时间：2023-05-30 10:26:25
关键词:水工混凝土结构;抗震安全评价;地震动输入;结构地震响应;混凝土动态抗力
1研究的工程背景我国人均水资源极为短缺且时空分布又很不均匀,通过水库大坝等水写作论文工程建设,尽可能调节利用汛期洪水,对抗旱防洪都有重大意义。我国的水能资源位居世界之首,水电作为可再生清洁能源,在我国进入全面小康社会过程中,对改善我国以煤电为主的二次能源结构、减轻煤电造成的巨大环境影响及资源和运输紧张,起到无可替代的重要作用。因此,在充分重视生态和环境影响的前提下,积极有序的进行水库大坝建设是切合国情和经济社会发展所急需的,特别是我国大江大河的源头和水能资源集中在西部高山崇岭的陡峻河谷中,地形地质条件适宜于修建移民淹地相对较少而调节性能好的高坝大库。在高坝建设中,目前以混凝土坝为多,特别是我国西部在建和近期拟建的200至300m级的高坝,绝大部分取拱坝方案。我国大陆位于世界两大地震活动带之间,是一个多地震国家,是世界上地震灾害最为严重的国家。而西部地区是我国主要地震区,地震的强度和发震频度都很高,近代我国82%的强震都发生在该地区。修建于该地区的大坝设计地震加速度(ag)都很高,地震往往成为设计中的控制工况,诸如:锦屏(H=305m,ag=0·197g),二滩(H=240m,ag=0·20g),龙羊峡(H=178m,ag=0·23g),小湾(H=292m,ag=0·308g),溪洛渡(H=273m,ag=0·321g),白鹤滩(H=275m,ag=0·325g),龙盘(H=278m,ag=0·408g),大岗山(H=210m,ag=0·557g)等,这些工程都是高拱坝。因此,水工混凝土结构中的大坝的抗震安全一直是我国水利水电建设中的一个必须面对和急需解决的关键技术问题,当前特别是对高拱坝的抗震安全,尤为迫切。
2研究的历程在我国建国初期,水工混凝土结构抗震设计主要沿袭美国和前苏联采用的拟静力法。1959年广东新丰江大坝蓄水后频发地震,需要进行抗震加固。当时在黄文熙副院长倡导下,我院在结构材料研究所组建了抗震研究组,开始了水工混凝土结构抗震的研究工作。“”后1978年与土工研究所有关抗震和爆破专业合并成立抗震防护研究所,1997年该所解散,成立了专门从事水工混凝土结构抗震研究的工程抗震研究中心,研究队伍由当时抗震组的不足10人发展至今的20人左右。近50年来,从新丰江大坝抗震加固开始,我院先后承担了我国各个重大工程的水工混凝土结构,特别是大坝的抗震科研任务,主持和负责了国家科技攻关项目、国家自然科学基金委员会重大计划项目及部级的重点项目。主动积极地在我国邢台、海城、唐山等各次大地震中及时赶赴现场,对水工建筑物的震害进行考察调研。在对工程抗震的研究实践中,逐步形成了包括水库地震和场址地震动输入、各类水工混凝土结构主要是大坝的动力分析和模型试验、现场测振和强震观测、混凝土材料动态特性等一整套系统、全面的研究体系;负责主编及修订我国《水工建筑物抗震设计规范》;建立了包括国内首台大型三向六自由度地震模拟振动台、微机群高性能并行计算平台、和筹建中的大型全级配混凝土动态试验机等设备的较先进完整的研究基地;培育了众多硕士、博士研究生和博士后研究人员和成长了一个以中青年为中坚的较稳定团结的科研群体。研究成果在工程中被普遍应用。先后获得部级和省部级科技进步奖30余项,以及第一次全国科技大会先进集体、建设部颁发的全国抗震工作先进单位,近期由中国地震局、中国科学院、国防科工委、科技部、国家自然科学基金委联合颁发的全国地震科技工作先进单位。具有中国地震局颁发的甲级“建设工程地震安全性评价许可证书”。广泛开展了国际学术交流和协作活动,包括由美国自然科学基金委连续支持的、与国际知名学者RayW·Clough共同就拱坝抗震进行的长达20年的中美合作研究。积极参加国际学术会议,笔者在这些会上多次作特邀和主题报告,连续作为国际大坝委员会有关抗震的专委会成员近30年,近年来被选为专委会副主席迄今,参与主持和组织了首次在我国举办的第14届“世界地震工程大会”中为期一天的“大坝抗震”专门分会的工作。所有这些使我院抗震研究在国内外同行中具有一定影响。
3研究工作的主要创新性思路及进展水工混凝土结构抗震是涉及多种学科交叉的应用性边际学科,其分析依据的理论和求解方法,试验采用的仪器设备和测试方法,大多是在借鉴、吸收、和消化相关领域成果的基础上,进行集成再创新的。因此,首先力求对基本概念上深入理解和理清,并紧密结合本专业特点和要求,提出解决问题的开拓性思路,这是引领研究成果取得突破性进展的关键。当然,在思路付之实践的过程中,总需要作艰辛的探索和在实践检验中不断完善。鉴于工程结构的地震安全性评价都必须包括地震动输入、结构地震响应、结构抗力这三个不可或缺且相互配套的方面,现就我院在近50年来在水工混凝土结构,特别是大坝抗震研究工作中在这三个方面主要的创新性思路及其进展,分别简述如下。3·1在地震动输入方面工程的场址地震动输入是抗震安全评价的前提。多年来,在地震动输入方面的工作主要包括以下三个相互关连的内容,即:大坝抗震设防水准框架的制定、场址相关地震动参数的确定、坝址地震动输入机制。3·1·1大坝抗震设防水准框架的制定[1]在深入了解地震部门有关规定基础上,自行研发基于概率理论的地震危险性分析软件;经分析比较国内外有关规定导则后,结合我国国情和水工建筑物的特点和要求,建立和逐步改进了与功能目标相匹配的水工建筑物抗震设防标准的框架体系,先后被列入由我院主编在1978年颁布的我国第一本《水工建筑物抗震设计规范》和1997年颁布的其修编版中。鉴于近期在强震区修建的众多高坝大库,国内外都尚缺乏先例,为防止其发生溃坝的严重地震灾变,建议在准备修订的水工抗震规范中,对重要的高坝大库,应增加对坝址预期可能发生的最大可信地震、按不溃坝的性能目标进行校核的规定。我国西部重大工程存在近断裂大震的问题。基于概率法确定的最大可信地震,由于其所依据的基础资料中少有近场大震记录,外延至属于很小概率事件的最大可信地震,具有较大的不确定性。因此宜采用确定性方法求得设定地震。但现行确定性方法中将近断裂大震的最大可信地震作为点源处理有本水工混凝土结构抗震研究进展的回顾和展望陈厚群仅适用于V形河谷和三心圆坝型的局限性进行了改进和扩展,使之适用于多种河谷和坝型。其后又进一步拓展至能考虑沿坝基的不均匀地震动输入[11]。成为当时我国拱坝抗震设计中有限元法动力分析的有力工具。我国混凝土坝的抗震设计从传统的、不计地震动和结构动态性能的拟静力法分析,进入到了更符合实际的动力分析的阶段。拱坝历来被作为不规则壳体的整体结构,但随着我国在地震区众多高拱坝建设的发展,地震工况下的高拱向应力值,愈益成为设计中的难题。当时国外已开始注意到拱坝坝体中的横缝,在强震时会因不能承受拉力而反复开合,使之不再成为整体结构,从而高拱向应力将被显著释放。我们结合拉西瓦拱坝工程,在国内首次引进可考虑横缝张开的美国拱坝有限元法动力分析程序ADAP-88,并对其中的因考虑横缝设有键槽而不能滑移的假定,作了可按摩尔-库仑准则滑移的改进,使之更符合有键槽横缝在张开时仍可能滑移的实际情况,在修正了其中一些差错后,首次实际应用于我国拱坝工程抗震设计中[12]。应当说,这对高拱坝抗震设计是具有突破意义的进展。拱坝抗震设计也更进一步从线性发展到非线性的动力分析。但该方法中采用边界弹簧处理横缝接触问题,不能完全满足接触条件,且以动态子结构法迭代求解的工作量也较大。
无论是采用取伏格特(Vogt)地基系数的试载法或取无质量地基的有限元法求解,都只能计入地基的弹性影响并作为封闭的振动体系求解。而对于大体积的混凝土坝,随着坝高的增大,坝体-地基-库水间的动力相互作用已愈显重要,不能被忽略。大坝的结构与地基相互作用主要体现在振动能量向远域地基逸散和沿坝基地震动输入的不均匀性以及与之相应的地基边界条件和地震动输入机制的确定。为此,在20世纪90年代,我们和我国学者廖振鹏院士协作,有效应用其提出的人工透射边界体现大坝地基辐射阻尼的影响[13]。同时,为避免ADAP-88程序存在的诸多问题,在和刘晶波教授协作下,应用其提出的基于Lagrangian乘子的动接触理论处理接缝边界问题。在此基础上,自主研发了能同时计入各项更切合实际状况的因素的、在时域内作为波动问题显式求解的、完整有效的拱坝非线性动态分析的方法[14],其中同时考虑的因素包括:坝体-地基-库水间的动力相互作用、坝体和地基内接缝开合、近域地基内各类地质构造和远域地基辐射阻尼影响,以及沿坝基地震动的不均匀影响等。由于不需要形成总刚矩阵和可以递推求解,并解决了收敛和稳定性问题,显著地简化了计算并提高了其效率。此外,为了考虑在拱坝应力集中的薄弱部位的开裂,在这些部位设置了计入材料抗拉和抗剪的强度的接触缝面。这个方法和程序已在我国众多高混凝土坝,特别是高拱坝,实际工程的抗震设计研究中被广泛应用,并受到国际同行的关注。此外,为进行比较检验,还开发了国外采用的、以设置弹簧-阻尼器的边界模拟辐射阻尼、需输入包括边界应力、速度和位移的自由场地震动的相应程序[15]。库水对混凝土坝动态性能有重要影响。坝体-库水流固耦合问题的关键在于对库水可压缩性的考虑。已有研究表明,只有当坝体的自振频率(fd),库水的共振频率(fr)以及地震动加速度的卓越频率(fa)三者相互接近时,库水可压缩性导致的共振才有实质性的意义。当fa>fr时,由动水压力中的虚数分量所体现的能量逸散会导致反应减小。库水的第1阶共振频率可由fr=C/4H求得,其中C是水中音速,H则是水库平均深度,一般可取为最大水深的0·7倍。岩基的卓越频率约为5Hz。因此,我们的研究认为:对高度超过100m的拱坝,fa将大于fd、fr,加上并非刚性平坦的库底吸能和散射效应,使库水共振难以发生,特别对中国众多的多泥沙河流更是如此。实际上,在现场测振试验和大坝地震震例中,也还从未见库水共振的报导。所以,从工程观点看,库水可压缩性是可以忽略的,从而库水地震动水压力可以以坝面的附加质量形式体现。在库水不可压缩的前提下,我们通过白山拱坝模型试验,实测坝面动水压力和坝体满库频率,验证了坝体和库水流固耦合有限元模型求解的坝面动水压力值。进而发现并提出:将按Westergaard对刚性平面坝面公式换算得的附加质量折半,作为拱坝坝面附加质量进行计算的结果,无论是坝体前几阶满库频率和振型或坝面动水压力值都能和实测及用有限元模拟库水的结果较好符合[17]。这就使拱坝地震响应的动力分析简化了很多。这个建议已在我们为很多拱坝进行的动力分析和试验中得到应用和验证。拱坝坝肩抗滑稳定的校核对其抗震安全评价的首要问题。目前都仍把坝肩潜在滑动岩块作为刚体,将其与坝体分割开来,采用传统的刚体极限平衡法进行。这实际是一种不计坝体和地基动态变形耦水工混凝土结构抗震研究进展的回顾和展望陈厚群以期增强团队凝聚力。同时十分重视和有关单位的协作和国际交流,不断进行了扩大协作面的探索和努力,1990年成功争取为中国科学院系统内唯一的一个院外开放实验室。认真贯彻了“开放、流动、协作、联合”的指导方针,评估结论中被建议列入国家重点试验室建设系列。近年来,进一步遵循同志“产、学、研相结合形成科技创新整体合力”的要求,通过部级支撑项目、部级创新项目和国家自然科学基金委员会的重点项目,紧密配合实际工程设计单位,联合河海大学和西安理工大学的有关单位,初步形成了相对固定的“产、学、研”相结合的创新团队,取得了统一规划、有机协作、资源共享、优势互补的明显效果。可以说,所有重大研究成果都体现了集体劳动和智慧的结晶,各类优秀人才也都是从团队中脱颖而出的。
