《混凝土结构理论与应用》教学案例库

《混凝土结构理论与应用》教学案例库

编写人：熊进刚李永华袁志军胡淑军

《混凝土结构理论与应用》课程以研究和分析钢筋混凝土结构的性能及一般

规律为目标，是研究和设计钢筋混凝土结构的主要理论基础和试验依据，侧重于

为钢筋混凝土结构的研究和设计服务。

涉及的知识点包括：混凝土的材料特性和破坏机理、轴向受力构件特性、压

弯构件截面分析、框架节点设计与构造、混凝土结构的耐久性、混凝土结构抗震

性能、混凝土结构抗高温性能、混凝土结构的裂缝控制、混凝土结构加固、混凝

土结构转换层、混凝土结构的连续倒塌。

案例均为原创，且为实际工程项目或试验项目，是编者在工程实践和科学研

究中所亲身实施的。

案例1混凝土结构受力性能全过程分析及应用案例

［摘要］对采用高性能灌浆料置换加固的混凝土框架柱的轴压受力性能进行

了全过程分析，讨论了加固前混凝土初始应力对置换截面(组合截面)高性能灌

浆料强度发挥程度的影响。结果表明，对于加固时不能卸载的柱，高性能灌浆料

与混凝土之间存在应变滞后现象，混凝土与高性能灌浆料不能同时达其抗压强

度。加固前，柱的初始应力越高，高性能灌浆料的强度发挥程度越低。混凝土初

始应力在(0.2~0.6)/；,时，高性能灌浆料的强度发挥程度为(69~87)虬在此基础

上，提出了高性能灌囊料置换加固柱折算混凝土强度和轴心受压承载力的计算方

法。

［关键词］钢筋混凝土柱；高性能灌浆料；置换加固；轴心受压性能；全过

程分析

Abstract：Afullprocessanalysisonaxialcompressionpropertyof

reinforcedconcretecolumnstrengthenedbyreplacingsectionwithhigh

performanceCGM(cementitiousgroutingmaterial)isfinishedinthis

paper.EffectdegreeofinitialstressonhighperformanceCGMis

discussed.Theresultsshowthatstrainhysteresisoccursinhigh

performanceCGMifthecolumnisunloadedbeforestrengthening.Concrete

andhighperformanceCGMcannotsimultaneouslyreachtheircompressive

strength.Thelargerinitialstressofconcretebeforestrengthening,the

lowereffectdegreeofhighperformanceCGM.Wheninitialstressof

concreteis(0.2~0.6)力,effectdegreeofhighperformanceCGM

is(69~87)%.Onthebasisofthis,thecalculatingmethodonequivalent

strengthofconcreteandbearingcapacityofthestrengthenedcolumnare

presented.

Keywords：reinforcedconcretecolumn；highperformanceCGM；

strengtheningwithreplaceingsection；axialcompressionproperty；full

processanalysis

引言和背景：

江西某住宅楼，地上18层，地下一层，采用钢筋混凝土现浇框架-剪力墙结

构，钻孔灌注桩基础，抗震设防烈度6度。一至四层墙、柱混凝土设计强度等级

C40,主体验收时经实体检测：一层墙柱C30,二、三层墙柱C25,四层墙柱C30,

此时结构已经封顶。因底部柱、剪力墙混凝土强度未达到设计强度要求（低于原

设计值两个强度等级），直接导致柱、墙的轴压比和受压承载力不满足“规范”

要求。因结构已封顶，不可能拆除重建，必需进行加固。

常规的加大截面法或者置换法对于本结构不适用：①该房屋已出售，加大柱、

剪力墙的截面势必影响房屋的使用面积和功能，业主不同意；②《混凝土结构加

固设计规范》对于置换法明确规定：非置换部分的原构件混凝土强度等级不应低

于该混凝土结构建造时规定的强度等级，新置换的混凝土强度等级不宜过高，一

般以提高一级为宜。本工程剪力墙、柱佐强度等级明显低于规定的强度等级。根

据本工程实际情况，经综合比较，确定采用高性能灌浆料置换加固方案。

因结构已封顶，部分砌体隔墙已砌筑，需进行加固的混凝土剪力墙、柱存在

较高的压应力（应变），加固实施时不可能进行卸载，后置换的高性能灌浆料在

后续荷载增量下才产生应力（应变），因此高性能灌浆料与内部混凝土存在明显

的应变滞后，此种情况下，加固柱（墙）的承载力如何计算？加固后的置换截面

（组合截面）的折算混凝土强度如何计算？

加固后

内容：

(1)平衡方程:

N=4A+GA(1)

式中：A=b1h「A(2)

As=pA=曲］%(3)

bPh,——柱截面原设计尺寸；

A、p——纵向钢筋截面面积、配筋率；5、4——混凝土、纵筋的压应力。

(2)本构方程

纵筋：G=•二ssy(4)

