14 關(guān)于規(guī)范的理解與應(yīng)用
寫正文之前，我要感謝幾位師長和朋友。
首先是廉慧珍老師和聞德榮老師兩位前輩，第一節(jié)我提到過廉老師鼓勵我把一些想法寫出來，聞老先生還把系列文稿推薦雜志轉(zhuǎn)發(fā)，這也使我有了不斷寫下去的勇氣，首先感謝兩位前輩。
我以前在建委下屬咨詢處的領(lǐng)導(dǎo)顏處對我講：任何時候不要保守，不要自己限制自己，要勇于與大家分享你得收獲，整理你思路的同時對自己也是提高，不要固守一點，要放開胸懷，他說這是他多年做咨詢的感受。
在我寫文稿期間，宋少民老師也專門發(fā)微信鼓勵說：作為學(xué)者要有自己的獨立見解和獨立思考，每章節(jié)寫一兩個觀點，這種形式很好。我是學(xué)習(xí)者，各位是學(xué)問者，都簡稱學(xué)者吧！
王棟民老師專門讓他的博士生和研究生加我微信交流，以期共同提高！中國建材情報所的孫繼承博士電話與我說：聞博士，咱出本書吧，主要以工程案例鑒定分析為主，把你的案例豐富在里面，肯定廣受歡迎！
還要感謝旅日歸國的美女博士王欣教授，王博士曾是我在咨詢處的領(lǐng)導(dǎo)，現(xiàn)在在天津城建大學(xué)做專職教授，有次我與王博士閑聊，說起我這些年從南忽到北、從東悠到西，一路忽悠、鑒定混凝土質(zhì)量缺陷的趣事，她建議我整理下寫出來：與大家分享是件樂事，你會有成就感和意想不到的收獲！
這不，意外收獲來了！前幾天開會，有人要加我微信，說總看我文章，網(wǎng)上看我要發(fā)言就專門過來參會，還特意從新加坡帶了咖啡和巧克力，會場上見到了新加微友——寧建樹老總，一見如故，令我尤其感動！還有韶關(guān)的黃總、山西宋總等等許許多多新老朋友，不一一列出，會議前總電話問：去嗎？你要去我也去見個面，謝謝各位鼓勵和支持！
閑言不贅，這次還是從一次質(zhì)量缺陷分析鑒定說起。
某施工單位，做預(yù)制箱梁，不幸開裂，從箱梁中間開裂，其實這也是比較常見的質(zhì)量問題。我遇到很多。關(guān)鍵是：當(dāng)?shù)貜奈锤蛇^大的工程，這幾片梁40米，還沒有進(jìn)行張拉，開裂了誰也不敢拍板用還是不用。
他們關(guān)心的問題是兩個：
施工方和攪拌站關(guān)心的問題是：裂縫怎么產(chǎn)生的？攪拌站態(tài)度很明確，我們問題我們負(fù)責(zé)，是配比問題還是材料問題？找不出原因就無法避免。
業(yè)主方和地方質(zhì)檢站以及監(jiān)理單位關(guān)心的問題是：這幾片梁還能不能用！
我去了現(xiàn)場，因為這種問題必須要去現(xiàn)場，光看圖片很容易走偏的。我詳細(xì)了解了情況，勘察現(xiàn)場，得出初步結(jié)論：
第一，裂縫不是配比和原材原因，至少不是主因，養(yǎng)護(hù)占主要，然后告訴他們注意哪些，就不會再裂
第二，裂縫總歸是不好的，但這種裂縫對承載沒大影響，經(jīng)過修補密封，趕緊張拉，可以繼續(xù)使用，不張拉裂縫會不斷延長至通透。
然后，我自以為完事大吉就走了，這種事我見的太多了！
而兩周后，施工方給我電話，幾片梁被廢了，砸了，直接損失近八十萬。當(dāng)時老實說我很震驚，震驚之余還是震驚，八十萬呀，就這么沒了！敗家呀?。?！況且這是我出道以來第一次鑒定結(jié)論被否，至今也是唯一一次，有點懵圈的感覺
用趙本山小品的話來講，我這資深大忽悠反被忽悠，臉面無光呀！
后來，我進(jìn)一步了解到：業(yè)主和當(dāng)?shù)刭|(zhì)監(jiān)都沒接觸過大的工程，我走后心里還是不踏實，就又專門組織了專家組討論，討論的結(jié)果是：混凝土梁是預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，屬于A類，A類結(jié)構(gòu)是不能有裂縫的，既然有裂縫就不能使用。
老實說當(dāng)時我有點氣急敗壞了
，對他們講：糊涂，這樣的結(jié)論誰出的？你們也糊涂，竟然也信？
為此我有專門給他們又上了一課！普及下相關(guān)知識太重要了！??！
第一，先普及下，預(yù)應(yīng)力怎么一回事！
（注：公式復(fù)雜不再詳述推導(dǎo)過程，有興趣同志可在教科書上查閱）