5展望和结语近期我国将在强地震区建设一系列具有300m级高拱坝的重大水电工程。对这些高拱坝工程,国内外都既缺乏工程实践的先例,又无遭受震害的实例。而高坝大库一旦遭受强震发生严重破坏将导致不堪设想的次生灾害。在当前科研进展赶不于工程建设规模发展的情况下,必然存在一定风险。为此,设计人员、业主及社会都更加高度关注重大工程的抗震安全保障及严重地震灾变的应对。因此,在我们回顾和认真总结近50年来在水工混凝土结构抗震方面所取得成果的同时,也深感正面临严重挑战,要使科研进展适应工程发展需要,还存在着较大差距,任重道远、需警钟长鸣。首先,为应对严重地震灾变,在地震动输入方面要解决近断层大震的最大可信地震估计及其地震动参数的合理确定。需要基于能反映我国板内地震特点的强地震资料,进一步深入研究:沿发震断层断裂面的破裂拓展模式、震源地震动特性及其传播规律、回归位错、应力降等断裂参数与地震矩的关系式;合理考虑场址地形、地质条件的影响;探求主、余震的时空和强度规律、以及确定对不同发震断裂的最小避让距离。其次,在结构地震响应方面,需要深化研究:各类结构控制地震灾变的溃坝机理及其可定量化的性能目标;继续改进更能反映工程实况、损伤发展过程和率效应的非线性动力分析模型及其有效求解方法;大力推进高性能并行计算技术的应用及有自主知识产权的软件的研发和推广;突出解决混凝土坝体系动力模型破坏试验中的关键技术;加强对工程抗震措施及抗震设计规范修编的研究;逐步成为全国混凝土高坝强震资料观测分析研究中心。最后,在大坝混凝土动态抗力方面,为揭示大坝混凝土损伤演化规律,及为改进模型和确定相应力学参数提供依据,需要对全级配大坝混凝土及其组成介质、进行本构曲线全过程的试验研究;继续改进大坝‘数字混凝土’三维细观力学动态分析方法;深化CT图像分析和三维动态显示技术的研发;完善三向加载大型材料试验装置和其试验技术,建立与之配套的专用工业CT装置,以期对大坝混凝土内部结构及其动态损伤破坏机理和性能的研究能有新的提升和跨越。相信在领导支持和团队共同努力下,一定能再接再励迎接挑战,克服障碍,为重大工程的抗震安全保障及严重地震灾变的防止、为我院争取建立国家试验室和建成国际一流科研机构作出应有贡献。后记本文目的在于:值此50周年院庆之际,作为参与我院水工混凝土结构抗震研究发展全过程的一个成员,想以上述个人的认识和体会,与团队群体一起,在回顾总结的基础上,共同增强信心,认清差距,迎接新的挑战,继续攀登创新高峰;同时,也作为对在我们工作中长期给于关心和支持的各级领导的汇报,以及对院领导提出要尽快将我院建成国际一流科研机构号召的响应。不当之处,文责自负,并祈请批评指正。
参考文献:
[1]陈厚群.大坝的抗震设防水准及相应性能目标[J].工程抗震与加固改造,2005,(12):1-6.
[2]WangYongxi.MultimechanismTheoryofReservoir-Inducedearthquakeanditsapplicationinreservoirseismicriskassessment[A].ProceedingsoftheInternationalSymposiumonReservoir-InducedSeismicity[C].Beijing,1995.108-
[3]陈厚群,郭明珠.重大工程场地设计地震动参数选择[A].现代地震工程进展[C].南京:东南大学出版社,2002.25-39.
[4]陈厚群,李敏,石玉成.基于设定地震的重大工程场地设计反应谱的确定方法[J].水利学报,2005,36(12):1399-1404.
[5]NakayamaT,FujiwaraH,KomatsuS,SumidaN.Nonstationaryresponseandreliabilityoflinearsystemsunderseismicloadings[A].Schueller,Shinozuka&Yao.StructuralSafety&Reliability[C].Balkema,Rotterdam,1994.2179-2186.
关键词：混凝土；无损检测；应用展望
引 言
混凝土结构是我国建筑工程中最主要的结构形式，混凝土和钢筋是最为重要的材料，其质量直接关系到结构的安全。用试件实验测得的混凝土性能指标，往往与结构物中的混凝土的性能有一定差别。结构钢筋是隐蔽材料，其位置的准确与否亦关乎结构的安全和耐久，而传统方法无法在非破损情况下对其位移进行检测，因此，无破损情况下在结构物上检测混凝土质量和钢筋位置的现场检测技术，已成为混凝土结构质量管理的重要手段，这一检测技术已引起各国建筑工程界的重视和承认。
对混凝土进行非破损检测，即在不影响结构或构件的受力性能或其它使用功能的前提下，直接在结构或构件上通过测定某些适当的物理量，并通过这些物理量与混凝土、钢筋的相关关系，进而推定混凝土的强度、均匀性、连续性、耐久性等系列性能。
无损检测技术是多学科紧密结合的高技术产物，现代材料学和应用物理学的发展为无损检测技术奠定了理论基础。而现代电子技术和计算机科学的发展又为无损检测技术提供了现代化的测试工具。本文简要介绍了混凝土无损检测技术的形成与发展，并对混凝土强度无损检测技术进行了分类，对无损检测技术在建筑工程应用中的出现的问题进行了总结。
1 我国混凝土无损检测技术回顾
我国的无损检测技术工作开始于20世纪50年代中期，开始引进瑞士、英国等国的回弹仪和超声仪，并结合工程应用开展了许多研究工作。70年代以后，我国曾多次组织力量攻关，大大推进了结构混凝土无损检测技术的研究和应用，并使回弹法、超声回弹综合法、钻芯法、拔出法、超声缺陷检测法等主要无损检测检测技术规范化，已制定相应的的规程.同时，有关仪器的研究也发展迅速，并制定了有关仪器标准。
例如某工程，钢筋混凝土梁柱在验收过程没能准确检测强度，验收者只是根据经验和施工单位提供的同条件强度实验报告便将其判定为合格工程，致使房屋在交验入住后就出现裂缝、后经专家在现场对每个构件逐一检查和重点局部破损检验，综合分析后，得出的结论是混凝土内部不密实，钻芯试块强度低于设计要求。该工程花了相当大的代价才将其加固，后期加固费用远远超过了当时处理的费用，给工程有关各方造成了很大损失。另一工程的三层现浇悬挑板，因施工中踩踏钢筋，其负弯矩钢筋保护层厚度远高于设计值，从而导致板面出现裂缝，但这种问题在现场无法准确判定出来，往往在竣工验收后才被发现，导致后期发生很多索赔纠纷。
以上所举的情况以及类似的建筑工程质量问题在全国范围亦屡屡发生，为此，建设部进行了广泛深入的调查研究，通过专题研究和工程试点，并总结了我国混凝土结构工程质量验收的实践经验，出台了新的施工质量验收标准《混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204-2004》。新规范对无损检测技术提出了更高的要求，混凝土结构工程质量检测向数字化、图像化方向发展已成为必然趋势。
2 无损检测常用方法
（1）回弹法：利用回弹仪检测混凝土结构构件抗压强度的方法简称回弹法。回弹值大小反映了与冲击能量有关的回弹能量，而回弹能量反映了混凝土表层硬度与混凝土抗压强度之间的关系。
回弹法操作最简单，费用最低廉，检测效率最高，检测数量可灵活，且被测物的形状尺寸一般不受限制。但回弹法精度相对较差，由于它是利用表层混凝土（1～3mm）的质量来推断混凝土的整体质量，因此，当试测部位表层与内部的质量有明显差异或内部存在缺陷时、遭受化学腐蚀或火灾的混凝土、硬化期间遭受冻害的混凝土、钢筋密集区或预应力钢筋锚固区的混凝土等，不宜采用该法。
（2）超声波法：其检测原理是依据超声仪产生高压电脉冲，激励发射换能器内的压电晶体获得高频声脉冲声脉冲传人混凝土介质中，由接受换能器接收通过混凝土传来的声信号，测出超声波在混凝土中传播的时间和距离，算出超声波在混凝土中的传播速度。它的传播速度与混凝土的密实度有关，而混凝土的密实性与其强度存在一定的关系。
实际中由于影响超声测强的因素较多，这些影响因素如果不经修正都会影响检测结果，因此建立测强曲线时应加以综合考虑影响因素的修正。
（3）超声回弹综合法：超声回弹综合法是采用超声仪和回弹仪，在结构混凝土同一测区分别测量声时值及回弹值，然后利用已建立起来的测强公式推算该测区混凝土强度。
综合法的最大优点就是能较全面地反映构成混凝土强度的各种因素，并且还能抵消部分影响强度与物理量相关关系的因素，提高了混凝土强度检测的精度和可靠性。因此许多学者认为综合法是混凝土强度无损检测技术的一个重要发展方向。
（4）钻芯法：钻芯法是利用专用钻机和人造金刚石空心薄壁钻头直接在混凝土结构构件上钻取芯样以检测混凝土强度和混凝土内部缺陷的方法。
其测试结果能真实地反应混凝土的强度，因而其测试结果将更可靠、更准确。但它对结构构件造成局部损伤，大量取芯往往受到一定的限制，因此取芯前应考虑到取芯对结构带来的影响，取得的试样要有质量代表性，且确保结构被取芯后仍有足够的安全度。
（5）拔出法：拔出法是指将安装在混凝土中的锚固件拔出，测出极限拔出力，利用事先建立的极限拔出力和混凝土强度问的相关关系，推定被测混凝土结构构件的强度的方法，是一种半破损或微破损检测方法。
拔出法又可分为预埋拔出法和后装拔出法两类。预埋拔出法是在混凝土表层以下一定距离处预先埋入一个钢制锚固件，混凝土硬化以后，通过锚固件施加拔出力，记录极限拔出力，并根据提供的测强曲线用拔出力换算混凝土的抗压强度。预埋拔出法必须事先做好计划，不能在混凝土硬化后随时进行。而后装拔出法可以克服上述缺点，只要避开钢筋位置，在已硬化的新旧混凝土的各种构件上都可使用。
3 混凝土无损检测技术应用展望
（南通市建筑设计研究院有限公司 江苏 南通 226000）
【摘要】随着高层建筑在我国的迅速发展，建筑高度的不断增加，建筑类型与功能的愈来愈复杂，结构体系的更加多样化，建筑类型和功能的复杂化也使现代建筑结构设计变得更加复杂。本文通过对混凝土结构设计中应注意的一些问题进行概速，并提出相应的解决措施，以利于提高设计的质量。保证结构的安全。
关键词 高层建筑；结构设计；混凝土
1.引言?
