造了xxx座钢筋混凝土结构的四层房屋。Coignet对钢筋混凝土的描述表明,他这样做不是为了增加混凝土的强度,而是为了防止整体结构中的墙壁倾覆。布鲁克林的皮蓬大楼就是他技术的证明。1854年,英国建筑师威廉·B·威尔金森加固了他正在建造的两层楼房的混凝土屋顶地板。他对钢筋的定位表明,与他的前任不同,他了解拉伸应力。JosephMonier是19世纪的法国园丁,他是结构、预制和钢筋混凝土开发的先驱,他对现有可用于制作耐用花盆的材料不满意。他获得了一项通过混合金属丝网和砂浆壳来加固混凝土花盆的专利。1877年,莫尼尔获得了另一项专利,该专利采用了一种更先进的混凝土柱和梁加固技术,该技术使用以网格形式放置的铁棒。虽然莫尼尔无疑知道钢筋混凝土会提高其内部凝聚力,但他是否甚至不清楚钢筋混凝土的抗拉强度提高了多少。在1870年代之前,混凝土建筑的使用虽然可以追溯到罗马帝国,并在19世纪初被重新引入,但还不是一种经过验证的科学技术。ThaddeusHyatt发表了一份题为“关于将波特兰水泥混凝土与铁结合作为建筑材料的一些实验的记录”的报告,其中提到了建筑中金属的经济性以及屋顶、地板和人行道表面的防火安全,其中他报告了他关于钢筋混凝土行为的实验。他的工作在混凝土建筑作为一门经过验证和研究的科学的演变中发挥了重要作用。如果没有凯悦的工作,技术进步可能会依赖更危险的试错方法。ErnestL.Ransome是一位英国出生的工程师,是19世纪末钢筋混凝土技术的早期创新者。利用过去50年来发展起来的钢筋混凝土知识,Ransome改进了几乎所有早期钢筋混凝土发明者的风格和技术。Ransome的关键创新是扭转钢筋,从而提高其与混凝土的结合力。Ransome从他的混凝土建筑中获得了越来越多的名气,他能够建造北美xxx座钢筋混凝土桥梁中的两座。他的一座桥仍然矗立在纽约东区的谢尔特岛上,美国最早建造的混凝土建筑之一是威廉沃德设计的私人住宅,于1876年完工。这座住宅的设计特别是防火。GAWayss是德国土木工程师,也是钢铁混凝土结构的先驱。1879年,Wayss购买了Monier的德国专利权,1884年,他的公司Wayss&Freytag首次将钢筋混凝土用于商业用途。直到1890年代,Wayss和他的公司为莫尼尔加固系统的进步做出了巨大贡献,并将其确立为一项发达的科学技术。最早用钢筋混凝土建造的摩天大楼之一是辛辛那提的16层英格尔斯大厦,建于1904年。南加州xxx座钢筋混凝土建筑是洛杉矶市中心的劳克林附楼,建于1905年。据报道,1906年,洛杉矶市的钢筋混凝土建筑获得了16个建筑许可证,包括圣殿礼堂和8层的海沃德店。1906年,长滩的比克斯比酒店在施工期间因过早拆除支撑物而部分倒塌,造成10名工人死亡。该事件引发了对混凝土安装实践和建筑检查的审查。该结构由钢筋混凝土框架构成,带有空心粘土瓦肋地板和空心粘土瓦填充墙。这种做法受到专家的强烈质疑,并提出了“纯”混凝土结构的建议,在地板和墙壁以及框架上使用钢筋混凝土。1904年4月,开创了钢筋混凝土美学用途的美国建筑师和工程师JuliaMorgan在米尔斯学院完成了她的xxx个钢筋混凝土结构ElCampanil,这是一座72英尺(22m)的钟楼,位于对面从旧金山湾。两年后,ElCampanil在1906年旧金山地震中安然无恙地幸存下来,这帮助她建立了声誉并开始了她多产的职业生涯。1906年的地震也改变了公众对钢筋混凝土作为建筑材料的最初抵抗力,这种材料因被认为乏味而受到批评。1908年,旧金山监事会修改了该市的建筑规范,以允许更广泛地使用钢筋混凝土。1906年,全国水泥用户协会(NACU)发布了第1号标准,并于1910年发布了钢筋混凝土使用标准建筑法规。