IfyJ＞与

式中：q、&——纵向钢筋的应力、应变

6、人、％——纵向钢筋的弹性模量、屈服强度、屈服应变

混凝土：考虑箍筋对混凝土的约束作用，采用过镇海模型：

二二

fee

2

c«a1-X+(3-2anc)X+(aac-2)x\x<l

%’.(x-l)2+x

a„(.=(14-1.8/1,)x1.7

55

adc=(1-1.752°)x0.8

几=(1+0.54)力

%.=(1+2.54)%

/、/——约束混凝土的应力、应变：

心、4c——约束混凝土的峰值应力(抗压强度)、峰值应变；

，、%——素混凝土的峰值应力(抗压强度)、峰值应变；

4——约束指标。

仅由平衡方程(1)和本构方程(4)、(5),还不能确定轴力N与q、q的关系，需引入

变形协调方程。

(3)变形协调方程

假定柱横截面始终保持平面，截面上各点的应变相等，则有

£=&=4⑹

联立求解（1）、（4）、（5）、（6）,即可获得N-£等关系曲线。

对于高性能灌浆料本构关系，采用

「（2.17x-1.34x2+O.17X3V-x<1八。、

\（13）

gx,1

I---葭x>l

l.56（7-x---1-）-~-+---x-f'

式中：x=

4、％——高性能灌浆料的应力、应变；

人、气。——高性能灌浆料的抗压强度（峰值应力）、峰值应变。

（4）计算结果

初始应力crc0=0.6工时KZ1柱：

灌浆料发挥作用前，混凝土已产生了约0.00086的压应变，在后续荷载下，随截面应变的增

大，混凝土应力缓慢增长，而灌浆料应力增长较快，当截面应变达到约束混凝土的峰值应变

时，混凝土达到抗压强度，而此时高性能灌浆料的应力为19.IN/mm?,是其抗压设计强

度（27.5/V/mm2）的69%。此后，截面应变继续增大，灌浆料的应力继续增长，但混凝土

应力降低，直至混凝土达到极限压应变久u=0.0033时，灌浆料压应力％=26.5N/m2,

接近其抗压设计强度。但在实际结构构件中，不允许混凝土的压应变达到其极限压应变。

bco=O-6/时KZ1柱轴力与截面应变的关系曲线如下图。由图可见，总轴力-应变曲线

存一水平台阶：轴力保持不变而截面应变有一突增，这一台阶对应于凿除混凝土保护层时的

受力状态（第二阶段）：柱轴向压力不变，但混凝土截面减小，导致截面应变增加。图5还

表明，灌浆料承担的轴力随截面应变增长而增大，灌浆料与混凝土二者承担的轴力N『g,

在截面应变不超过0.0025前，随截面应变增长而增加，但增长趋势逐渐减小；截面应变超

过0.0025后，N’g基本不再增加。总轴力N的变化趋势同N*。

（5）参数分析

为进一步了解灌浆料与原截面的面积比〃、灌浆料强度等级九、混凝土强度等级£、混凝

土初始应力b’o等参数对受力性能的影响，本文进行了参数分析，面积比取40%,48%.

52%；灌浆料强度等级人,为C50、C60、C70；混凝土强度等级力为C25、C30、C35；初始应

力be。取0.2力、0.4力、0.6。。具体参数及高性能灌浆料强度发挥程度分析结果列于表1。

综合前文论述及表1结果可知：

①初始应力是影响高性能灌浆料强度发挥程度的重要因素。

②对于加固实施前存在较高初始应力（b,o=O.6A）的情形，因混凝土与高性能灌浆

料存在明显的应变差，导致当混凝土达到其抗压设计强度时，高性能灌浆料的应力约为

其抗压强度的69机而当高性能灌浆料的应力达到其抗压强度之前，截面应变已达混凝

土极限压应变，这在实际工程中是不允许的。因此，高性能灌浆料的抗压强度不能充分

发挥。

③对于加固实施之前存在较低初始应力（cT,o=0.2力）的情形，虽然高性能灌浆料与

混凝土之间也存在应变滞后，但程度较轻。当混凝土应力达到其抗压设计强度时，高性

能灌浆料的压应力可达其抗压设计强度的87%左右；当高性能灌浆料压应力达到其抗压

强度时，混凝土应变达到其极限压应变。此种情形，高性能灌浆料抗压强度的发挥程度

要高于前一情形。

④截面应变在0.0025左右时，混凝土与灌浆料二者承担的轴力达到最大，考虑到实际

工程中，混凝土的应变不宜过大，建议取截面应变为0.0025时的轴力为其承载力。此

时，混凝土的应力达到其抗压强度设计值，高性能灌浆料的应力为其抗压强度设计值的

69%至87%,平均约75%。

高性能

编号b]xhjbxhbxhrf

2233aCA/0灌浆料

(mm2)(mm2)(mm2)的强度

发挥程

度

KZla0.6469%

KZlb550X650480X580600X70040%C30C600.47c78%

KZlc0.2。87%

KZ2a0.6/.69%

KZ2b400X650330X580450X70048%C30C600”,78%

KZ2c02人86%

KZ3a0.67；69%

KZ3b450X450380X380500X50052%C30C600.4<78%

KZ3c0.2<85%

KZldC2578%

550X650480X580600X70040%C60

KZleC3578%

KZ2dC2578%

400X650330X580450X70048%C600.4/(.