在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，當(dāng)混凝土承受的拉應(yīng)力達(dá)到其抗拉極限強度ftk，或混凝土拉應(yīng)變達(dá)到其極限應(yīng)變εtu （約為0.0001~0.00015，即100~150μεme）時，混凝土就要開裂。
由于粘著力的作用，鋼筋與周圍混凝土具有相同的變形。因而，混凝土即將開裂時，鋼筋中的應(yīng)力
ss =εtuEs = (0.0001~0.00015)× 2.0× 105 = 20-30MPa
事實上，鋼筋的設(shè)計應(yīng)力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此值：對于R235，fsd=195MPa；對于HRB335，fsd=280MPa。即混凝土開裂時，鋼筋只發(fā)揮了其設(shè)計強度的1/10左右。
在設(shè)計荷載作用下，鋼筋的應(yīng)力是按其設(shè)計強度fsd取值，這意味著，在使用階段，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受拉區(qū)總是要出現(xiàn)裂縫的。
隨著冶金工業(yè)的發(fā)展，鋼材的強度不斷提高。目前，國產(chǎn)高強鋼絲和鋼絞線的抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值已達(dá)1860MPa。
如果將這種高強鋼材直接配置在混凝土中，按設(shè)計荷載作用下鋼筋應(yīng)力達(dá)到其抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值的1/2就是930MPa，這時鋼絲周圍混凝土的拉應(yīng)變?yōu)?div style="height:15px;">
et = 0.0048
這個應(yīng)變相當(dāng)于混凝土極限拉應(yīng)變(0.0001)的40多倍，這將引起混凝土的嚴(yán)重開裂，結(jié)構(gòu)根本無法正常使用。即使提高混凝土的強度等級，其抗拉強度提高很小，仍解決不了抗裂問題。
所以說，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，由于混凝土抗拉強度低，容易開裂，高強度鋼筋和高標(biāo)號混凝土根本無法充分發(fā)揮作用。
解決鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題的積極措施是，設(shè)法預(yù)先在混凝土中造成一種預(yù)壓應(yīng)力，用以抵消外荷作用下所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使混凝土的整個截面在外力作用下始終處于受壓工作狀態(tài)，這樣也就不會出現(xiàn)拉應(yīng)力，從而限制裂縫的出現(xiàn)。
這種預(yù)先加過應(yīng)力的混凝土稱為預(yù)應(yīng)力混凝土。
2 預(yù)應(yīng)力混凝土分類
在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過設(shè)置適當(dāng)?shù)念A(yù)加力和偏心距提供壓應(yīng)力。預(yù)加力的大小和偏心取決于設(shè)計期望達(dá)到的應(yīng)力狀態(tài)。
在預(yù)加力和外荷載共同作用下（橋規(guī)規(guī)定為短期效應(yīng)組合），按照控制截面受拉區(qū)邊緣出現(xiàn)的拉應(yīng)力情況（如簡支梁跨中截面下緣），分為：
1）全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（PC-Prestressed Concrete）
2）部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（PPC-Partial Prestressed Concrete）
（1）全預(yù)應(yīng)力混凝土（PC）