在建筑中使用

编辑

许多不同类型的结构和结构组件可以使用钢筋混凝土建造,包括板、墙、梁、柱、基础、框架等。钢筋混凝土可分为预制混凝土或现浇混凝土。设计和实施最高效的地板系统是创建最佳建筑结构的关键。地板系统设计的微小变化会对材料成本、施工进度、极限强度、运营成本、占用水平和建筑物的最终用途产生重大影响。没有钢筋,就不可能用混凝土材料建造现代结构。

钢筋混凝土的行为

编辑

材料

混凝土是粗(石或砖)和细(通常是沙子和/或碎石骨料粘合剂材料(通常是波特兰水泥)和水的糊状物的混合物。当水泥与少量水混合时,它会水合形成微观不透明晶格,将骨料包裹并锁定成刚性形状。用于制造混凝土的骨料应不含有害物质,如有机杂质、淤泥、粘土、褐煤等。典型的混凝土混合物具有高抗压应力(约4,000psi(28MPa));然而,任何明显的张力(例如,由于弯曲)都会破坏微观刚性晶格,导致混凝土开裂和分离。出于这个原因,典型的非钢筋混凝土必须得到很好的支撑,以防止张力的发展。如果将具有高抗拉强度的材料(例如钢)放置在混凝土中,则复合材料(钢筋混凝土)不仅可以抵抗压缩,还可以抵抗弯曲和其他直接拉伸作用。混凝土抗压和钢筋抗拉的复合材料截面可以制成几乎任何形状和尺寸的建筑行业

主要特征

三种物理特性赋予了钢筋混凝土特殊的性能:<pclass="mw-empty-elt">

  • 混凝土的热膨胀系数与钢相近,消除了因热胀冷缩差异而产生的较大内应力。
  • 当混凝土中的水泥浆硬化时,这将与钢材的表面细节保持一致,从而允许任何应力在不同材料之间有效传递。通常钢筋被粗糙化或波纹化以进一步改善混凝土和钢材之间的粘合或内聚力。
  • 硬化水泥浆中所含的碱储备(KOH、NaOH)和硅酸盐(氢氧化钙)所提供的碱性化学环境导致钢材表面形成钝化膜,使其比以往更耐腐蚀。处于中性或酸性条件。当水泥浆暴露在空气中,大气中的水与大气中的二氧化碳反应时,硅酸盐和硬化水泥浆的水合硅酸钙(CSH)逐渐碳化,高pH值从13.5–12.5逐渐降低到8.5,pH水与方解石碳酸钙平衡,钢不再钝化。

根据经验,仅给出数量级的概念,钢在pH值高于~11时受到保护,但在低于~10时开始腐蚀,具体取决于钢特性和混凝土碳化时的当地物理化学条件。混凝土的碳化以及氯化物的侵入是混凝土中钢筋失效的主要原因之一。典型钢筋混凝土所需的钢的相对横截面积通常很小,从大多数梁和板的1%到某些柱的6%不等。钢筋的横截面通常是圆形的并且直径不同。钢筋混凝土结构有时具有通风空心芯等规定,以控制其水分和湿度。沿垂直钢筋混凝土构件横截面的混凝土(尽管有钢筋)强度特性分布是不均匀的。

钢筋与混凝土的复合作用机理

钢筋混凝土结构中的钢筋(例如钢筋)必须承受与周围混凝土相同的应变或变形,以防止两种材料在负载下的不连续、滑动或分离。保持复合作用需要在混凝土和钢之间转移载荷。直接应力从混凝土传递到钢筋界面,从而改变钢筋中沿其长度的拉应力。这种载荷传递是通过粘结(锚固)实现的,并被理想化为在钢-混凝土界面附近发展的连续应力场。混凝土和钢材这两种不同的材料成分能够协同工作的原因如下:(1)钢筋能很好地与混凝土粘结,共同抵抗外荷载和变形。(2)混凝土和钢的热膨胀系数非常接近(混凝土为1.0×10-5至1.5×10-5,钢为1.2×10-5),以至于热应力导致两者之间的结合受损可以防止组件。(3)混凝土可以保护预埋钢免受腐蚀和高温软化。