KZ2eC3578%

KZ3dC2578%

450X450380X380500X50052%C600.44

KZ3eC3578%

KZ2fC5079%

400X650330X580450X70048%C300.4A

KZ2gC7079%

注：①表中“高性能灌浆料的强度发挥程度”，是指当混凝土应力达到抗压设计强度时，高

性能灌浆料的压应力与其抗压设计强度的百分比。

②=&力3一优色

“一姐

(6)混凝土折算强度和轴压承载力

对于普通混凝土框架柱，其轴压比

N

n=----(15)

对于采用高性能灌浆料置换加固的框架柱(图12b所示)，引入混凝土折算强度力,代替

式(15)中的力，则轴压比

NN

“"有=几(4+4)(16)

式中，4、4——分别为混凝土、高性能灌浆料的截面面积

根据前一节分析，加固柱截面混凝土和高性能灌浆料不能同时达到其抗压设计强度，混

凝土应力达其抗压强度，时，高性能灌浆料的程度仅发挥了69%至87%,平均约75%,

进一步考虑到高性能灌浆料与混凝土结合面可能存在滑移错动，整体共同工作性能降

低，建议置换加固截面(组合截面)的折算混凝土强度/；«按下式计算:

几(4+4)=fcAc+0.75x0.8x4x4(17)

即：f=M十°"4(18)

"A,+4

(b)

普通柱与加固柱

结合上述分析，并参考混凝土结构加固设计规范，当采用高性能灌浆料置换加固钢筋混

凝土轴心受压构件时，建议其轴心受压承载力Nu按下式计算：

M=0.90(74+0.644+人’4)(19)

式中：(P—受压构件稳定系数，按混凝土结构设计规范⑷取值；

Z，\A'——受压纵筋的抗压屈服强度设计值、截面面积；

结语：

(1)采用高性能灌浆料置换加固混凝土柱，可适用于混凝土实测强度明显低

于原设计规定强度等级的情形。

(2)对于加固时不能卸载的柱，高性能灌浆料与混凝土之间存在应变滞后现

象，混凝土与高性能灌浆料不能同时达其抗压强度。加固前，柱的初始应力越高,

高性能灌浆料的强度发挥程度越低。混凝土初始应力在①2~0-6)0时，高性能

灌浆料的强度发挥程度为(56~82)机

(3)高性能灌浆料置换加固截面(组合截面)的折算混凝土强度几可按式

(18)计算。

(4)高性能灌浆料置换加固混凝土的轴心受压承载力可按式(19)计算。

附件：案例1混凝土结构受力性能全过程分析及应用案例

思考题：对于大偏压柱，承载力如何计算？

案例2混凝土结构裂缝原因分析及处理措施案例.

［摘要］介绍了南昌市某商城建筑在建过程中，地下室混凝土顶板的开裂情

形，分析了裂缝产生的主要原因，提出了裂缝修补的施工措施，可供类似工程参

考。

［关键词］高层建筑，地下室顶板，裂缝

Abstract：ThecracksofbasementtopplateofabusinessbuildinginNanchang

cityisintroduced.Thereasonsresultinginconcretecracksareanalysedand

constructionmethodsareprovidedtorepairthecracks.