混凝土是工程中用量最多的建筑材料，也是最主要的结构材料，钢筋混凝土结构已成为世界上应用最为广泛的结构形式。我国每年耗费在混凝土结构设计的费用为2300亿元以上。在人们的传统观念中总是认为钢筋混凝土结构是由最为耐久的混凝土材料浇筑而成的，虽然钢筋易腐蚀，但有混凝土保护层的保护，钢筋也不会发生锈蚀，因此，对钢筋混凝土结构的使用寿命期望值也是很高的，从而忽视了钢筋混凝土结构的耐久性和抗震性的问题，从而混凝土结构在设计时应注意的问题的研究也相对滞后，为此付出了巨大的代价。结构设计总说明着重审查设计依据条件是否正确，结构材料选用、统一构造做法、标准图选用是否正确，对涉及使用、施工等方面需作说明的问题是否已作交待。审查内容一般包括建筑结构类型及概况，建筑结构安全等级和设计使用年限，建筑抗震设防分类、抗震设防烈度（设计基本地震加速度及设计地震分组）、场地类别和钢筋混凝土结构抗震等级，地基基础设计等级，砌体结构施工质量控制等级，基本雪压和基本风压，地面粗糙度，人防工程抗力等级等7条。
2.混凝土结构设计中的裂纹问题及其控制?
（1）混凝土结构设计中的裂纹问题分析，裂纹是固体材料中的某种不连续现象。多年来，有关混凝士的现代试验完全证实了在尚未受荷的混凝土和钢筋混凝土结构中存在微裂纹，主要有骨料与水泥石的粘结面上的牯结裂纹、水泥浆中的裂纹以及骨料裂纹。而根据断裂损伤力学的观点，所谓断裂损伤是在广义的外载作用下，使材料的细观结构发生变化，引起微缺陷成胚、孕育、扩展和汇通，导致结构宏观性能的劣化，最终形成结构宏观开裂和破坏。因而混凝土结构的破坏过程实际上是微裂纹的扩展、贯通而形成的。?
（2）混凝土结构设计中的裂纹控制方法，预应力混凝十结构的裂纹控制方法主要是基于。"抗"的思想，下面分别应用传统力学和断裂力学来分析传统裂纹控制方法，从传统学观点来看，由于预先给混凝土梁施加了预压应力，使混凝七梁在外部荷载作用下梁体下缘产生的拉应力全部被抵消（或部分被抵消），因而可避免混凝土出现裂纹（或推迟出现裂纹），混凝土梁可以全截面参加工作（或增加参加工作的混凝土截面），这就相当于改善厂梁中混凝士的抗拉性能，而且可以达到充分利用高强材料的目的。从断裂力学观点来看，混凝土材料内。?
（3）部存在许多微缺陷和微裂纹，这些微缺陷和微裂纹在外部荷载作用下会不断演化、发展，最终形成宏观裂纹。预先在混凝七梁两端施加一对轴向压力，相当于在梁内微裂纹面上作用了一对非均布压应力，这时可以认为裂纹端部的应力强度因子为负值。当外载在裂纹端部产生的应力强度因子与非均布压应力产生的应力强度因子大小相等时，裂纹端部的应力强度凼子为零。这时裂纹并不会失稳扩展，只有随着外载的增加，使裂纹端部的应力强度因子达到混凝土材料的断裂韧性时，裂纹才会失稳扩展。因此，从断裂力学角度来说，由于预先对混凝土粱施加预压应力，从而减小了外载作用F裂纹端部的应力强度因子，避免或是推迟了混凝土出现裂纹。
3.梁支座的结构形式分析及其设计可靠性的实现策略?
结构计算是结构设计的基础，计算结果是结构设计的依据，设计中选择合适的计算假定、计算简图是得到正确计算结果的关键。当前结构设计程序中往往把与剪力墙相交的框架粱支座看作固定支座，这种假定不是在任何情况下都是正确的。当框架梁与剪力墙正面垂直相交，且剪力墙对梁的约束能力较弱时，很难实现固定支座的假定，此时宜将梁支鹰形式人为调成铰接支座，否则计算结果将与实际不符。在结构设计中，对与剪力墙相交的框架梁，其支座形式要慎重对待，具体工程应视框架梁与剪力墙的相对刚度及相交位置、方向，正确判断剪力墙对粱的约束能力，近而较为准确地确定框架梁支座形式。对于提高混凝土结构的设计可靠度，在材料强度等级不变的情况下会增加材料用量，增加造价，用高强材料替代低强材料，可有效地降低成本。混疑七结构中，水平受力构件如粱、板，主要以钢筋的抗力为主，提高钢筋级别效益较好，设计中应优先采嗣新规范提倡的主导钢筋HRB400（III）级钢筋；竖向受力构件如墙、柱，主要以混凝土的抗力为主，提高混凝上等级效益较好。
4.混凝土结构设计存在的其他问题分析?
（1）混凝土结构设计中的抗震问题分析地震力在两类构件之间分配，应考虑不同时段两类构件抗推刚度相对比值的变化。钢一混凝士混合结构中现在采用的主要结构体系为钢框架一混凝七剪力墙（内筒）体系，其中钢筋混凝十内筒为主要抗侧力结构。钢框架主要承担重力荷载，承担较小的水平剪力。在水平地震作用下，有工程经验表明，由于钢框架的抗推刚度远小于混凝上内筒，钢框架承担的水平剪力除顶部几层可为楼层剪力的15%～20%，中部及下部约为相应楼层剪力的10%～l5%，有的工程甚至仅有5%左右。在往复地震动的持续作用下，结构进入弹塑性阶段时，墙体产生裂缝后，内简的抗推刚度大幅度降低，剐度退化将加大钢框架的剪力。钢框架由于弹性极限变形角为1/400以上，远大于约为l/3000的钢筋混凝土墙体弹性极限变形角。虽然此时的水平地震作用要小于塑性阶段，但钢框架仍有可能要承担比弹性阶段大得多的水平地震剪力和倾覆力矩。因此，为符合结构裂而不倒的要求，需要调整钢框架部分的承担的水平剪力，规程抗震要求钢框架一混凝土结构各层框架柱所承担的地震剪力不应小于结构底部总剪力的25%和框架邮分地震剪力最大值的1.8倍二者的较小值，以提高钢框架的承载力，并采取措施提高混凝土内筒的延性。?
（2）结构设计过程要确定适宜的层问位移限值，我国有关混合结构的规程正在修编，高层建筑钢结构规程没有列出对钢一混凝土结构的设计规定.但对以钢筋混凝土结构为主要抗侧力构件的结构，高层建筑混凝十规程，则提出其侧移限值的要求，规定为等同于相当高度的钢筋混凝土高层建筑结构体系的要求。确定适宜的层间侧移和顶点侧移限值是该结构体系规程的重要内容之一。"高钢规程"没有列出对钢一混凝土结构的设计规定，但对有混凝士剪力墙的钢结构，规定应符合《钢筋混凝土高层建筑设计与施上规程》JGJ3-9l的要求。现行的"混凝土高规"规定的层间位移限值，对于钢一混凝土结构常不易符合要求。修编中的"混凝土高规"（第二稿），将包含对钢一混凝土结构设计规定的内容，关于钢一混凝士结构的层间位移限值，将规定为等同于相当的钢筋混凝土高层建筑结构体系的要求。?
（3）此外，修编中的"混凝土高规"，关于层间位移限值将对现行。混凝士高规"JGJ3-9l有所放松，并以此确定适宜的限值。
5.结束语?
混凝土结构设计是一个长期，复杂甚至循环行复的过程.任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全隐患。因此.我们设计上作者应按规范相应的构造造求严格执行，才真正确保设计质量的安全。
参考文献
［1］纪福宏，郭惠琴.混凝土结构设计中若干问题的探讨［J］.山西建筑，2005.
［2］郑文忠，张格明，王英.对混凝土结构设计中三个问题的思考［J］.工业建筑，2004.
1、随着沿海区域经济发展一体化进程的快速形成，带动了各类港口、海塘、海上平台、滨海电厂及跨海大桥等重要和重大海洋工程的建设热潮
仅浙东沿海地区而言，就有嘉绍跨海大桥、象山港跨海大桥及规划中的杭州湾跨海铁路大桥，等。这些基础设施大多采用混凝土结构且投资巨大，其服役寿命往往在100年以上。然而海洋服役环境下混凝土结构过早劣化已成为普遍现象[1-3]，尤其处于浪溅区的混凝土构件，因该区供养充足、浪花不断冲击和润湿，加上干湿交替及盐分浓缩，最先破坏，进而引起工程整体功能失效，因而浪溅区直接决定着海洋基础设施的服役寿命。可见在建设高峰期时，从保障运行质量、提高投资效益，都迫切需要全面提升海洋混凝土结构耐久性。
2、目前针对耐久性问题，工程中一般采取“以防为主”的措施
如：使用矿物掺合料、环氧钢筋、钢筋阻锈剂及阴极保护等。事实上，海洋工程病害往往首先表现为保护层耐久性不足而后引起深层的破坏，有害物质通过保护层的孔隙和裂缝渗透和抵达到钢筋表面，引起钢筋脱钝及腐蚀，因此混凝土结构耐久性很大程度上取决于混凝土保护层。目前常采用表面涂层或硅烷浸渍来封闭保护层裂缝和隔离介质侵入，然而表面涂层，如：聚氨酯、环氧类等，其综合性能难以满足严酷的海洋环境要求，尤其浪溅区，在100年的设计寿命内不发生破坏尚不得而知，长效型涂层的设计年限也就20年，大量工程应用也表明10年左右就得重新涂装，但海洋工程往往是难维修、甚至不可维修；硅烷浸渍虽能深入混凝土表层一定区域，其相容性得到改善，但浸渍深度通常只有3-8mm，易受到泥砂、海浪冲刷破坏；此外，也有采用FRP、纤维增强水泥基复合材料预制成永久模板，再在永久模板上浇筑混凝土，使两者共同构成结构构件，利用面层抵抗海洋环境作用，但永久模板与混凝土相容性不好，易因界面剪切破坏而失效。
近年来，将梯度功能材料理念用于混凝土设计中，使物性参数的渐变可有效地缓和热应力，同时克服界面结合差的问题，这样的研究越来越多，与普通材料相比功能梯度板具有优越的抗冲击性。
可见合适的FGC可通过功能的渐变，实现对混凝土保护层的主动增强，进而提高混凝土的耐久性。采用加速腐蚀试验研究功能梯度混凝土梁和普通混凝土梁在腐蚀环境下的抗蚀性，结果表明，功能梯度混凝土梁表现出更优异的抵抗腐蚀介质侵蚀能力，如图1。但总体上看仍处于研究初步阶段，仅利用功能梯度的概念去提高混凝土的性能，现迫切需要建立相应的设计方法。
（a）普通混凝土梁
（b）功能梯度混凝土梁
如果能对浪溅区混凝土进行功能梯度化，利用上述材料作为FGC的面层，则主动抵抗浪溅环境破坏的能力可大幅度提升。