混凝土中的锚固(粘结):规范代码

由于实际粘结应力沿锚固在受拉区域的钢筋长度变化,因此当前的国际规范规范使用展开长度的概念,而不是粘结应力。对粘结失效的安全性的主要要求是在钢筋需要产生屈服应力的点之外提供足够的长度延伸,并且该长度必须至少等于其发展长度。但是,如果实际可用长度不足以完全开发,则必须提供特殊的锚固装置,例如嵌齿轮或钩子或机械端板。相同的概念适用于规范中提到的搭接接头长度,其中在两个相邻钢筋之间提供接头(重叠)以保持接头区域中所需的应力连续性。

防腐措施

在潮湿和寒冷的气候中,用于道路、桥梁、停车场结构和其他可能暴露于除冰盐的结构的钢筋混凝土可能会受益于使用耐腐蚀增强材料,例如无涂层、低碳/铬(微复合材料)、环氧树脂涂层,热浸镀锌不锈钢螺纹钢。良好的设计和精心挑选的混凝土混合物将为许多应用提供额外的保护。无涂层的低碳/铬钢筋由于没有涂层而看起来与标准碳钢钢筋相似;其高度耐腐蚀的特点是钢的微观结构所固有的。它可以通过其光滑的深色木炭饰面上独特的ASTM规定的轧机标记来识别。环氧涂层钢筋可以很容易地通过其环氧涂层的浅绿色来识别。根据暴露时间的长短,热浸镀锌钢筋可能呈亮灰色或暗灰色,不锈钢钢筋呈现出典型的白色金属光泽,很容易与碳钢钢筋区分开来。参考ASTM标准规范A1035/A1035M用于混凝土钢筋的变形和普通低碳铬钢筋标准规范,A767热浸镀锌钢筋标准规范,A775环氧涂层钢筋标准规范和A955变形钢筋标准规范和用于混凝土加固的普通不锈钢棒。另一种更便宜的保护钢筋的方法是在钢筋上涂上磷酸锌。磷酸锌与水泥孔隙水中的离子羟基阴离子缓慢反应,形成稳定的羟基磷灰石层。渗透性密封剂通常必须在固化一段时间后使用。密封剂包括油塑料泡沫薄膜和铝箔、用焦油密封的毡或织物垫,以及膨润土层,有时用于密封路基。腐蚀抑制剂,例如亚硝酸钙[Ca(NO2)2],也可以在浇筑混凝土之前添加到水混合物中。通常,1-2重量。[Ca(NO2)2]相对于水泥重量的百分比是防止钢筋腐蚀所必需的。亚硝酸根阴离子是一种温和的氧化剂,可氧化存在于腐蚀钢表面的可溶性和可移动的亚铁离子(Fe2+),并使它们以不溶性氧化铁(Fe(OH)3)的形式沉淀。这导致钢在阳极氧化部位钝化。亚硝酸盐是一种比硝酸盐更有效的缓蚀剂,硝酸盐是二价铁的一种较弱的氧化剂。