Keywords：tallbuilding;basementtopplate；crack

引言和背景：

南昌市某商城建筑由三栋高层建筑组成，±0.00以上21层，±0.00以下1

层地下室（地下室连通），采用框架一剪力结构，总建筑面积为7.4万m2,地下

一层建筑平面如图1所示。地下室轴线平面尺寸为137.18mX98.46m,未设置伸

缩缝，但在纵、横方向设置了几条混凝土施工后浇带。本工程桩基础的施工自

2004年12月1日开始，至2005年春节前完成。地下室部分于春节后开始施工，

采用商品混凝土，混凝土强度等级为C30,地下室顶板厚度为250mm。顶板混凝

土在2005年6月4日全部完成，于2005年8月3日完成10^18轴间顶板混凝土

后浇带，8月16日完成「10轴间顶板混凝土后浇带，后浇带混凝土的浇筑时间

均符合设计要求（设计图纸要求后浇带混凝土的浇筑时间距顶板混凝土浇筑时间

不少于1个月）。后浇带混凝土浇筑前，施工单位会同开发、监理单位对地下室

进行了全面认真的检查，未发现有裂缝、渗漏等现象。在对后浇带部位的钢筋、

模板进行检查时发现，后浇带部位的钢筋均因高温天气的原因而出现了起拱现

象，起拱高度在20~30廊。后浇带混凝土强度等级为C35,抗渗等级S6,混凝土

浇筑时间正处在南昌市的高温时期。在后浇带完成以后的近一个月时间内，监理

及施工单位对地下室进行了多次检查，均未发现有裂缝和渗漏现象。9月上旬，

施工单位准备进行地下室墙柱面粉刷及顶板批灰，报请开发、监理单位对地下室

进行检查，开发、监理单位于9月12日对地下室进行检查，发现顶板有几处水

印，为此监理单位于当日发出监理通知，要求施工单位查明水印原因，并上报了

业主。由于当时天气以晴为主，未下长时间的大雨，故在板底未见有明显的渗水

现象，加上工期紧张，未引起足够重视，施工单位对地下室进行了粉刷。11月

9日开始连续下了5、6天的雨，室外顶板上积水高度超过10cm,此时地下室顶

板的渗漏就非常明显，引起参建各方重视。业主、监理及施工单位对地下室进

行认真检查，发现顶板渗漏部位以地下车库和高层主体的连接部位居多，部分穿

过电线盒并沿预埋管敷设方向开裂。

内容：

（1）裂缝情形

顶板渗漏部位以地下车库和高层主体的连接部位居多，部分穿过电线盒并沿

预埋管敷设方向开裂。经检测部门检测，10条裂缝分别分布在如下轴线的板块

中：1-2/L-M、2-3/L-M、13T4/A-B、12T3/F-G、15T6/H-J、15-16/J-K、HT2/L-M、

3-4/C-B、10-11/H-J、8-9/K-L,裂缝长度除1条为4200mm外，其余9条长度为

1000"2000mm,裂缝宽度为0.ll~0.18mm。

（2）开裂原因

根据裂缝出现的时间和裂缝的分布特征分析，地下室顶板出现的局部裂缝,

属于混凝土收缩和温度变化引起的变形裂缝，是非荷载裂缝。开裂原因分析如下：

该地下室面积超过1.2万布，设计上，该建筑物建成后地下室顶板上有覆土

绿化，温度效应小，正是基于此，地下室顶板才未设置伸缩缝，而仅在轴线5飞

之间、1「12之间和H~J之间沿纵、横方向设置了几条混凝土施工后浇带。地下

室顶板出现明显渗漏后，设计人员对地下室顶板进行了复查验算，考虑板承受地

面填土、绿化、消防车等使用荷载下，板的承载力和正常使用能力均符合现行规

范要求，似乎是合理的。但事实上，整个结构施工期间，由于部分区域的地下室

顶板需用作施工操作面，地下室顶板上并未覆土，而是直接暴露在自然环境下，

内外温差、昼夜温差大。设计人员在设计地下室顶板时，考虑的情形是建筑物建

成后地下室顶板上有覆土绿化（温度变化小、收缩小），板承受地面填土、绿化、

消防车等使用荷载下，板的承载力和正常使用能力符合现行规范要求，但没有恰

当考虑结构施工阶段地下室顶板所处实际环境，此时，板直接暴露在自然环境下，

温度变化大，收缩大。

地下室顶板混凝土浇筑时间和后浇带混凝土封闭时间。顶板混凝土在2013

年6月4日全部完成，在6月份，南昌地区已是较炎热了，气温较高。后浇带混

凝土封闭时间是8月上、中旬，距顶板混凝土浇筑完已有2个多月，尽管符合设

计图纸要求的1个月时间，但这段时间在南昌正是酷暑盛夏，气温最高。在这样

的时间浇筑后浇带混凝土显然是不利的，为混凝土开裂留下隐患。监理方、施工

方不宜拘泥或盲目遵循设计图纸要求，而应根据现场实际情况，与设计方进行交