在一切荷載組合情況下（短期效應(yīng)組合），都必須保持全截面受壓，不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力混凝土稱為全預(yù)應(yīng)力混凝土。
全預(yù)應(yīng)力混凝土具有抗裂性好，剛度大，可節(jié)省普通鋼筋等優(yōu)點，但也發(fā)現(xiàn)存在一些嚴(yán)重的缺點：
1）反拱過大，并由于混凝土徐變的影響不斷發(fā)展；
2）由于預(yù)加力過大，易于產(chǎn)生平行于預(yù)應(yīng)力鋼筋的縱向裂縫。
（2）部分預(yù)應(yīng)力混凝土（PPC）
針對全預(yù)應(yīng)力混凝土由于預(yù)加力過大所引起的問題，從1960年開始，國際工程界就開始了適當(dāng)減小預(yù)加力、降低預(yù)應(yīng)力混凝土抗裂要求的討論，逐步形成了部分預(yù)應(yīng)力混凝土的概念。
所謂部分預(yù)應(yīng)力混凝土，指在預(yù)加力和外荷載作用下（短期效應(yīng)組合），允許出現(xiàn)拉應(yīng)力或允許出現(xiàn)裂縫的預(yù)應(yīng)力混凝土。
A類構(gòu)件：在短期效應(yīng)下，控制截面受拉邊緣允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，但應(yīng)控制拉應(yīng)力不得超過允許值，即不允許開裂。
B類構(gòu)件：在短期效應(yīng)下，允許出現(xiàn)裂縫，但對最大裂縫寬度加以限制。
3 對于混凝土預(yù)制梁的設(shè)計要求
預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)有兩類，先張和后張，現(xiàn)在一般都是后張法：
后張法得施工步驟如下：
(a)澆筑梁身混凝土，并預(yù)埋套管，形成孔道；
(b)穿進(jìn)預(yù)應(yīng)力鋼筋，待混凝土結(jié)硬后，進(jìn)行張拉；
(c)錨固鋼筋，傳力于混凝土，壓注水泥漿，填塞孔道。
4 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的受力圖分析
鋼束張拉錨固后，梁受到預(yù)加力的作用向上撓曲，梁脫離底模變?yōu)閮啥酥С?，梁的自重隨即參加工作。即在預(yù)施應(yīng)力階段，梁將受到預(yù)加力和自重MGk的共同作用，下面是其受力模式分析圖。
可以看出，預(yù)應(yīng)力梁張拉完以后，全斷面是受壓的，受壓的混凝土是不可能產(chǎn)生裂縫的，除非壓壞了。
正常工作階段，也就是有了荷載以后，受力模式圖如下，梁底出現(xiàn)了拉應(yīng)力，但在允許范圍內(nèi)，不會開裂：
隨著壓力繼續(xù)增大，超載了，或是量的承載力不足，則出現(xiàn)以下情形：底部開裂
這是不允許的。
從以上的分析可以看出，所謂A類構(gòu)件不允許出現(xiàn)裂縫，指的是梁底在運營階段不允許，也就是對于成橋而言，不適于還在梁場的構(gòu)件，因為這意味著承載力不夠，就要出現(xiàn)安全事故了。
還在應(yīng)用的《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范JTG-H11-2004》規(guī)定的橋梁裂縫最大限值。
也可以看到，這裂縫要求是對橋梁養(yǎng)護(hù)的要求。
那么，對于預(yù)制場的梁怎么要求呢？
首先要明確的是，現(xiàn)場的梁在張拉前肯定不適于預(yù)應(yīng)力規(guī)范。
發(fā)達(dá)國家經(jīng)過幾十年的發(fā)展，到了20世紀(jì)80年代初，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫寬度限值的確定原則已達(dá)成共識：第一個原則是在使用荷載作用下，鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度不致引起鋼筋的嚴(yán)重銹蝕，降低結(jié)構(gòu)的耐久性；第二個原則是構(gòu)件表面裂縫的寬度不應(yīng)損害結(jié)構(gòu)的外觀，引起使用者的驚恐和不安。調(diào)查研究表明寬度為0.4～0.5mm的混凝土裂縫寬度是一般人可以接受的。