梁的钢筋和术语

编辑

梁在弯矩作用下弯曲,导致曲率很小。在曲率的外表面(受拉面),混凝土承受拉应力,而在内表面(受压面)承受压应力。单筋梁是这样一种梁,其中混凝土构件仅在受拉面附近进行加固,而钢筋称为受拉钢,旨在抵抗拉力。双钢筋梁是除了受拉钢筋外,混凝土构件还在受压面附近进行加固的部分,以帮助混凝土抵抗压力并承受应力。后一种钢筋称为压缩钢。当混凝土的受压区不足以抵抗弯矩(正弯矩)时,如果建筑师限制截面的尺寸,则必须提供额外的钢筋。欠筋梁是受拉钢筋的抗拉能力小于混凝土和受压钢筋的组合抗压能力(受拉面欠筋)的梁。当钢筋混凝土构件承受不断增加的弯矩时,受拉钢筋屈服,而混凝土并未达到其极限破坏状态。随着受拉钢筋的屈服和拉伸,钢筋不足的混凝土也以延展方式屈服,在最终失效之前表现出大的变形和警告。在这种情况下,钢材的屈服应力决定了设计。超配筋梁是一种受拉钢筋的抗拉能力大于混凝土和受压钢筋的组合受压能力(在受拉面超配)的梁。因此,超钢筋混凝土梁在受压区混凝土的压碎和受拉区钢筋屈服之前发生破坏,由于破坏是瞬时的,因此在破坏前不会提供任何警告。平衡钢筋梁是在梁上施加相同荷载的情况下,受压区和受拉区都达到屈服,混凝土会压碎,受拉钢筋会同时屈服。然而,这种设计标准与过度钢筋混凝土一样具有风险,因为混凝土在受拉钢筋屈服的同时压碎,破坏是突然的,这几乎不会对张力破坏中的痛苦发出警告。钢筋混凝土承重构件通常应设计为钢筋不足,以便结构的用户会收到即将倒塌的警告。特征强度是一种材料的强度,其中少于5%的试样显示出较低的强度。设计强度或标称强度是材料的强度,包括材料安全系数。在许用应力设计中,安全系数的取值一般在0.75到0.85之间。极限状态是具有一定概率的理论失效点。它在分解载荷和分解电阻下进行说明。钢筋混凝土结构通常根据规则和法规或诸如ACI-318、CEB、Eurocode2等规范的建议进行设计。WSD、USD或LRFD方法用于RC结构构件的设计。钢筋混凝土构件的分析和设计可以使用线性或非线性方法进行。在应用安全系数时,建筑规范通常建议采用线性方法,但在某些情况下采用非线性方法。要查看非线性数值模拟和计算的示例,请访问参考资料:

预应力混凝土

编辑

预应力混凝土是一种xxx提高混凝土梁的承载强度的技术。梁底部的钢筋在使用时会受到拉力,在周围浇注混凝土之前,它会受到拉力。一旦混凝土硬化,钢筋上的张力就会被释放,从而在混凝土上施加一个内置的压缩​​力。当施加载荷时,钢筋承受更大的应力,混凝土中的压缩力减小,但不会变成拉力。由于混凝土始终处于受压状态,因此不易开裂和破坏。

钢筋混凝土的常见破坏模式

编辑

钢筋混凝土可能因强度不足而失效,导致机械故障,或由于其耐久性降低。腐蚀和冻融循环可能会损坏设计或构造不佳的钢筋混凝土。当钢筋腐蚀时,氧化产物(锈)会膨胀并趋于剥落,使混凝土开裂并使钢筋与混凝土脱开。下面讨论导致耐久性问题的典型机制。

机械故障

混凝土部分的开裂几乎是不可能防止的;然而,裂缝的大小和位置可以通过适当的钢筋、控制接头、养护方法和混凝土配合比设计来限制和控制。开裂会使水分渗入并腐蚀钢筋。这是极限状态设计中的适用性故障。开裂通常是由于钢筋数量不足或钢筋间距过大造成的。混凝土在超载下或由于内部效应(例如固化时的早期热收缩)而开裂。导致倒塌的最终破坏可能是由于压应力超过其强度时发生的混凝土压碎,当弯曲或剪切应力超过钢筋强度时钢筋的屈服或破坏,或混凝土与混凝土之间的粘结破坏。钢筋。

碳酸化

碳化或中和作用是空气中的二氧化碳与混凝土中的氢氧化钙和水合硅酸钙之间的化学反应。设计混凝土结构时,通常会指定钢筋的混凝土保护层(钢筋在对象内的深度)。最小混凝土覆盖层通常由设计或建筑规范规定。如果钢筋太靠近表面,可能会发生由于腐蚀而导致的早期失效。混凝土覆盖层深度可以用覆盖度计测量。然而,碳化混凝土只有在也有足够的水分和氧气导致钢筋发生电势腐蚀时才会出现耐久性问题。测试结构碳酸盐化的一种方法是在表面钻一个新孔,然后用酚酞指示剂溶液处理切割表面。当与碱性混凝土接触时,这种溶液会变成粉红色,从而可以看到碳化的深度。使用现有的孔是不够的,因为暴露的表面已经被碳化了。