流沟通，针对工程的环境条件和进度等实际特点，作出相应调整。在后浇带混凝

土的浇筑方面，一般宜两个月以后采用比原混凝土高一等级的无收缩混凝土浇灌

密实（仅用于温度后浇带，不用于沉降后浇带）。对于本工程来说，后浇带封闭

宜错开8月份的高温时断时段，可在11月或过完冬季后再封闭，以使地下室顶

板在未回填覆土以前暴露在空气中的最大长度不大于40m。另外后浇带混凝土应

采用UEA膨胀混凝土，UEA一I掺量宜增加至15%（本工程掺量仅为8%）„

地下室顶板出现明显渗漏后，参建各方还对地下室的混凝土梁、柱、墙及土

0.00以上已施工的主体结构混凝土和砌体进行了检查，未发现异常现象。检测

部门采用钻芯取样和混凝土回弹对地下室顶板的板厚、混凝土强度及混凝土保护

层厚度等指标进行了相关检测，检测数据均满足设计要求。但是，对于超长混凝

土结构来说，仅这几个指标满足要求还很不够,还应针对超长混凝土结构的特点，

重点考虑其它一些因素。从原材料选用上，采用收缩性小的普通硅酸盐水泥

P0.32.5,选用中砂（级配II区、细度模数2.6左右），混凝土粗骨料选用5-40mm

碎石，严格控制粗细骨料含泥量（1%。

混凝土配合比方面，在满足设计强度和抗渗要求的情况下，优选出低收缩、

低水化热、方便施工、经济合理的混凝土配合比，严格控制水灰比及现场坍落度，

浇注前混凝土的坍落度控制在120140mm为宜。本工程地下室顶板混凝土坍落度

在160~180mni,明显偏大，加剧了混凝土的收缩。在混凝土养护方面，由于施工

正处高温季节，及时对混凝土实施养护显得尤为重要。当抹平压实后，人站在混

凝土上面无脚印时，立即覆盖麻袋，挠水养护。浇水昼夜连续作业，确保混凝土

表面处于湿润状态，养护时间不少于14d。此外，还应尽早及时回填覆土（相当

与保温隔热层）减少顶板的暴露时间。本工程地下室顶板养护时间约为10d,本

该有的覆土也未及时回填，使地下室顶板暴露在空气中长达数月之久。

根据沉降观测记录，其最大沉降仅为5mm,排除了基础不均匀沉降这一因素。

这些裂缝虽然对结构的安全影响不大，但会影响结构的正常使用和耐久性，

应对裂缝进行处理。

结语：

（1）本工程地下室为超长结构，且地下室顶板大部分暴露在自然环境中，

设计时没有考虑设置伸缩缝，而仅考虑设置施工后浇带，实际结果却表明，施工

后浇带并没有达到预期的避免混凝土开裂的效果，或者说，施工后浇带仅能在顶

板（超长结构）施工过程有一定效果，而当施工后浇带封闭后，由于温度效应，

顶板（超长结构）混凝土仍不可避免要开裂。因此，单纯采用设置施工后浇带的

方法并不能根本防止超长结构混凝土的开裂。

（2）设计人员设计时应注意结构施工阶段与使用阶段所处环境和所受工况

的差异。

（3）监理方、施工方不宜拘泥或盲目遵循设计图纸要求，而应根据工程的

环境条件和进度等实际特点，与设计方进行交流沟通，对后浇带混凝土封闭时间

作出相应调整。

（4）对超长混凝土结构来说，从施工角度，仅考察板厚（构件尺寸）、混凝

土强度及混凝土保护层厚度等几个指标还不够，还应特别注意原材料、配合比、

坍落度、养护等方面的问题。

附件：案例2混凝土结构裂缝原因分析及处理措施案例

思考题：对于超长混凝土结构，施工后浇带与伸缩缝的作用有何异同？

案例3混凝土结构耐久性试验及设计方法案例

［摘要］进行了锈蚀钢筋混凝土简支梁斜截面受剪性能的试验研究，考虑了

纵、箍筋的不同锈蚀率、剪跨比等影响因素，观测了弯曲裂缝、剪切裂缝的发生、

发展及梁的破坏过程，量测了挠度、纵筋应变、箍筋应变、极限承载力等数据，

并对试验结果进行了分析。

［关键词］锈蚀；钢筋混凝土；梁；受剪承载力

Abstract:Simplesupportedcorrodedreinforcedconcretebeamsare

tested.Theconsidersomanyaffectingfactorsaslongitudinalsteelrs

corrosionrate,stirrups'corrosionrateandshear一spanratio.The

crackprocessandfailuremodelareobserved.Thedatassuchas

deflection>longitudinalsteelstrain,stirrupsstrainandultimatebear

capacityaremeasured,andthetestresultsareanalyzed.