我國規(guī)范在2000年以后對普通混凝土不同的規(guī)范要求如下：單位mm
規(guī)范
年平均相對濕度
TB1005-2010
JTG D62-2004
CCES 01-2004
GB/T50476-2008
GB50010-2010
JTJ275-2000
長期干燥
小于60%
0.2
0.2
0.4
0.4
0.2
0.2
中等濕度
60%～90%
0.2
0.2
0.3
0.3
0.2
0.2
潮濕，極少干燥
90%以上，長期與水接觸
0.2
0.2
0.3
0.3
0.2
0.2
永久潮濕
永久處于水下，100%
0.2
0.2
0.3
0.3
0.2
0.3
干濕交替
與水并非長期接觸
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.25
90年代后國外規(guī)范要求如下：單位mm
規(guī)范
年平均相對濕度
ACI318-99
CEB-FIP(1990)
BS8110-2:1985
NS3473.E（2004）
EN 1992-1-1：2003(E)
EN1992-2:2002
長期干燥
小于60%
0.4
0.3
0.3
0.4
0.4
0.3
中等濕度
60%～90%
0.4
0.3
0.3
0.4
0.3
0.3
潮濕，極少干燥
90%以上，長期與水接觸
0.4
0.3
0.3
0.4
0.3
0.3
永久潮濕
永久處于水下，100%
0.4
0.3
0.3
0.4
0.4
0.3
干濕交替
與水并非長期接觸
0.4
0.3
0.3
0.4
0.3
0.3
美國規(guī)范ACI138規(guī)范自1999年版開始取消了以往室內(nèi)、室外區(qū)別對待裂縫寬度允許值的做法，認(rèn)為在一般的大氣環(huán)境條件下，裂縫寬度控制并無特別意義，但也做了0.4的要求；歐盟規(guī)范EN1992-1.1認(rèn)為“只要裂縫不削弱結(jié)構(gòu)功能，可以不對其加以任何控制”，“對于干燥或永久潮濕環(huán)境，裂縫控制僅保證可接受的外觀；若無外觀條件，0.4mm的限值可以放寬”。
這里再明確下：所謂裂縫的要求，不是要不要廢，而是要不要修！??！
對于我們前面提到的預(yù)應(yīng)力梁而言，上部的裂縫是允許的，而且前面已經(jīng)分析，加載預(yù)應(yīng)力后，基本全斷面受壓，不再有裂縫。更何況，雖然產(chǎn)生裂縫，與受力方向是垂直的，并不影響結(jié)構(gòu)的傳力路徑！已故陳蔚凡老先生曾做過一個實驗：把混凝土試件劈裂后再放一起，做抗壓實驗，發(fā)現(xiàn)對抗壓強度基本沒明顯影響，這也說明，在傳力路徑不變的情況下，裂縫并不明顯降低承載力！
上部帶裂縫的預(yù)應(yīng)力梁肯定要盡量避免，但從承載角度，可以繼續(xù)使用！
這個工程出現(xiàn)了很詭異的一幕：施工單位不懂規(guī)范、業(yè)主不懂規(guī)范、監(jiān)理單位不懂規(guī)范、質(zhì)監(jiān)部門不懂規(guī)范、專家亂用規(guī)范，造成八十萬白白損失！
一點感悟就是：
病害診斷就像中醫(yī)出診，不了解藥效藥理千萬別亂下虎狼藥，下了藥即便不能起死回生也得人畜無害！
必須掌握相關(guān)規(guī)范要求和來龍去脈，不可望文生義！
裂縫應(yīng)該最大限度采取措施避免，但切勿談縫色變、見縫就廢，分清原因，一廢了之是不負(fù)責(zé)任的，社會資源巨大浪費，可惜呀?。?！
以后翻看了我文章避免損失的，別忘了請我喝酒喲
（待續(xù)）
轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系原作者獲取授權(quán)，同時請注明本文來自聞寶聯(lián)科學(xué)網(wǎng)博客。
鏈接地址：
http://blog.sciencenet.cn/blog-1152260-1077580.html 上一篇：
關(guān)于混凝土-我的幾點感悟（九）