氯化物

如果浓度足够高,氯化物会促进嵌入钢筋的腐蚀。氯离子会引起钢筋的局部腐蚀(点蚀)和全面腐蚀。为此,混凝土搅拌只能使用新鲜的原水或饮用水,确保粗骨料和细骨料不含氯化物,而不是可能含有氯化物的外加剂。氯化钙曾被用作促进混凝土快速凝固的外加剂。人们也错误地认为它可以防止冻结。然而,一旦氯化物的有害影响为人所知,这种做法就不再受欢迎。应尽可能避免。在道路上使用除冰盐来降低水的冰点,这可能是钢筋或预应力混凝土桥面、道路和停车场过早失效的主要原因之一。环氧树脂涂层钢筋的使用和阴极保护的应用在一定程度上缓解了这个问题。此外,众所周知,FRP(纤维增强聚合物)钢筋不易受氯化物的影响。设计得当且经过适当固化的混凝土混合物有效地不受除冰剂的影响。另一个重要的氯离子来源是海水。海水含有按重量计约3.5%的盐。这些盐包括氯化钠、硫酸镁硫酸钙碳酸氢盐。在水中,这些盐分解成自由离子(Na+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-)并随水迁移到混凝土的毛细管中。占这些离子约50%的氯离子特别具有腐蚀性,是碳钢钢筋腐蚀的原因。在1960年代和1970年代,菱镁矿(一种富含氯化物的碳酸盐矿物)被用作地板材料也比较普遍。这主要是作为平整和声音衰减层完成的。然而,现在已知当这些材料与水分接触时,由于菱镁矿中存在氯化物,它们会产生稀盐酸溶液。经过一段时间(通常是几十年),溶液会导致嵌入钢筋的腐蚀。这最常见于潮湿区域或反复暴露于湿气的区域。

碱二氧化硅反应

这是有时存在于骨料中的无定形二氧化硅玉髓燧石、硅质石灰石)与水泥孔隙溶液中的羟基离子(OH-)发生反应。结晶度差的二氧化硅(SiO2)在高pH(12.5-13.5)的碱性水中溶解和解离。可溶的解离硅酸在孔隙水中与水泥浆中的氢氧化钙(硅酸盐)反应形成膨胀的水合硅酸钙(CSH)。碱-二氧化硅反应(ASR)导致局部膨胀,导致拉伸应力和开裂。碱二氧化硅反应所需的条件有三:(1)含有碱反应性成分(无定形二氧化硅)的骨料,(2)足够的羟基离子(OH-),以及(3)足够的水分,混凝土内的相对湿度(RH)高于75%。这种现象有时被普遍称为具体癌症。该反应独立于钢筋的存在而发生;大坝等大型混凝土结构可能会受到影响。

高铝水泥的转化

这种水泥耐弱酸,尤其是硫酸盐,固化速度快,具有非常高的耐久性和强度。二战后经常使用它来制造预制混凝土物体。但是,它会随着热或时间(转化)而失去强度,尤其是在未正确固化的情况下。在三个使用高铝水泥的预应力混凝土梁制成的屋顶倒塌后,这种水泥于1976年在英国被禁止使用。随后对此事的调查表明,这些梁的制造不当,但禁令仍然存在。

硫酸盐

土壤地下水中的硫酸盐(SO4)浓度足够时,会与混凝土中的波特兰水泥发生反应,导致形成膨胀产物,例如钙矾石或硅钙石,这会导致结构的早期破坏。这种类型的最典型的攻击是在酸根离子通过交替润湿和干燥可以增加浓度的等级的混凝土板和基础墙上。随着浓度的增加,可以开始对波特兰水泥的攻击。对于管道等埋地结构,这种类型的攻击要少得多,尤其是在美国东部。土壤中硫酸根离子浓度的增加要慢得多,尤其取决于原生土壤中硫酸根的初始量。在任何涉及与原生土壤接触的混凝土的项目的设计阶段,都应对土壤钻孔进行化学分析以检查硫酸盐的存在。如果发现浓度具有腐蚀性,则可以应用各种保护涂层。此外,在美国ASTMC1505型波特兰水泥可用于混合物中。这种类型的水泥被设计成特别耐硫酸盐侵蚀。