Keywords:corrosion;reinforcedconcrete;beam;shear

引言和背景：

混凝土是土木工程中运用最多的建筑材料，也是最主要的结构材料，钢筋混

凝土结构已成为世界上运用最为广泛的结构形式。但从混凝土运用于土木工程至

今的150多年来看，大量的钢筋混凝土结构由于各种原因在达到预定使用年限之

前提前失效。这当中有的是由于结构抗力不足而引起的，有的是使用不当造成的，

但更多的是由于混凝土结构耐久性不足而引起的，特别是钢筋锈蚀引起的。沿海

地区的混凝土结构，由于海洋环境的影响，混凝土中钢筋锈蚀是导致混凝土结构

耐久性下降的主要原因。

由于保护层厚度相对较薄，箍筋锈蚀往往比纵筋更为严重；箍筋直径小对截

面损失更为敏感；构件在服役期间因箍筋锈蚀有可能导致结构由弯曲破坏转为剪

切破坏，剪切破坏属于脆性破坏，而发生脆性破坏是非常危险的，其带来的后果

要比正截面破坏严重得多，会严重影响构件的安全性。

内容：

（1）背景和意义

由于保护层厚度相对较薄，箍筋锈蚀往往比纵筋更为严重；

箍筋直径小对截面损失更为敏感；

构件在服役期间因箍筋锈蚀有可能导致结构由弯曲破坏转为剪切破坏，剪切

破坏属于脆性破坏，而发生脆性破坏是非常危险的，其带来的后果要比正截面破

坏严重得多，会严重影响构件的安全性。

（2）试验目的、试件设计

通过14根箍筋锈蚀和箍筋与纵筋均锈蚀的钢筋混凝土简支梁斜截面抗剪性

能的试验研究，分析箍筋和纵筋不同锈蚀程度、剪跨比等因素对斜截面裂缝形成

和开展、破坏机理、承载能力等性能的影响，并总结出影响规律，为进一步理论

分析提供依据。根据上述试验目的，设计了14根试验梁。

试

纵筋箍筋

验剪舲强梁截面有配筋配箍

二三梁高锈蚀锈蚀

梁跨度等长效高度率率

b(mm>h(mmy率率

编比。级2l(m>ho（mm）-（%*（%*

吩（%*

号户

LM1.5dC20.16l(Xk2(Xk1731.940『0.4463

L2,10C2O-10(k200”175“1.940P0.4412/

L3一1.5^C22［期2(Xk175^1.94030.4418.

L4/2.5“C2O/16100^20(k175“1.940，0.4462

L5“2.5,C2O.，16]0(k2(Xk17“1.94030.44,12♦，

L&J2.5-C20-l(Xk200~175/1.940“0.4418・

L7/⑶C20*](Xk200-1731946/0.4463

L8/⑶C2g16](Xk20(k175/1.9412/0.4412/

L"10C2O/10(k200°175^1.94180.4418・

L10,2.5-C20・16](Xk200*1761.946~0.4463

Lib2.”C20-1.6*10(k200-1731.9412e0.4412/

L1242.5/C2(k16](Xk20(k17531.9418/0.4418/

L13<1.5-C2(k1610(k20(k175^1.940，0-0/

L1人2.5-C221610(k20(k175/1.940~0~03

分为三种：6根箍筋锈蚀梁（编号为L1〜L6）、6根纵筋和箍筋均锈蚀梁（编

号为L7〜L12）和2根无锈蚀（编号为L13、L14）对比梁，其中7根梁的剪跨比

为1.5,7根梁的剪跨比为2.5。试验梁截面均为100mm义200mm,长度均为1600mm。

为了保证构件破坏为斜截面破坏，梁底部配置足够的抗弯钢筋：3根直径为12nlm

的HRB335级钢筋，配筋率1.94%O架力筋采用2根直径为10mm的HPB235级钢

筋，箍筋配置均为66.5@150,配箍率0.44%。

（3）钢筋快速锈蚀方法

根据钢筋腐蚀的电化学原理，进行快速腐蚀试验。电化学快速锈蚀试验通常

的方法为：将钢筋混凝土试件浸泡在3%~5%NaCl溶液中若干天后,将恒定直流电

源的阳极与连接钢筋的导线相连接，而直流电源的阴极则与溶液中的不锈钢或铜

相连接,通过NaCl溶液形成回路，使阳极的钢筋锈蚀。

结语：

通过14根箍筋锈蚀和箍筋与纵筋均锈蚀的钢筋混凝土简支梁斜截面抗剪性

能的试验研究，分析箍筋和纵筋不同锈蚀程度、剪跨比等因素对斜截面裂缝形成

和开展、破坏机理、承载能力等性能的影响，并总结出影响规律，为进一步理论

分析提供依据。

附件：案例3混凝土结构耐久性试验案例

思考题：针对箍筋锈蚀的梁，可采取哪些有效措施进行加固？

案例4混凝土结构高温性能及火灾鉴定案例

［摘要］火灾对建筑物的损伤具有较大的不确定性，与普通建筑物的检测鉴

定相比，受火灾损伤的建筑物的结构安全性不易确定和评估。以南昌市某建筑物

火灾后的检测鉴定为例，介绍了对遭受火灾建筑物进行结构安全鉴定的方法和内

容，包括鉴定依据、结构构件损伤调查、结构构件材料性能检测、火灾温度分析、

材料强度、结构构件剩余承载力分析、结构构件损伤评定和加固方案。

［关键词］建筑结构；火灾；检测；鉴定

Abstract：BasedonabuildinginNanchangcitysufferedfromfire

hazad,thedetectionandevaluationofthestructureisintroduced,

includingevaluationbasis,damageinvestigationofstructuralmember,

datectionofmaterialproperty,analysisoffiretemperature,material

strength,residualcapacity,damageevaluationandstrengthenmethod.