FGC虽然可缓解传统防护处理技术（永久模板上浇筑混凝土）中面层与基材间相容性问题，但从材料的角度看，在一定尺度范围存在界面过渡层，此区域更易成为薄弱区，易因面层、结构层材料的变形不匹配发生破坏，一旦失效其功能梯度也失去意义。因此，服役环境与传输互下FGC界面过渡层耦合破坏属于粘结新问题，也是功能梯度混凝土应用基础研究的核心问题。为此，拟对海洋浪溅区混凝土进行功能梯度化，即：利用PVA纤维优异的控裂性及硅烷憎水作用以改性MIF材料并用作面层，采用常用C50混凝土作为结构层，并从功能梯度混凝土核心区-“界面过渡层”入手，研究其破坏机理和设计方法，以提高FGC的粘结性。研究成果无疑对丰富功能梯度混凝土的理论基础和拓宽其发展方向具有重大意义，同时也对我国海岸、浅海及深海开发有重要的现实意义。
3、研究内容
⑴功能梯度混凝土的传输性研究。FGC在结构上具有成层性，各层对介质传输的影响、抵抗环境作用因材料差异而响应不一，这些特点导致介质在FGC中的运移情况不同。
⑵功能梯度混凝土的粘结性研究。由于各层材料传输性差异，FGC中各层微环境随外界环境变化不一，将导致各层变形不协调，使得界面受到局部荷载作用；另外界面过渡层粘结性能也受环境的影响。
⑶功能梯度混凝土防护作用的时效性研究。结合目前常用的分层浇筑再压印的工艺，对比研究振动拔板工艺制备的FGC缩尺构件经过加速试验后Cl-浓度、钢筋电位变化及界面粘结情况；通过上述试验结果验证FGC的防护性，进一步完善FGC设计方法和探讨增强措施。
4、研究方法
拟发挥海洋工程、力学、材料学及现代测试技术等多学科交叉的综合优势，以材料科学与海洋工程学科为基础，根据典型的浪溅环境特点和功能梯度混凝土的结构特点，基于环境相似分析方法，确立人工加速模拟试验的主要参数和方法；应用损伤力学、多孔介质理论及现代测试技术进行理论分析与试验研究，宏观测试、现象观察与微观分析，及室内模拟试验与暴露试验相互映证的研究方法，开展本项目的研究工作。
5、技术路线
按照图2技术路线进行，主要包括三大方面的研究：
6、结论
高层建筑的结构柔性比低层的楼房要高，一旦遭遇地震等问题，会发生更大幅度的作用变形，若要避免建筑在地震等作用下发生倒塌变形等问题，就必须在进行混凝土结构的设计时，使其结构具备足够的延展性能。目前，高层建筑的结构设计中，其结构内力与变形等问题，主要受到地震的水平作用力及外部环境中的风力等因素的影响，层数的不断增多会带动水平作用力的持续加大。所以，在设计混凝土结构时，必须要充分地将这些侧向力的影响考虑在内。高层建筑面临着众多的水平作用力影响，容易出现较大幅度的侧向位移，设计人员在进行混凝土结构设计时，必须在保证其具有足够强度的基础上，同时使其具备合理的刚度及自振频率，进而将楼层水平位移控制于允许范围。
高层建筑混凝土结构的具体设计方法
1完善单元结构的布局设计
独立的结构单元设计，是高层建筑中的主要结构设计内容，此结构设计工作适合采用简单、规则的平面形式，但平面的整体长度与突出部分的长度应当控制于适宜的范围，且具备均匀分布的承载力与刚度，同时，竖向结构适合采取均匀、规则的形式，以保证建筑的外挑与内收问题得到有效的控制。要达到这一目标，混凝土结构的设计者，应当在制定结构设计方案的阶段，便努力地将概念设计的理念与知识作为参考，使建筑的适用性与美观度等要求在得到满足的基础上，通过进行优化设计，使其结构的平面与竖向布局尽可能地实现简单、均匀与规则性，保证其结构刚度与承载力的合理分布，避免建筑独立结构单元出现过于集中的塑性变形或应力。
2优化高强的混凝土与钢筋使用
高层建筑建设需要耗费较多的混凝土、钢等材料，若混凝土和钢的强度过大，势必会造成建筑材料总造价的超限，同时加大其他构件的造价，从而降低建筑建设的经济效益。因此，混凝土的结构设计人员应当对高强度的混凝土与钢筋的使用进行合理的优化控制。以软土地基上的高层建筑设计为例，该结构地基受到的荷载较高，设计人员可以通过优化高强度的混凝土以及钢筋的使用，使建筑中各构件的截面尺寸得到合理优化，从而减轻建筑的结构自重，使建筑的基础工程建设难度得到大幅度的削减，降低工程的地基处理工作造价。再以位于震区的高层建筑的结构设计为例，建筑的自重与地震作用程度成正比例关系，设计人员通过将高强度的混凝土与钢筋的使用量减少，可以在减轻其梁、板、墙、柱等构件自重的基础上，降低地震的作用力，进而保证建筑结构的安全程度，使建筑的整体安全度得以提升。
3合理设计剪力墙平面结构
高层建筑的结构设计人员对混凝土结构进行设计，还需要充分地重视剪力墙结构的平面布局问题，以保证建筑整体结构受力的均匀性，并使建筑在侧向力的影响下出现的位移控制于允许状态。具体来讲，剪力墙平面结构的优化设计主要为以下几个方面:1)以建筑的各项基本结构功能为依据，在满足这些功能的前提下，尽可能地使剪力墙的布置实现相对的集中化与均匀化，对具有较高的恒载或者平面形式变化较大的部位设计剪力墙，应当尽量缩小其间距。2)以建筑的主轴方向或者是其他方向为基准，对剪力墙进行双向的布置，且墙肢截面适合为具备较小的侧向刚度的简单规则的形式，在设计中还要尽量地减少对短肢剪力墙的使用。
高层建筑的混凝土结构具体设计优化措施
1结构安全性
高层建筑人群密度高，且不易逃避、实施救治，一旦发生灾害，造成的危害要比普通建筑高出许多。因此，结构设计人员必须加强对于混凝土结构的安全性设计，以尽可能降低灾害造成的伤害程度。具体来讲，设计人员可以从以下几个方面开展结构的安全性设计:1)设计人员应当在保证建筑各项功能的同时，通过考虑结构自身的抗震性能及外部人为因素可能造成的结构破坏，有目的地将高层建筑的抗震等级提升。同时，还要从整体上，加强结构设计的稳定性与牢固度，避免将砖砌体承重或者装配式的混凝土结构应用于高层的公用属性较高的建筑中，而要优先选取现浇的钢筋混凝土的结构。2)设计人员要从建筑建设过程中及投入应用后的各个方面入手，综合考虑其荷载变化的状况，尽可能地将建筑结构的荷载标准值与构件承载力设置出较大的弹性裕度，并且为楼面等部位进行额外的增加荷载的设计，以保证建筑在各级的地震与火灾等灾害中，都可以实现对于自身结构安全的维护。
2抗震概念
高层建筑的混凝土结构在应用过程中，最容易受到的破坏，便是来自于地震威胁，在进行设计的过程中，设计人员要以抗震概念设计为依据，通过进行抗震试验得出该建筑结构的抗震等级，或者借鉴相似建筑的抗震设计经验等，对高层建筑的结构体系、平立面设计、结构构件延展性等进行优化设计，以使建筑的抗震能力得到有效的提升。具体来讲，在结构体系设计方面，设计人员要尽可能地选择空间结构以及平面布局简单规则的形式，作为建筑的整体结构形式。以平面布局为例，可以将矩形、圆形、方形、扇形的结构作为抗震结构的体系形式，并减少对于不对称的侧翼或过长的伸展翼的使用。同时，设计人员还要通过进行合理的布局，使建筑的质量与刚度实现均匀平衡的分布。而在平立面设计方面，设计人员可以将墙体设置为均匀对称的形式，并提升楼梯或电梯的井筒等具备较高刚度的结构布置的集中性，同时，将抗震墙设计为符合建筑结构整体抗震需求的形式，以提升建筑平面结构的抗震性能。而且，还要保持各转换层结构在竖向刚度方面分布的接近，并使剪力墙的设计可以将墙面竖向持续地贯通到建筑底部。在结构构件的延展性方面，可以将梁、柱端的组合剪力加大，或者提高柱体抗弯性能，并配合将梁端的钢筋实际弯矩提升，以使建筑梁端早于柱端发挥塑性，使二者在外部荷载下，保持结构变形的稳定协调。
3耐久性
高层建筑的结构设计人员对混凝土结构进行设计，还要努力提升其耐久性，以延长建筑的有效使用寿命，并且使建筑在遭遇各种灾害之后，依旧能够维持其应用的各项结构性能。下面就从几个方面谈论一下混凝土的结构耐久性设计的策略:1)选择良好的混凝土材料。设计人员应当在保证混凝土材料的质量与基本性能的基础上，重点从结构的稳定性能、抗侵入性能、抗裂性能等几个方面入手，选择坚固、耐久、洁净的骨料，含碱量与水化热反应较低的水泥，减少对于硅酸盐水泥与用水量的应用，并适当地将矿物掺合料加入到材料中。2)优化结构使用设计工作。高层建筑中的混凝土结构物普遍包括多个构件，每一个构件所处的环境存在显著的差别，这就决定了不同构件具备的耐久性寿命存在差异，因此，设计人员要根据实际的使用环境，明确建筑中不同结构构件的使用界限与注意事项。以屋面、阳台及女儿墙的设计为例，这些部位的梁柱构件，耐久性寿命普遍低于室内，必须合理设定这些部件维修或更换的时间。3)合理设计结构构造形式。设计人员根据建筑的具体侵蚀环境与设计使用年限，设计厚度在20mm～70mm之间的混凝土保护层，并通过协调构件的截面积与表面积，避免侵蚀性物质集中停留区域的形成，同时注意高侵蚀度的环境中，混凝土墙板的通风效果，并注意配筋间距的合理设计，以减少钢筋锈蚀、保护层剥离等问题的出现。
关键词：特大桥 海工混凝土 耐久性 浅谈 应用
0 引言
由于陈家贡湾特大桥处于海水环境，海水环境对于桥梁混凝土结构具有强腐蚀性，按照一级公路桥梁结构100年设计基准期和本工程使用年限的要求进行结构耐久性设计，为保证陈家贡湾特大桥混凝土结构的耐久性，本工程采取了以高性能混凝土技术为核心的综合耐久性技术方案。然而我国目前尚没有大型海洋工程超长寿命服役的相关技术规范，高性能混凝土的设计、生产、施工技术在工程中的应用尚为空白，因此结合陈家贡湾特大桥工程的具体要求，研究跨海大桥混凝土结构耐久性策略和高性能混凝土的应用技术极为迫切和重要。
1 陈家贡湾特大桥混凝土结构布置和耐久性设计