钢板结构

编辑

在钢板结构中,纵梁连接平行钢板。板组件在场外制造,并在现场焊接在一起以形成由纵梁连接的钢墙。墙壁成为混凝土浇注的形式。钢板施工省去了耗时的现场手动绑扎钢筋和建筑模板的步骤,从而加快了钢筋混凝土的施工速度。该方法产生了极好的强度,因为钢在外面,那里的拉力通常是xxx的。

纤维增强混凝土

编辑

纤维增强主要用于喷射混凝土,但也可用于普通混凝土。纤维增强普通混凝土主要用于地面地板和人行道,但也可以考虑用于各种建筑部件(梁、柱、基础等),无论是单独使用还是与手绑钢筋一起使用。用纤维(通常是钢、玻璃、塑料纤维)或纤维素聚合物纤维增强的混凝土比手绑钢筋便宜。纤维的形状、尺寸和长度很重要。细而短的纤维,例如短的毛状玻璃纤维,仅在混凝土浇筑后的最初几个小时内有效(其作用是在混凝土硬化时减少开裂),但不会增加混凝土的抗拉强度.用于欧洲喷射混凝土的普通尺寸纤维(直径1毫米,长度45毫米——钢或塑料)将增加混凝土的抗拉强度。纤维增强最常用于补充或部分替代主要钢筋,在某些情况下,它可以设计为完全替代钢筋。钢是最坚固的常用纤维,具有不同的长度(欧洲为30至80毫米)和形状(端钩)。钢纤维只能用于可以耐受或避免腐蚀和锈迹的表面。在某些情况下,钢纤维表面会面对其他材料。玻璃纤维价格低廉且耐腐蚀,但不如钢具有延展性。最近,在东欧长期可用的玄武岩纺丝纤维已在美国和西欧可用。玄武岩纤维比玻璃更坚固、更便宜,但从历史上看,它不能很好地抵抗波特兰水泥的碱性环境,无法用作直接增强材料。新材料使用塑料粘合剂将玄武岩纤维与水泥隔离。优质纤维是石墨增强塑料纤维,其强度几乎与钢一样,重量更轻且耐腐蚀。一些实验已经在碳纳米管上取得了可喜的早期结果,但这种材料对于任何建筑来说仍然过于昂贵。