Keywords:buildingstructure;firehazad;detection;evaluation

引言和背景：

江西某公司3#冷库位于南昌市某工业园区，地上一层，建筑高度9.10m,总

建筑面积13076.94m2。发生火灾的第13号库是3#冷库20个库之一，面积约

520m2o该工程由XXXX公司筹建，江西XXXXX工程有限公司勘察，江西XXXXX

设计院设计，XXXXXX公司施工，XXXXXX公司监理。该工程于2010年12月完成

主体结构。

该工程上部结构采用砖混结构，屋面采用拱板，拱板混凝土强度等级C30,

其余梁板柱混凝土强度等级C25。基础采用柱下独立基础和墙下条形基础，持力

层为粉质粘土，地基承载力特征值为200KPa。结构安全等级为二级，合理使用年限50年,

抗震设防烈度6度，场地类别H类，基础设计等级为丙级。地面采用预制混凝土槽形板。

2013年11月25日15时30分左右，3#冷库第13号库因库内堆积地面的泡

沫保温材料着火引发火灾，浓烟闷烧，闷烧时间约3个小时，导致局部柱混凝土

保护层脱落、箍筋和纵筋外露；屋面大梁混凝土保护层出开裂；屋顶混凝土底板

(下弦板)保护层脱落、纵筋外露；地面面层有明显裂缝、局部碎裂。

内容：

(1)鉴定依据

建设单位鉴定委托协议；

该工程设计图纸；

建设单位《关于火灾情况的说明》；

XXXXX工程检测中心检验报告；

江西某公司3#冷库及配套工程第13号库火灾现场调查会议记录；

国家现行相关技术规范

(2)鉴定依据

查阅设计图纸、检验报告，听取业主、监理、设计、检测等单位对设计、施

工和火灾情况的介绍，察看该工程实体火灾后的现场。

①火灾后结构构件损伤情况

过火范围为轴线11—16XK—P。受火灾影响的结构构件主要有：混凝土柱、

屋面大梁、屋面拱板下弦混凝土板和地面预制混凝土槽形板。

14XL轴线的混凝柱在火灾作用下，保护层混凝土爆裂，部分混凝土保护层

剥落。柱表面因烟熏原因，不便判别混凝土颜色，但保护层脱落处混凝土颜色以

灰白为主，混凝土烧伤深度达20mm左右，部分箍筋和纵筋外露。

14轴线屋面大梁混凝土保护层出现裂缝，但未见保护层脱落。

屋面拱板结构中，着火点附近拱板下弦混凝土板板底保护层明显剥落，板底

钢筋明显外露，混凝土烧伤深度达15—20mm左右。

地面预制混凝土槽形板上的砂浆找平层，可见明显裂缝，部分砂浆找平层碎

裂。

②结构构件材料性能检测

为了解结构构件材料在火灾后的性能劣化情况，建设单位委托XXXX工程检

测中心对13号库进行了结构实体检测，检测项目包括：混凝土构件强度回弹、

钻芯法检测混凝土强度、混凝土保护层厚度、钢筋力学性能、砖抗压强度、砌体

原位抗压强度等。

检验报告表明：病的抗压强度满足设计要求，砌体原位抗压强度满足设计要

求，构造柱混凝土强度满足设计要求。

③火灾温度分析

现场调查会议上，XXXXX工程检测中心检测人员介绍，根据他们的经验，火

灾现场温度最高达到600-800°Co结合检测单位的判断和混凝土结构构件实际

损伤情况，综合分析该工程最高火灾温度为650—900°Co

④火灾后材料强度

检测报告未对14XL轴线的混凝土柱、14轴线屋面大梁、拱板下弦混凝土

板和地面混凝土槽形板等构件的混凝土强度、钢筋强度进行检测。火灾后钢筋强

度、混凝土强度根据火场温度、构件损伤情况和有关资料按经验推定。

混凝土强度：

拱板下弦混凝土板中混凝土强度折减系数取0.5,即取常温强度的50%；混

凝土柱、屋面大梁和地面混凝土槽形板等构件中混凝土强度折减系数取0.7,即

取常温强度的70%o

钢筋强度：

拱板下弦混凝土板中钢筋强度折减系数取0.5,即取常温强度的50%；混凝

土柱、屋面大梁和地面混凝土槽形板等构件中钢筋强度折减系数取0.7,即取常

温强度的70%0

⑤结构构件剩余承载能力分析

对受火灾影响的混凝土柱、屋面大梁、拱板下弦混凝土板和地面混凝土槽形

板等结构构件，进行了剩余承载力分析，分析条件为：结构体系同原设计；构件

截面尺寸取剔除损伤后的净截面尺寸；混凝土强度、钢筋强度取上述折减强度。

分析结果表明：

混凝土柱：剩余承载力为原设计承载力的68虬

屋面大梁：剩余承载力为原设计承载力的70%o

拱板下弦混凝土板：剩余承载力为原设计承载力的50%。

地面混凝土槽形板：剩余承载力为原设计承载力的70%o

结语：

经过现场调查、检测和分析得出火灾损伤结构构件的综合评定结果如下。

混凝土柱：属中度受损构件

屋面大梁：属中度受损构件

拱板下弦混凝土板：属严重受损构件

地面混凝土槽形板：属中度受损构件

附件：案例4混凝土结构火灾性能鉴定案例

思考题：如何从混凝土的外观初步判断火灾温度？回弹法测试强度对过火后的混

凝土是否使用？

案例5混凝土结构转换层及其工程应用案例

［摘要］介绍了某高层建筑结构预应力混凝土板式转换层的设计方法、施工

措施，并对主体结构施工阶段进行了跟踪检测，检测结果与有限元分析结果对比

符合较好，对同类工程有一定参考价值。

［关键词］预应力混凝土，板式转换层，有限元，检测

Abstract:ThedesignmethodandconstructiondetailsoftheP.C.

transferplateinatallbuildingstructureareintroducedinthispaper.