1.1 陈家贡湾特大桥混凝土结构布置 陈家贡湾特大桥孔数—孔径（孔—米）为60—30m，为装配式预应力混凝土连续t梁桥，桥梁上部结构：六孔一联、全桥共十联，行车道板与桥面铺装采用剪力钢筋连接；桥梁下部结构：桥墩采用双悬臂预应力薄壁墩，墩柱为主截面3×1.5米的带竖肋矩形截面，基础采用柱式台、桩基础或重力台、扩大基础。混凝土设计强度根据不同部位在c35～c50之间。
1.2 陈家贡湾特大桥附近海域气象环境 陈家贡湾特大桥地处东亚季风比较发达的黄海之滨，受季风和海洋气候的影响，四季变化比较明显，属南温带湿润季风气候类型：夏季空气湿润，雨量充沛；冬季气候干燥，时长稍寒。多年年平均最低气温为9.1℃、最高气温为15.9℃。最热出现在八月，月平均气温为25℃，最冷出现在一月，月平均气温为-4.5℃。年平均相对湿度为72%，累年全年蒸发量平均为1462.2毫米，其中全年以五月份为最高，累年平均达到180.1毫米，一月最小，仅为54.8毫米，海区全年盐度一般在15.00～34.00‰之间变化，属强混合型海区，海洋环境特征明显。
1.3 陈家贡湾特大桥面临的耐久性问题 在海洋环境下结构混凝土的腐蚀荷载主要由气候和环境介质侵蚀引起，主要表现形式有钢筋锈蚀、盐类侵蚀、冻融循环、溶蚀、碱-集料反应和冲击磨损等。陈家贡湾特大桥位于东亚季风比较发达的黄海之滨，因为天气较暖，严重的冻融破环和浮冰的冲击磨损可不予考虑；镁盐、硫酸盐等盐类侵蚀和碱骨料反应破坏则可以通过控制混凝土组分来避免；这样钢筋锈蚀破坏就成为最主要的腐蚀荷载。混凝土中钢筋锈蚀可由两种因素诱发：一是海水中cl-侵蚀，二是大气中的co2使混凝土碳化。国内外大量工程调查和科学研究结果表明：海洋环境下导致混凝土结构中钢筋锈蚀破坏的主要因素是cl-进入混凝土中，并在钢筋表面集聚，促使钢筋产生电化学腐蚀。在陈家贡湾特大桥周边沿海地区调查中亦证实，海洋环境中混凝土的碳化速度远远低于cl-渗透速度，混凝土自然碳化速度平均为3mm/10年。因此，影响陈家贡湾特大桥结构混凝土耐久性的首要因素是混凝土的cl-渗透速度。
2 提高海工混凝土耐久性的技术措施
提高海工耐久性混凝土的主要技术措施有：
2.1 海工耐久性混凝土 其技术途径是采用优质混凝土矿物掺和料和聚羧酸高效减水剂复合，配以与之相适应的水泥和级配良好的粗细骨料，形成低水胶比，高密实、高耐久的混凝土材料。
2.2 提高混凝土保护层厚度 这是提高海洋工程钢筋混凝土使用寿命的最为直接、简单而且经济有效的方法。但是保护层厚度并不能不受限制的任意增加，当混凝土保护层过薄时，易形成裂缝等缺陷使保护层失去作用，钢筋过早锈蚀，降低结构强度和延性；当保护层厚度过厚时，由于混凝土材料本身的脆性和收缩会导致混凝土保护层出现裂缝反而削弱其对钢筋的保护作用。
2.3 混凝土保护涂层 完好的混凝土保护涂层具有阻绝腐蚀性介质与混凝土接触粘结的特点，其于砼粘结力不小于1.5mpa，并且与砼表面的强碱性相适应，延长混凝土和钢筋混凝土的使用寿命。然而大部分涂层本身会在环境的作用下老化，逐渐丧失其功效，一般寿命在5～10年，只能作辅助措施。
2.4 阻锈剂 阻锈剂通过提高氯离子促使钢筋腐蚀的临界浓度来稳定钢筋表面的氧化物保护膜，其品质对混凝土的主要物理性能、力学性能无不利影响，从而延长钢筋混凝土的使用寿命。但由于其有效用量较大，作为辅助措施较为适宜。
3 加强陈家贡湾特大桥结构混凝土耐久性措施
改善混凝土和钢筋混凝土结构耐久性需采取的措施：①从材质本身的性能出发，提高混凝土材料本身的耐久性能，例如采用高效减水剂和高效活性矿物掺合料。②找出破坏混凝土耐久性作用的内在因素和外在因素，对主因和次因对症施治，并根据具体情况采取除高性能混凝土以外的补充措施，例如综合防腐措施。采用高性能混凝土是在恶劣的海洋环境下提高结构耐久性的基本措施，然后根据不同构件和部位，尽可能提高钢筋保护层厚度（一般不小于50mm），某些部位还可复合采用保护涂层或阻锈剂等辅助措施，形成以高性能海工混凝土为基础的综合防护策略，有效提高陈家贡湾特大桥混凝土结构的使用寿命。
因此，陈家贡湾特大桥混凝土结构的耐久性基本方案是：首先，混凝土结构耐久性基本措施是采用高性能混凝土，同时依据混凝土构件所处结构部位及使用环境条件，采用必要的补充防腐措施，如掺加钢筋阻锈剂、混凝土外涂保护层等。在保证施工质量和原材料品质的前提下，混凝土结构的耐久性将可以达到设计要求。
对于具体工程而言，耐久性方案的设计必须考虑当地的实际情况，如原材料的耐久性指标、工艺设备的可行性等，以及混凝土配合比经济上的合理性。也就是说应该采取有针对性的，因地制宜的制定防腐方案。
根据设计院提出的陈家贡湾特大桥主要部位构件的强度等级要求、构件的施工工艺和环境条件，对各部位混凝土结构提出具体的耐久性方案。
4 陈家贡湾特大桥高性能混凝土原材料耐久性
4.1 试验用原材料及其物理化学性能
4.1.1 水泥 试验中采用了p.ⅱ52.5，有关性能参数见下表。
4.1.2 高炉磨细矿渣(s95)
高炉磨细矿渣(s95)的有关性能参数见表
4.1.3 硅粉
硅粉的有关性能参数见表
4.1.4 粗骨料
混凝土配制试验用石为5～25mm连续级配碎石。
4.1.5 细骨料
混凝土配制试验用砂检验结果如表
4.1.6 减水剂
试验采用hsn-a聚羧酸高性能混凝土减水剂。
4.1.7 拌和用水
饮用水。
4.2 试验方案和主要试验方法 从高性能海工混凝土的基本要求出发，在原材料的优选试验中，以混凝土的坍落度和扩展度评价混凝土的工作性，以抗压强度等评价混凝土的物理力学性能，以混凝土的电通量和氯离子扩散系数(自然扩散法)试验结果评价混凝土的抗氯离子渗透性能，并以耐久性能为首要要求。
试验中所采用的主要试验方法有：
4.2.1 坍落度、扩展度 混凝土的坍落度、扩展度按《新拌混凝土性能试验方法》gbj80-85测定。
4.2.2 抗压强度 混凝土的抗压强度按《普通混凝土力学性能试验方法》gbj81-85测定。
4.2.3 混凝土的抗冻性能 试验参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》（gbj82-85）进行。
4.2.4 混凝土的电通量和氯离子扩散系数快速试验 nel-per型混凝土电通量测定仪来评价混凝土抵抗氯离子渗透能力的标准。试验仪器采用北京耐尔nel-per型混凝土电通量测定仪。通过在￠95×50mm的混凝土试样两端施加60v的直流电压，通过检测6hrs内流过的电量大小来评价混凝土的渗透性。
用rcm-dh型氯离子扩散系数测定仪测定混凝土氯离子扩散系数的试验方法，rcm法参照duracrete非静态电迁移原理制定，定量评价混凝土抵抗氯离子扩散的能力，本方法适用于骨料最大粒径不大于25mm的试验室制作的或者从实体结构取芯获得的混凝土试件。将标准养护28天的混凝土试件浸泡于质量浓度为3.0％的nacl溶液中至指定龄期后，用混凝土切割机将混凝土试件切割成直径＝100±1mm，高=50±2mm的试件。将试件放入电解槽的夹具中，注入1l 0.2mol/l koh正极溶液与1l含5% nacl的0.2mol/l koh负极溶液，用测试机主机电源进行电迁移过程，劈开试件，用0.1mol/lagno3溶液测定显色深度，最后用软件计算混凝土试件的氯离子扩散系数。
4.3 混凝土配合比设计 试验主要研究c40和c50高性能海工混凝土的性能
4.4 高性能混凝土性能试验结果及分析 混凝土的物理力学性能试验结果，常规耐久性能试验结果
高性能海工混凝土的氯离子扩散系数和抗冻性能
高性能海工混凝土与普通混凝土相比较，具有优良的工作性能、相近的物理力学性能和优异的耐久性能，尤其是其耐海水腐蚀性能，混凝土氯离子扩散系数可小于3.0～1.0e-12m2/s
5 海工耐久性混凝土的质量保证措施
5.1 影响海工耐久性混凝土质量的因素 高性能海工耐久性混凝土一般通常具有较高的胶凝材料用量、低水胶比与掺入大量活性掺合料等配制特点，致使高性能混凝土的硬化特点与内部结构同传统的普通混凝土相比具有很大的差异，随之带来了它的早期体积稳定性差、容易开裂等问题。而混凝土的裂缝正是在使用阶段环境侵蚀性介质侵入的通道，进而削弱其耐久性。
5.2 提高海工耐久性混凝土质量措施 在试验过程中发现，浇筑的混凝土由于阳光直射温度较高产生温差过大的现象，同时由于海湾地区海风比较强烈也容易造成混凝土表面失水过快，混凝土表面收缩较大而导致混凝土开裂。因此，在实际浇筑混凝土过程中，t梁或其它结构的混凝土浇注完毕后应立即在顶面和四周采取保温保湿措施。对于t梁等大型预制构件，由于预制场地的限制和施工进度要求，采用低温蒸养的方式。
对于现浇混凝土，混凝土成型抹面结硬后立即覆盖土工布，砼初凝后立即进行浇水养护，养护用水为外运淡水,记录每天的温度和风向，避免混凝土干湿交替，拆模前12小时拧松加固螺栓，让水从侧面自然流下养护，侧面拆模不小于48小时。
关键词：混凝土；质量；控制
Abstract: Concrete structure in holds the very great proportion in the building engineering, it plays the absolute role in structure safety, reliability and durability. Therefore, the quality control of concrete is crucial. The quality control of concrete was described in detail.