钢筋混凝土

非钢加固

编辑

混凝土的非钢筋增强和纤维增强的主题之间存在相当大的重叠。混凝土非钢筋的引入是相对较新的;它有两种主要形式:非金属钢筋和掺入水泥基体中的非钢(通常也是非金属)纤维。例如,人们对玻璃纤维增​​强混凝土(GFRC)和掺入混凝土的聚合物纤维的各种应用越来越感兴趣。虽然目前并没有太多的建议表明此类材料将取代金属钢筋,但其中一些在特定应用中具有重大优势,也有一些新的应用根本无法选择金属钢筋。然而,非钢加固的设计和应用充满挑战。一方面,混凝土是一种高碱性环境,其中包括大多数玻璃在内的许多材料的使用寿命都很差。此外,这种增强材料的行为不同于金属的行为,例如在剪切强度蠕变和弹性方面。纤维增强塑料/聚合物(FRP)和玻璃增强塑料(GRP)由聚合物、玻璃、碳、芳纶或其他聚合物的纤维或设置在脂基体中的高强度纤维组成,以形成钢筋棒或网格,或纤维。这些钢筋的安装方式与钢筋大致相同。成本较高,但如果应用得当,这些结构具有优势,特别是通过固有的混凝土碱度或可能渗透混凝土的外部腐蚀性流体,显着减少了与腐蚀有关的问题。这些结构可以明显更轻,并且通常具有更长的使用寿命。自从这些材料在航空航天工业和军队中被广泛采用以来,它们的成本已经大幅下降。特别是,FRP棒可用于不能接受钢的结构。例如,MRI机器具有巨大的磁铁,因此需要非磁性建筑物。同样,读取无线电标签的收费站需要对无线电波透明的钢筋混凝土。此外,在混凝土结构的设计寿命比其初始成本更重要的情况下,非钢筋钢筋通常具有其优势,其中钢筋腐蚀是失效的主要原因。在这种情况下,防腐蚀加固可以显着延长结构的使用寿命,例如在潮间带。FRP杆在未来几年混凝土结构可能会受到损害的情况下也可能有用,例如更换栏杆时的阳台边缘,与钢筋相比,塑料增强材料通常更坚固,或者至少具有更好的强度重量比。此外,由于它耐腐蚀,它不需要像钢筋一样厚的混凝土保护层(通常为30至50毫米或更多)。因此,FRP增强结构可以更轻且使用寿命更长。因此,对于某些应用,整个生命周期的成本将与钢筋混凝土相比具有价格竞争力。FRP或GRP钢筋的材料特性与钢有明显区别,因此在设计考虑方面存在差异。FRP或GRP钢筋的抗拉强度相对较高,但刚度较低,因此挠度可能高于同等钢筋单元。具有内部FRP增强结构的结构通常具有与钢筋结构的塑性变形能力(延展性)相当的弹性变形能力。在这两种情况下,混凝土受压而不是钢筋断裂更容易发生失效。挠度始终是钢筋混凝土的主要设计考虑因素。设置挠度限制以确保控制钢筋混凝土中的裂缝宽度,以防止水、空气或其他腐蚀性物质到达钢筋并引起腐蚀。对于FRP钢筋混凝土,美观和可能的水密性将是裂缝宽度控制的限制标准。与钢筋相比,FRP杆的抗压强度也相对较低,因此需要对钢筋混凝土柱采用不同的设计方法。使用FRP增强材料的一个缺点是其有限的耐火性。在考虑防火安全的情况下,采用FRP的结构必须在发生火灾时的预期温度下保持其强度和锚固力。为了防火,需要足够厚度的水泥混凝土覆盖层或保护覆层。已证明在混凝土中添加1kg/m3的聚丙烯纤维可减少模拟火灾期间的剥落。(这种改进被认为是由于在混凝土主体中形成了通道,从而使蒸汽压力消散。)另一个问题是抗剪加固的有效性。与钢箍筋或直纤维结构相比,在硬化前通过弯曲形成的FRP钢筋箍筋的性能通常相对较差。当应变时,直线和弯曲区域之间的区域会受到强烈的弯曲、剪切和纵向应力。处理此类问题需要特殊的设计技术。人们对使用复合材料(玻璃纤维、玄武岩、碳)钢筋等先进材料对现有结构进行外部加固越来越感兴趣,这种材料可以赋予出色的强度。在全球范围内,有多个不同国家认可的复合钢筋品牌,如Aslan、DACOT、V-rod和ComBar。从美国、俄罗斯、韩国到德国,世界各地使用复合钢筋的项目数量日益增加。

内容由匿名用户提供,本内容不代表vibaike.com立场,内容投诉举报请联系vibaike.com客服。如若转载,请注明出处:https://vibaike.com/139722/

(5)
词条目录
  1. 钢筋混凝土
  2. 描述
  3. 钢筋混凝土历史
  4. 在建筑中使用
  5. 钢筋混凝土的行为
  6. 材料
  7. 主要特征
  8. 钢筋与混凝土的复合作用机理
  9. 混凝土中的锚固(粘结):规范代码
  10. 防腐措施
  11. 梁的钢筋和术语
  12. 预应力混凝土
  13. 钢筋混凝土的常见破坏模式
  14. 机械故障
  15. 碳酸化
  16. 氯化物
  17. 碱二氧化硅反应
  18. 高铝水泥的转化
  19. 硫酸盐
  20. 钢板结构
  21. 纤维增强混凝土
  22. 非钢加固

轻触这里

关闭目录

目录