Thefieldtestisalsoconductedduringthemainstructureconstruction.

ThetestresultisingoodagreementwiththecalculationbySAP93FEM.

Itcanbereferredtothesamecase.

Keywords:prestressedconcrete,transferplate,FEM,test

引言和背景：

南昌市某高层建筑为一栋21层商住楼，建筑面积14000m2,其中层1一3为

营业餐厅，柱网较大，采用框架一剪力墙结构体系，层4为设备层，层5-21

为住宅，采用短肢剪力墙结构体系。由于上、下柱网不对齐，且结构体系也同时

发生了变化，因此在第层4设置转换层。由于采用梁式转换层较难实现本工程上、

下部结构的转换，考虑到按当时（2000年底）施行的抗震规范（GBJ11—89）,

南昌市为＜6度区，且转换层的位置在层4（标高14.40）,因此采用预应力混凝

土板式转换，板厚为1.0m。

三昙桀环构专置

w三*专为a3

内容：

(1)转换板的设计

①整体分析。

对于转换板，将其等效为交叉宽扁梁系。整体计算采用SATWE,得出转换层

上部短肢剪力墙底端截面的内力。

②局部分析。

将转换板单独取出，采用SAP93软件对转换板进行建模，单元类型采用8

节点三维块体元(brick),将转换板沿厚度方向分成2层，在每层根据上部剪力

墙、下部剪力墙及柱的位置合理划分单元，每层有2177三维块体元，2层共4354

个单元。转换板下部框架柱及剪力墙视为转换板的较支座。整体分析得到的转换

层上部短肢剪力墙底端截面的内力视为转换板的外加荷载。预应力钢筋的预应力

效应按等效荷载法考虑。

按正常使用极限状态验算：

在转换板中采用预应力，可提高板的抗裂性能，减小板的挠度，降低板的厚

度。根据现行《混凝土结构设计规范》，本工程预应力混凝土转换板的裂缝控制

等级取为二级，在荷载效应的标准组合和准永久组合下，应分别满足

^ck-。pc~ftk

先根据工程经验确定预应力钢筋的布置方式，然后再验算转换板的抗裂度及

挠度是否满足要求。具体做法是：

A.计算转换板承受的恒载值

B.假定预应力钢筋产生的向上部分的等效荷载值大小与转换板承受的恒载

值大小相等

C.假定预应力钢筋的布置方式（曲线形状）

D.根据预应力钢筋等效荷载计算方法就可计算出所需预应力钢筋的数量。

预应力钢筋的数量和布置方式确定以后，验算转换板的抗裂度及挠度是否满

足要求。作用在有限元模型上的荷载包括两部分：一部分是结构整体分析时得到

的转换层上部短肢剪力墙底端截面的内力（分别取相应于标准组合的内力、准永

久组合的内力），另一部分是预应力钢筋产生的等效荷载，使转换板在标准组合

的内力和预应力钢筋的等效荷载共同作用下，板底最大主拉应力

<^hnax-S*-。pc<ftk

转换板在准永久组合的内力和预应力钢筋的等效荷载共同作用下，板底最大

主应力

5max—bcq—~0

关于挠度验算，先计算出转换板在标准组合的内力和预应力钢筋的等效荷载

共同作用下的最大挠度,这一挠度是弹性有限元分析的结果，还应考虑混凝土塑

性变形及荷载长期效应的影响，用影响系数丫表示。根据国内外工程调查，以上

按弹性分析所得的挠度可增大3倍，即尸3。

3.。篇VtZnaxl

按承载能力极限状态计算：

作用在有限元模型上的荷载包括两部分：一部分是结构整体分析时得到的转

换层上部短肢剪力墙底端截面的内力设计值，另一部分是预应力钢筋产生的等效

荷载。按弹性分析方法计算出转换板的应力，根据应力配筋法确定转换板的非预

应力钢筋。

转换板的抗冲切能力是影响板厚的重要因素。本工程板厚取1.0m,如不加

柱帽，板抗冲切承载力不能满足要求，故转换板下部框架柱柱顶均加有柱帽，并

且在抗冲切验算时，不考虑预应力对抗冲切的有利影响，将这部分有利作用作为

抗冲切的安全储备。

（2）转换板的施工

转换板内钢筋多，既有板的双向纵筋，暗梁处的纵筋、箍筋，又有框架柱、

柱帽、剪力墙的钢筋，既有预应力钢筋，又有非预应力钢筋。众多钢筋抢位现象

突出，任何一根钢筋的就位错误均会造成大量返工或返工困难。因而钢筋准确放

样和下料、合理布置钢筋就显得十分重要。为此，预先绘制大比例（如1：1