Key words: concrete; quality control;
中图分类号： 文献标识码：A
TU71
引言：
混凝土结构在建筑工程中占有很大的比重，在结构的安全、可靠度和耐久性方面起绝对的作用。因此，监理工程师对混凝土的质量控制至关重要。笔者根据多年从事质量监督的经验，谈谈怎样控制混凝土的质量。
一、对原材料的质量控制
混凝土是由水泥、砂、石、水组成，有的还有掺合料和外加剂。监理应对组成混凝土的原材料进行控制，使之符合相应的质量标准。
1.1水泥质量控制
水泥在使用前，除应持有生产厂家的合格证外，还应做强度、凝结时间、安定性等常规检验，检验合格方可使用。切勿先用后检或边用边检。不同品种的水泥要分别存储或堆放，不得混合使用。大体积混凝土尽量选用低热或中热水泥，降低水化热。在钢筋混凝土结构中，严禁使用含氯化物的水泥。
1.2 骨料的质量控制
河砂等天然砂是建筑工程中的主要用砂，但随着河砂资源的减少和价格的上升，不少工程已使用山砂和人工砂。用于混凝土的砂应控制泥和有机质的含量。砂进场后应做筛分试验、含泥量试验、视比重试验、有机质含量试验。普通混凝土宜优先选用细度模数2.4~2.6之间的中砂，泵送混凝土用砂对0.315mm筛孔的通过量不宜小于15%，且不大于30%；对0.16mm筛孔的通过量不应小于5%。石子一般选用粒径4.75~40mm的碎石或卵石，泵送高度超过50mm时，碎石最大粒径不宜超过25mm；卵石最大粒径不宜超过30mm。石子进场后应做压碎值试验、筛分试验、针片状含量试验、含泥量试验、视比重试验。储料场对不同规格、不同产地、不同品种的石子应分别堆放，并有明显的标示。
1.3拌和混凝土用水
拌合用水可使用自来水或不含有害杂质的天然水，不得使用污水搅拌混凝土。预拌混凝土生产厂家不提倡使用经沉淀过滤处理的循环洗车废水，因为其中含有机油、外加剂等各种杂质，并且含量不确定，容易使预拌混凝土质量出现难以控制的波动现象。
1.4外加剂质量控制
外加剂可改善混凝和易性，调节凝结时间、提高强度、改善耐久性。应根据使用目的混凝土的性能要求、施工工艺及气候条件，结合混凝土的原材料性能、配合比以及对水泥的适应性等因素，通过试验确定其品种和掺量。低温时产生结晶的外加剂在使用前应采取防冻措施。预拌混凝土生产厂家不得直接使用粉状外加剂，应使用水性外加剂。必须使用粉状外加剂时，应采取相应的搅拌匀化措施，并确保计量准确的前提下，方可使用。监理工程师应对外加剂的选择加以限制，避免出现品种多而杂的情况。
1.5掺合料质量控制
在混凝土中掺入掺合料，可节约水泥，并改善混凝土的性能。掺合料进场时，必须具有质量证明书，按不同品种、等级分别存储在专用的仓罐内，并做好明显标记，防止受潮和环境污染。
二、混凝土配合比的控制
1、混凝土的配合比应根据设计的混凝土强度等级、耐久性、坍落度的要求，按《普通混凝土配合比设计规程》难过试配确定，不得使用经验配合比。试验室应结合原材料实际情况，确定一个既满足设计要求，又满足施工要求，同时 经济 合理的混凝土配合比。
2、影响 混凝土抗压强度的主要因素是水泥强度和水灰比，要控制混凝土质量，最重要的是控制水泥用量和混凝土的水灰比两个主要环节。在相同配合比的情况下水泥强度等级越高，混凝土的强度等级也越高。水灰比越大,混凝土的强度越低，增加用水量混凝土的坍落度是增加了，但是混凝土的强度也下降了。
3、泵送混凝土配合比应考虑混凝土运输时间、坍落度损失、输送泵的管径、泵送的垂直高度和水平距离、弯头设置、泵送设备的技术条件、气温等因素，必要时应通过试泵送确定。设计出合理的配合比后，要测定现场砂、石含水率，将设计配合比换算为施工配合比。
4、混凝土原材料的变更将影响混凝土强度，需根据原材料的变化，及时调整混凝土的配合比。
三、混凝土浇筑质量的控制
3.1混凝土浇筑前，对有特殊要求、技术复杂、施工难度大（例如基础、主体、技术转换层、大体积混凝土和后浇带等部位）的结构应要求施工单位编制专项施工方案，监理工程师认真审查方案中的人员组织、混凝土配合比、混凝土的拌制、浇筑 方法 及养护措施；混凝土施工缝的留置部位、后浇带的技术处理措施；大体积混凝土的温控及保湿保温措施；施工机械及材料储备、停水、停电等应急措施；审查模板及其支架的设计 计算 书、拆除时间及拆除顺序，施工质量和施工安全专项控制措施等。并审查钢筋的制作安装方案、钢筋的连接方式、钢筋的锚固定位等技术措施。要认真检查模板支撑系统的稳定性，检查模板、钢筋、预埋件、预留孔洞是否按按设计要求施工，其质量是否达到施工质量验收规范要求。混凝土运到施工地点后，首先检查混凝土的坍落度，预拌混凝土应检查随车出料单，对强度等级、坍落度和其他性能不符合要求的混凝土不得使用。预拌混凝土中不得擅自加水。监理工程师要督促试验人员随机见证取样制作混凝土试件。试件的留置数量应符合规范要求，要留同条件养护试块、拆模试块。
3.2 浇筑混凝土时，严格控制浇筑流程。合理安排施工工序，分层、分块浇筑。对已浇筑的混凝土，在终凝前进行二次振动，提高粘结力和抗拉强度，并减少内部裂缝与气孔，提高抗裂性。二次振动完成后，板面要找平，排除板面多余的水分。若发现局部有漏振及过振情况时，及时返工进行处理。混凝土浇灌过程中，监理应实行旁站，检查混凝土振捣方法是否正确、是否存在漏振或振动太久的情况，并随时观察模板及其支架：看是否有变形、漏浆、下沿或扣件松动等异常情况，如有应立即通知施工单位采取措施进行处理，并报告总监理工程师，严重时应马上停止施工。
3.3 加强混凝土的养护。混凝土养护主要是保持适当的温度和湿度条件。保温能减少混凝土表面的热扩散，降低混凝土表层的温差，防止表面裂缝。混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、麻袋等覆盖，并注意洒水养护，延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。在高温季节泵送时，宜及时用湿草袋覆盖混凝土，尤其在中午阳光直射时，宜加强覆盖养护，以避免表面快速硬化后，产生混凝土表面温度和收缩裂缝。在寒冷季节，混凝土表面应设草帘覆盖保温措施，以防止寒潮袭击。
四、混凝土工程质量的验收
混凝土工程完成且质量控制资料齐全后，监理工程师应根据质量保证资料、混凝土结构实体质量和设计文件、现行《混凝土强度检验评定标准》GBJ107、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204－2002、《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300－2001的规定，对混凝土结构工程的施工质量进行检查、评估与验收。
[关键词]
超长混凝土结构;温度;收缩;裂缝;后浇带设计;措施
[abstract]
According to the specific engineering design practice and experience, and to pay attention to the structure design concept, this paper analyses the basic characteristics of temperature shrinkage crack, focusing on the overlong concrete structure of how to effectively pouring belt and some other control and resistance temperature shrinkage stress and the specific design measures. A reference for designers.
[keywords]
Overlong concrete structure; Temperature; Contraction; Crack; Of the pouring belt design; measures
中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：
1前言
建筑工程中，混凝土结构的裂缝较为普遍，裂缝的类型也很多，但按成因基本可归结为由外荷和变形引起的两大类裂缝。其中由混凝土收缩和温度变形引起的收缩裂缝和温度裂缝以及由这两种变形共同引起的温度收缩裂缝则是郑州地区实际工程中最常见的裂缝。随着建筑向大型化和多功能发展，超长（即超过温度伸缩缝间距）高层或大柱网建筑不断出现，混凝土强度等级的提高，施工中泵送混凝土工艺的应用，使超长混凝土结构易出现的温度收缩裂缝有逐渐增多的趋势。虽然这类裂缝属非结构性裂缝，一般不致影响构件承载力和结构安全，但却会影响结构的耐久性和整体性。同时也会给使用者感官和心理上造成不良影响。另外由于我国幅员辽阔，不同地区气候环境、温湿度差异很大，现行规范对防止和减轻温度收缩裂缝的设计措施制定的较为原则和局限。因此不少设计人员较重视强度设计，而不太认真考虑抗裂的构造措施。这样一旦出现裂缝不仅影响工程质量，同时在进入住房商品化，质量纠纷日趋增多的今天也不利于保护自己。
基于以上原因，笔者感到有必要结合郑州地区温差大，气候干燥这一地区特点，根据多年的工程设计实践和体会，对防止和减轻超长混凝土结构温度收缩裂缝的设计措施提出一些建议，供设计人员参考并能有所启发。
2温度收缩裂缝的基本特点
混凝土在结硬的过程中发生收缩，温度变化时会热胀冷缩，当这两种变形受到约束后，在结构内部就会产生收缩应力和温度应力，这两种应力分别超过混凝土抗拉强度时就会导致混凝土开裂而形成收缩裂缝或温度裂缝。超长混凝土结构中较多见的是在收缩应力和温度应力共同作用下所产生的温度收缩裂缝。要分析温度收缩裂缝的基本特点，首先应掌握收缩和温度变形的一些基本概念。
2.1收缩变形的特性及影响因素：
一般混凝土最终收缩应变约3～5×10-4，其特点是早期收缩快，半年可完成第一年收缩量的80～90%，一年后仍发展但已不明显。其影响因素主要有混凝土强度等级，水泥品种，水灰比，坍落度，养护（保温，保湿）和体表比。
2.2温度变形的特性及影响因素：
混凝土温度线胀系数一般为1 ×10-5/℃，其变形随温差而变化，一般发生在混凝土结硬一直到房屋使用期间。其影响因素有季节温差，内外温差和日照温差。
2.3温度收缩裂缝的基本特点：
⑴该裂缝由收缩和温度变形共同产生，其分布一般为收缩和温度两种裂缝的组合，随环境湿度和温度而变化，随时间而发展，裂缝的开裂和危害程度往往较单一的收缩或温度裂缝严重。
⑵根据具体工程裂缝出现的时间、发展与变化、以及分布、形状、尺寸等特征。一般可分为以收缩变形为主或以温度变形为主，实际工程中较常见的是以收缩变形为主的温度收缩裂缝，一般发生在混凝土浇筑后一年内，但多见半月至数月之内。
⑶主要影响的部位及构件是底层和顶部数层梁板构件以及基础梁、挑檐、栏板等外露构件。
⑷梁板裂缝呈现不同分布和特征，梁缝一般垂直于纵向，分布在两侧面，两头细、中间宽、枣核形。裂缝为表面，深进或贯通。单向板缝等间距平行于短边。双向板缝较重于单向板缝，两个方向板缝纵横交错，不规则，缝多为贯通，板面缝一般宽于板底缝。
3防止和减轻超长混凝土结构温度收缩裂缝的设计建议
3.1设置后浇带以及控制和抵抗温度收缩应力的措施
3.1.1有效设置后浇带
后浇带是列入高规中的一种目前设计人员常采用的方法，它利用了混凝土早期收缩量大的特性，其设计思路是“以放为主”。主要作用是释放早期混凝土收缩应力，减小以收缩为主的变形。高规虽然对后浇带的间距、宽度、钢筋处理、浇筑时间有较明确要求，不少资料对此也有所介绍。但是结合多年来对郑州地区几个较大型超长工程的设计实践，深感对后浇带的做法必须予以重视。如设计施工处理不好，不仅起不到予期的效果，还会留下结构隐患。因此就后浇带的具体做法提出以下建议和看法：
⑴间距：高规规定为30m～40m.建议具体工程应结合建筑物长度、气候环境特点综合考虑，一般应控制在30m左右。
⑵位置：
① 小跨梁开间或受力较小的部位，一般可在梁跨三分之一处。
② 平面布置时要注意梁的布置宜平行于后浇带以免梁截断太多。
③视具体情况可沿平面曲折通过。
⑶宽度：高规规定800～1000mm.建议预留的宽度要考虑满足钢筋错开搭接要求。可允许大于1000mm.
⑷钢筋：目前对后浇带内梁纵向钢筋处理有两种做法。
第一种：梁板钢筋均断开后搭接（高规要求），但由于梁钢筋搭、焊接处理困难，质量不易保证，易给结构造成隐患。
第二种：板钢筋断开，梁钢筋直通不断。目前工程采用较多，但由于截断梁较多时，钢筋全部不断会约束混凝土收缩，达不到予期效果。
建议：梁上部钢筋，腰筋及板墙钢筋断后错开搭接或必要时先搭后补焊。梁下部钢筋不断，可适当加大配筋。这样即可大大减小梁钢筋全部不断对混凝土收缩形成的约束，又可避免梁钢筋全部断后造成的钢筋搭、焊接困难，这种处理方法笔者自2000年以来已在一些工程中较好的进行了使用。
⑸浇筑时间：高规要求，宜在两个月后且浇筑时的温度宜低于主体混凝土浇筑时的温度。由于混凝土早期收缩量大，相对一年的收缩量，半月约占30～40%；1个月约占45～55%；2个月约占65～75%；半年约占80～90%，故应按规范执行，一般应保证两个月后浇筑。
⑹后浇混凝土：采用无收缩或微膨胀混凝土，强度较主体混凝土提高一级。
【关键词】土木工程建筑 混凝土结构 施工
混凝土结构是现代土木工程建筑中比较常用的建筑结构形式，混凝土结构以其自身的优势对提高土木工程建筑的整体性和强度有着重要作用。随着现代土木工程建筑规模的不断扩大和混凝土结构应用的力度不断加大，如何保证混凝土结构施工质量，这就需要我们加强对混凝土结构施工技术的研究和探讨。
1混凝土结构定义及其特点
1.1混凝土结构定义
混凝土结构是一种以水泥、砂、石子、水为主要材料并辅助其他掺合材料构成的结构。混凝土结构类型可细分为素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。
1.2混凝土结构特点
混凝土结构的主要特点主要体现在以下:混凝土原材料来源广泛，取材方便，并且材料价格比较低，比较容易运输；混凝土结构具有很强的耐久性能和耐火性能；同普通砖瓦结构相比较，混凝土结构对自然灾害的抵御能力更强，抗震性能更好；混凝土浇灌结构的整体性好，可塑性好；混凝土结构性能比较容易调节，适合绝大部分工程使用；混凝土结构从某种意义上讲有环保功能，这是因为混凝土可采用粉煤灰、煤泥或者矿渣等作为原材料。
2土木工程建筑中混凝土结构施工存在的一些问题
2.1混凝土材料质量问题
混凝土材料质量的优劣直接影响混凝土结构施工质量。混凝土材料主要有水泥、砂、石子、水以及其他外加剂，这些材料在进场前，混凝土施工单位应组织相关的人员对各种材料进行质量检验，比如水泥的检查工作，要严格按照工程设计要求对水泥的型号、品种、出厂合格证检查。砂要根据工程设计要求选择粗砂或细砂。要控制好砂中的含泥量。石子应检查其粒径是否满足工程设计要求。水应使用自来水，不能使用含有杂质的生活污水或工业废水。然而当前部分土木工程建设单位对材料质量检查工作不够重视，对混凝土结构质量造成了严重影响。
2.2混凝土调配不够规范
混凝土在配置过程中要严格控制各种材料的比例，即配合比。但是就当前土木工程中的混凝土结构施工单位在配置混凝土方面比较随意，比如为了能够使混凝土拌合方便，随意的添加水。混凝土内加入过量的水，会影响混凝土的强度。因此，混凝土结构施工单位应加强对混凝土制作全过程进行规范化管理，从而确保混凝土配置拌合质量
2.3混凝土在施工中易出现裂缝现象。
混凝土裂缝按其种类可将其分为表面裂缝、贯穿裂缝和结构深层裂缝三类。但不管是任何一种类型的裂缝存在以混凝土结构中都会影响工程质量。混凝土出现裂缝同混凝土结构施工不按规范规定要求有着必然联系。所以为了能最大限度地减少混凝土裂缝在工程施工中出现，应严格按照混凝土结构施工技术要求、工艺要求等进行施工。
3土木工程建筑中混凝土结构裂缝产生的原因
3.1温度变化引起的裂缝
混凝土结构施工中，混凝土会受到外界气候因素和结构内部温度变化影响发生不同程度变形，如果混凝土结构变形受到阻碍，其内部会产生应力，当应力超过混凝土结构的拉应力后变便会引起裂缝问题。
3.2地基基础变形引起的裂缝
基于土木工程施工现场的地质结构具有不确定性，地质构造复杂多样。如果土木工程建筑在开工前没有对是工程现场进行充分勘察或者勘察的精度不够，都会影响混凝土结构施工质量。比如混凝土结构施工现场地基基础为软弱地基，而在施工前没有采取相关的地基处理措施，那么地基在上部荷载作用下会发生不均匀沉降导致混凝土出现裂缝。
3.3钢筋锈蚀引发的裂缝
混凝土表层碳化后会对钢筋造成一定的侵蚀，钢筋发生锈蚀，随着时间的推移，锈蚀加剧造成钢筋断裂，混凝土结构的强度就会降低，相应地其承载能力也变弱，如果受到外力作用则混凝土结构很容易出现裂缝。
4提高混凝土结构施工质量的策略
4.1加强混凝土结构施工质量管理
混凝土结构施工单位在采购模板时应制定模板专项方案，尽可能地选用能够二次使用的模板，这样可有效节约工程成本投入。严格对施工图纸进行审核，发现施工图纸中存在同工程实际不符的地方，应及时进行纠正和更改，避免因施工现场实际情况同施工图纸不符发生设计变更影响施工进度和质量。
4.2加强混凝土拌制和养护管理
施工单位应严格按照土木工程建筑中混凝土的相关配合比要求配置混凝土的各种材料。混凝土在拌合过程中应按照设计中要求的拌合时间拌合，要保证混凝土拌合后均匀。避免因混凝土搅拌时间不够，不均匀影响混凝土功能性发挥，比如混凝土的均匀性差会在浇筑施工后出现裂缝。混凝土养护是混凝土结构施工的最后一个环节，也是最为重要的一个环节，如果混凝土养护不到位，那么前边所有施工环节所做的工作都将白费功夫。就混凝土养护而言，控制好混凝土的温度和湿度是养护工作的关键。这两点如果控制不好，混凝土的所承载的拉应力将会变大，进而造成混凝土出现裂缝。
5结语
本文阐述了混凝土结构的定义和特点，分析了当前土木工程建筑混凝土结构施工存在的问题，并针对混凝土结构施工中的裂缝问题进行了重点探讨。提出了土木工程建筑中混凝土结构施工质量的措施。望能够对相关的土木工程建筑单位在混凝土结构施工方面提供理论参考。
参考文献：
[1]王琼.土木工程混凝土施工技术[J].江西建材施工技术,2012(06).
[2]曹鹏,周游.建筑施工技术控制的具体措施分析[J].现代装饰,2011(5).
[3]谢文利.土木工程混凝土施工技术探讨[J].产业与科技论坛,2012(11).
[4]张伟.土木工程建筑中混凝土结构的施工技术分析[J].烟台职业学院学报,2013(02).
[5]钟坚.浅谈大体积混凝土裂缝的防治措施[J].中国城市经济,2011(05).
关键词:混凝土结构施工土木工程应用
伴随着我国土木工程建筑行业发展脚步的不断加快，混凝土结构施工在工程建设中的应用也引起了相关部门的高度重视。目前，混凝土结构施工现状与土木工程建设的要求相比，还有一定的距离，导致工程建设质量无法达到预期的目标。面对这种情况，工程建设单位必须提高对混凝土结构施工的重视程度，并结合土木工程建设特点，采取最佳的施工方案，切实提高混凝土结构施工质量，以此来为工程整体质量的提升奠定坚实的基础。
1混凝土结构施工的技术要求
1．1对原材料的要求
就目前混凝土结构施工中所涉及的原材料来看，主要包括水泥和骨料。其中，水泥材料的选择与混凝土强度和耐久性具有很大关系，水泥强度越高，混凝土强度和耐久性也就越好。但需要注意的是，随着外加剂与矿物掺合料在混凝土制作中的广泛应用，水泥强度对混凝土强度所产生的影响也越来越小，而对耐久性的影响则不变，若想从根本上提高混凝土耐久性，在对水泥进行选择的时候，应该尽可能选择开裂敏感性低的水泥。骨料也是混凝土制作中必不可少的一种原材料。目前，我国混凝土质量与西方国家相比还有一定差距，根本原因就是骨料的质量。在对骨料进行选择的时候，首要关注的并不是骨料的强度，而是使用级配。所以，建设单位需要根据土木工程建设对混凝土原材料的要求对水泥和骨料进行合理选择，以此来确保混凝土质量能够满足工程施工标准。
1．2对掺合料的要求
掺合料也是混凝土制作的一个重要组成部分，所以，明确工程建设对掺合料的要求也十分重要。就目前土木工程建设中混凝土结构设计中所涉及的掺合料看，主要包括三种，即矿物掺合料、粉煤灰以及硫酸盐水。其中，在对矿物掺合料进行选择的时候，应该根据工程需求选用低钙、低烧失量的高炉矿渣粉或硅灰，也可以选用天然火山灰和沸石岩粉，切记不能使用含石灰石的矿物掺合料。粉煤灰的选择应该首要关注烧失量，通常情况下，制作混凝土所使用的粉煤灰烧失量应在6%以下。除此之外，所选用的硫酸盐水的温度应控制在15℃以下。
2混凝土配合比的要点
混凝土是由多种材料搅拌而成的一种施工材料，由于涉及的原材料较多，不同配合比所产生的混凝土强度也截然不同，所以，根据土木工程的需求明确各材料之间的配合比非常重要。接下来笔者就对混凝土配合比的要点进行简要介绍。
2．1水胶比
水胶比的设定是根据混凝土耐久性要求来调配的，首先，施工人员需要根据《混凝土技术要求》中的最低强度等级来配制强度，先将水胶比调至最大，然后逐步以0.1百分点减少，直到得出水胶比和强度的直线关系，以此时的水胶比为基础进行试配。一般来说，如果土木工程建设对混凝土有较高的耐久性需求，在粉煤灰超过30%的时候，水胶比应不超过0.44。
2．2浆骨比
确定水胶比之后，接下来就是确定浆骨比。所谓浆骨比，就是水胶比一定前提下所使用的胶凝材料总量或骨料总体积用量。对于不同类型的混凝土，浆骨比的确定也有不同的依据。例如，泵送混凝土可以按照GB/T50746－2008《混凝土结构耐久性设计规范》来确定浆骨比，试配过程中要尽可能设置较小的浆骨比。需要注意，在浆骨比较小的情况下，混凝土的强度会受到一定影响，但稳定性会得到相应提升，开裂风险也会降低。
2．3砂石比
混凝土制作中所涉及的砂石比，通常以一定浆骨比下的砂率表示。根据选用的石子级配不同，砂石比也会有所不同。一般以0.16－0.2为宜。此外，如果土木工程施工中采用的是泵送混凝土，砂率应控制在36%－42%之间。在水胶比和浆骨比确定的前提下，砂石比变动所产生的影响主要集中在强度、弹性模量和开裂敏感性方面。砂率越小，强度就越低，开裂敏感性也低，弹性模量则会相应加强。所以，在水胶比和浆骨比确定的情况下，建设单位需要根据土木工程建设的根本需求，合理设置砂石比。
2．4矿物掺合料掺量
矿物掺合料掺量也是混凝土配合比过程中需要高度重视的一个要素，根据工程性质、施工条件和施工环境的不同，矿物掺合料掺量的选择也有所不同。比如说，如果工程完全处于地下或水下，且施工基础底板、地下连续墙和桥梁桩基都为大体积混凝土，为了确保工程质量满足需求，在对矿物掺合料掺量进行选择的时候，应使用最大量。
3混凝土结构施工在土木工程建筑中的应用
3．1混凝土裂缝的预防与控制
就目前土木工程建设的现状来看，裂缝是混凝土结构施工的一项主要病害，如果裂缝问题得不到有效防治，工程整体的应用性势必会受到影响。实践表明，在土木工程施工过程中，能够导致混凝土结构裂缝的原因有很多，比如说，施工环境、施工机械、施工工艺以及养护条件等。所以，若想从根本上做好混凝土裂缝的防治工作，需要施工人员从多个方面着手，切实提高混凝土结构整体质量，大致应该注意以下几个施工环节:(1)混凝土的浇筑应该严格按照从低到高的顺序开始施工作业，浇筑最好一次性完成，同时要对施工缝进行有效处理;(2)进行后浇带填充时，所选用的混凝土强度需高于原有混凝土，以此来避免裂缝问题的发生。
3．2混凝土运输与泵送技术
泵送时间和路程是混凝土运输必须考虑的两个因素，并以此为依据对混凝土的配合比和强度进行合理设置。通常情况下，在混凝土运输过程中，由于运输方式和运输路程的影响，会导致混凝土出现离析现象，这势必会影响到混凝土后期的整体质量。针对这种情况，施工单位必须结合工程具体施工情况，对运输时间和路程进行科学设置，尽可能减少混凝土的转运次数，同时要确保混凝土在初凝之前就运送到施工现场，以此来方便后续施工作业的顺利开展。
3．3混凝土施工浇注技术
混凝土浇注质量好坏与工程整体质量具有紧密联系，为了确保浇注质量满足施工要求，在进行浇注之前，需要进行必要的清理工作，确保模板内没有油污和任何杂物，同时要进行清水湿润，以此来确保混凝土浇注质量。其次要做好模板标高和尺寸的校核工作，确保其与技术标准中的要求相符合。最后，要确保钢筋绑扎和安装顺利完成，浇注过程中要严格按照施工流程进行操作，确保每个环节的施工质量达到标准，为工程整体质量的提升奠定坚实的基础。
3．4混凝土的养护施工技术
养护施工技术对于混凝土结构而言同样十分重要。养护过程中需要注意的事项主要包括以下几个方面:(1)拆模工作必须在浇注后7天进行，拆模之后，混凝土仍要使用麻袋包裹起来，以此来保证混凝土的养护温度，同时要适当进行洒水养护，避免混凝土结构产生裂缝;(2)在混凝土结构浇注完成之后，洒水措施应该在4天之后进行，这时混凝土的核心温度已经有所下降，这时候洒水养护可以起到良好的效果。
4结语
从本文的分析我们可以看出，在土木工程建设中，混凝土结构施工占据着重要的地位，与工程整体质量具有紧密联系。所以在未来的时间里，建设单位需要严格按照施工规范，采取先进的施工技术，在合理配比混凝土的基础上，实施施工全过程的科学化管理，确保各个施工环节之间有效衔接，保证土木工程施工顺利进行，提高工程应用性。
参考文献
［1］潘峰．混凝土结构施工在土木工程建筑中的应用研究［J］．房地产导刊，2015(30)．
［2］韦小丹，鲁志伟．混凝土结构施工在土木工程建筑中的应用研究［J］．四川水泥，2015(01)．
关键词：土木工程建筑；混凝土结构；措施
由于社会的进步，人们生活水平的提高，土木工程建筑的数量也随之不断的增长。在土木工程建筑的施工环节中，混凝土材料是其重要的组成部分，因此急需要引起足够的重视。而这就要求相关工作者要严控把握混凝土施工技术的相关细节，制定出科学合理的管理措施，这样才能够加强土木工程的整体施工质量。那么下面我们就来具体的讨论一下。
一、存在的问题
（一）混凝土配比存在不合理的现象混凝土结构质量的好坏，混凝土质量能够起到至关重要的作用。不过在施工期间，很多相关管理人员工作责任心不强，同时也缺乏必要的安全意识，导致在生产期间，偷工减料的情况时有发生，而这正是出现施工质量问题的主要原因之一。另外在施工期间，有些施工者为了加大混凝土的自缩值，喜欢在混凝土里放入一些硅粉。而由于硅粉在和混凝土的配比上要具备一定的特性。因此在混凝土里放入煤灰会导致混凝土的自缩值下降，从而给混凝土的质量造成了影响。（二）施工期间忽视温度的影响在施工期间，工作者很少关注温差对混凝土质量所造成的影响，因此极容易出现质量问题。如果温差较高，那么混凝土就极有可能会出现变形的情况，因此相关施工人员一定要控制好温差。如果施工现场的温度大于混凝土的温度，那么混凝土的拉力就会进一步的下降，出现裂缝的概率也就会随之增大。所以对混凝土浇灌期间要采取一定的降温措施，这是降低混凝土出现质量问题的最有效的方法之一。不过若想有效的控制施工现场的温度也存在着一定的困难，所以这也成为了施工期间的一大难题。（三）浇筑期间所存在的难题在对混凝土浇筑期间，一定要得到振捣器的协助。因此在第一次的浇筑过程中，一定不能让混凝土被浇筑的太多，如果混凝土的厚度超过一定的范围，那么就会让振捣的质量大大下降。而在处理完这些施工程序以后，混凝土就会有很好的耐用性。不过目前，由于很多工作人员的疏忽，而且也没有根据相关的施工要求去进行施工，导致在浇筑期间出现了很多不应有的失误，因此造成了土木施工质量无法达到理想的要求。
二、措施
（一）控制好混凝土的温度应力第一，水泥的使用量一定要最好严格的把控。在水泥的使用期间，会散发出大量的热度，如果热度比较高的话，水泥的表面参数就会受到影响，从而导致热量会被完全压制在混凝土里，如果无法得到按时的释放，那么就会加大混凝土的温度应力。通常，施工现场的温度可以决定混凝土的浇注温度，因此如果浇注温度出现变数，对混凝土的浇筑质量会造成严重的破坏，而且也会对其内部应力造成破坏。所以最好不要在气温较高的天气下施工。就算施工，也要在降低施工现场温度的前提下才行，要么就在施工的准备期间，先将混凝土进行冷却，这样就能把混凝土材料的温度进一步的降低，从而达到对施工的基本要求。（二）在合理的范围内降低混凝土的约束力利用地基，可以有效的让混凝土的约束力得到下降。此外，利用覆盖技术，可以有效的维持混凝土的温度，而且还能够让其处于恒定的状态，这样混凝土出现质量问题的概率就会很大程度的得到降低。在混凝土施工期间，如果混凝土的面积超出了规定范围的话，最好的方法是降低混凝土的厚度，而降低厚度的措施通常是在混凝土中设置滑动层，这样就能够有效的让混凝土的约束力得到下降。（三）加大混凝土的抗裂性在施工期间一定要对混凝土进行严格的把控，否则就会增大出现裂缝的可能。而若想避免混凝土出现裂缝，则需要做到：1）加入添加物和一些可以增强混凝土质量的材料。如果想控制好混凝土的自缩值，可以往混凝土中加入一些添加物，不过值得注意的是，一定要按照对混凝土加入添加物的相关标准来进行，否则会给混凝土的质量带来一定的影响。如果能够把一些有机纤维加入进混凝土当中，可以让混凝土的质量得到一定的提升，而主要的原因在于有机纤维具备一定的拉伸特点，这无疑对混凝土质量的提升会带来非常好的帮助。2）合理的配置好混凝土的材料配置。考虑到混凝土在材料配比和质量的关系上存在着很大的关联性，因此一定要把控好对混凝土材料的配比工作。在施工期间，一定要对材料进行严格的测试，这样才能做好混凝土材料的配比。同时，负责配比工作的相关人员还要通过大量的配比实验，去证明所要使用到的建筑材料是否具有可靠性，并最终选出一个最为适合投入到施工当中的建筑材料，从而进一步的保证混凝土以及土木工程建筑的质量能够达到最合理的要求。混凝土的质量能够决定土木工程最终的质量。考虑到骨料是混凝土的主要构成部分，因此若想让混凝土的质量得到充足的保证，那么施工人员在对骨料进行选择的时候，一定要让骨料具备一定的密度和耐久性，而且建筑材料中的粉状物和有机杂质等含量也要符合国家的规定标准。
三、结语
通过以上内容我们能够了解到，若想让土木工程建筑中混凝土结构的施工技术得到加强，在合理的范围内降低混凝土的约束力以及加大混凝土的抗裂性等措施。因此在今后的工作中，相关工作者要积极努力，认真研究，从而制定出更加完善的施工方案，从而让我国的土木工程建筑水平迈向一个新的高度。
参考文献：
[1]钟宇聪.关于土木工程建筑中混凝土结构的施工技术的研究[J].江西建材,2015(24).
关键词: 型钢混凝土结构；粘结强度；受力性能；有限元分析
中图分类号：文献标识码： 文章编号：
Study on the Bond-strength of Steel Reinforced Concrete Structures
Liang yonggan
(New World Development (wuhan),LTD.Wuhan430022China)
Abstract: Based on studying on the bond-slip relation of steel reinforced concrete structures and the factors which influence the bond-strength of the Steel reinforced concrete structure(SRC), this paper has studied the four main bond-anchoring factors such as concrete strength, concrete cover thickness, the ratio of steel bar and the transverse hoops with structural analysis software ANSYS. The results show that: the concrete strength has a great impact on the bond-strength of the SRC. But the concrete cover thickness, the ratio of steel bar and the transverse hoops have little impact on increasing the bond-ultimate failure load.
Key words: steel reinforced concrete (SRC); bond strength; mechanical behavior ; finite element analysis
1 引言
型钢混凝土构件充分利用混凝土的抗压性能和钢材的抗拉压性能，混凝土与型钢共同受力，使得结构承载力高、抗震和抗火性能好、造价适中，因而在高层与超高层建筑、大跨度公共建筑中得到广泛的应用。型钢与混凝土之间的粘结性能是直接影响型钢混凝土结构和构件的受力性能、破坏形态、计算假定、承载能力、裂缝和变形的主要因素[1-3]。本文在分析型钢混凝土粘结滑移机理的基础上，采用结构分析软件ANSYS对型钢混凝土的粘结强度进行研究。
2 型钢混凝土粘结滑移机理分析
在型钢混凝土结构中，型钢与混凝土两种性能不同的材料能够共同受力是由于它们之间存在着粘结力，这种作用使得型钢与混凝上能够实现应力传递。粘结力宏观效果是一种剪力，这种剪力使型钢截面的应力沿长度发生变化。伴随粘结作用，型钢与混凝土之间还会产生沿连接面上型钢与混凝土之间的相对滑移。型钢与混凝土之间的粘结力主要由三部分组成[4-5]：混凝土中水泥胶体与型钢表面的化学胶结力，型钢与混凝土接触面上的摩擦阻力和型钢表面粗糙不平的机械咬合力。化学胶结力主要存在于型钢与混凝土表面发生相对粘结滑移前，当连接面上发生相对粘结滑移后，水泥晶体被剪断或挤碎，化学胶结力大大降低。当化学胶结力退出工作后，粘结力就主要依靠摩擦阻力和机械咬合力来维持，摩擦阻力主要取决于型钢与混凝土连接面上的正应力和摩擦系数，主要与型钢混凝土构件的受力、横向约束（混凝土凝固时的收缩、混凝土保护层厚度和横向配箍率等）及型钢的表面特性有关。机械咬合力主要取决于型钢表面的粗糙程度和表面状况，但其极限值受到混凝土强度的限制。从型钢混凝土粘结滑移机理可见，混凝土强度等级、混凝土保护层厚度、横向配箍率和纵向配筋率等因素影响着其粘结强度。本文采用有限元法对影响型钢混凝土粘结强度的因素进行分析。
3 有限元模型的建立
型钢混凝土构件的型钢采用shell181壳单元模拟，混凝土采用实体单元solid65模拟，型钢与混凝土界面视为各自边界条件，采用CONTAC173接触单元模拟，钢筋混凝土结构中纵向钢筋横向箍筋采用L1NK8单元进行模拟。
型钢采用Q345钢，弹性模量Es = 2.06×105MPa， ，混凝土根据试件采取强度等级确定相关参数。模型尺寸和各项参数参照文献[6]的取值，型钢均为80mm×8mm的钢板条，考虑影响型钢混凝土粘结力四个参数：混凝土的强度等级、混凝土保护层厚度、配箍率sv以及纵向配钢率s。所有试件的锚固长度均为600mm。模型采用拟梁拉拔方式加载，试件截面特征和加载方式如图1所示，荷载为单调加载P=200kN，荷载分20个子步加，即每次加载10kN。图2为试件的有限元计算模型。
4 有限元分析结果
为考虑混凝土强度等级对粘结性能的影响，共计算了8个模型，如表1所示，混凝土强度等级从C15到C50，保护层厚度统一取为45mm，纵筋配筋率s为0.5%，配箍率sv为1.2%。从表1可见，混凝土强度等级对极限荷载Pmax有很大的影响，强度等级越高，极限承载力越高，最小为43.07kN，最大则达到了78.04 kN。
为考虑混凝土保护层厚度对粘结性能的影响，共计算了8个模型，如表2所示，混凝土保护层厚度从30mm到65mm，混凝土强度等级为C30，纵筋配筋率s为0.5%，配箍率sv为0.8%。从表2可见，混凝土保护层厚度对极限承载能力影响不明显，最小为56.64kN，最大也仅为59.01kN。
为考虑横向配箍率对粘结性能的影响，共计算了8个模型，如表3所示，横向配箍率从0.2%到2.5%，混凝土强度等级为C30，混凝土保护层厚度为45mm，纵筋配筋率s为0.5%。从表3可见，横向配箍率对极限承载能力有着一定的影响，计算模型的极限承载力最小为55.26kN，最大为59.01kN。
为考虑纵向配筋率对粘结性能的影响，共计算了8个模型，如表4所示，纵向配钢率从0.2%到2.5%，混凝土强度等级为C30，混凝土保护层厚度为45mm，横向配箍率sv为0.8%。从表4可见，纵向配筋率对极限承载能力影响非常小，8个计算模型的极限承载力最小为55.64kN，最大为57.12kN，两者相差仅为2.66%。
5 结论
1. 混凝土强度等级对型钢混凝土粘结滑移性能影响很大，混凝土等级越高，其粘结极限破坏荷载越大。
2. 混凝土保护层厚度对型钢混凝土的粘结有着一定的影响，当保护层厚度过小时，型钢混凝土的粘结破坏常因混凝土保护层开裂而影响到粘结强度的发展，当保护层厚度达到一定厚度时，粘结应力的发展不会因为混凝土保护层的较早开裂而受到限制，粘结强度得到相应的提高。
