混凝土梁板强度小偏差对承载力的影响分析

尼福尧

近年来建筑工程施工质量逐年提高,但个别混凝土构件强度达不到设计图纸要求的情况仍不能完全避免。这类问题牵扯了施工及监理人员的大量精力,甚至造成施工工期的大量延误。一般来说这类事件中小偏差发生的几率比较高,通常在一个强度等级以内。按照验收规范的规定:对于强度偏差较大,不能满足结构安全及使用功能的构件,必须进行返工重做或补强加固。对于强度偏差较小,经设计单位验算能够满足结构安全及使用功能的可以予以验收。那么这类强度小偏差构件对承载力的影响程度如何,本文以常见的梁板构件为例加以分析。

例一,混凝土现浇板,强度:C30,厚度:100 mm,受力筋:三级钢φ 10@100,强度降为C25后的承载力分析。

1)原设计承载力计算:

混凝土受压区高度:x=fyAs/fcb=360×78.5×10/(14.3×1 000)=19.8 mm。

设计弯矩承载力:M=fyAs(H0-x/2)=360×78.5×10×(80-19.8/2)=19.81 kN◦m。

2)强度降为C25后的承载力计算:

混凝土受压区高度:x1=fyAs/fc′b=360×78.5×10/(11.9×1 000)=23.7 mm。

设计弯矩承载力:M1=fyAs(H0-x1/2)=360×78.5×10×(80-23.7/2)=19.26 kN◦m。

弯矩承载力降低:(19.81-19.26)/19.81=2.78%。

3)强度降为C25后,若仍满足原设计承载力需配的钢筋面积:

混凝土受压区高度:x2=H0-(-2M/fc′b)0.5=24.6 mm。

需配的钢筋面积:As=fc′bx2/fy=11.9×1 000×24.6/360=813.2 mm2。

实际的配筋为φ 10@100,面积785 mm2与计算所需配筋面积的偏差为:(813.2-785)/813.2=3.5%。

例二,混凝土框架梁,强度:C30,截面:b×h=200×500,受力筋:三级钢3φ 22,面积:1 139.8 mm2,强度降为 C25后的承载力分析。

1)原设计承载力计算:

混凝土受压区高度:x=fyAs/fcb=360×1 139.8/(14.3×200)=143.5 mm。

设计弯矩承载力:M=fyAs(H0-x/2)=360×1 139.8×(465-143.5/2)=161.4 kN◦m。

2)强度降为C25后的承载力计算:

混凝土受压区高度:x1=fyAs/fc′b=360×1 139.8/(11.9×200)=172.4 mm。

设计弯矩承载力:M1=fyAs(H0-x1/2)=360×1 139.8×(465-172.4/2)=155.4 kN◦m。

弯矩承载力降低:(161.4-155.4)/161.4=3.7%。

3)强度降为C25后,若仍满足原设计承载力需配的钢筋面积:

混凝土受压区高度:x2=H0-(-2M/fc′b)0.5=465-(4652-2×161.4×106/11.9×200)0.5=181.1 mm。

需配的钢筋面积:As=fc′bx2/fy=11.9×200×181.1/360=1 197.3 mm2。

实际的配筋为1 139.8 mm2,与计算所需配筋面积的偏差为:(1 197.3-1 139.8)/1 197.3=4.8%。

以上是按照混凝土单筋截面计算的,若跨中截面考虑混凝土现浇板翼缘的影响,支座截面按双筋截面计算,混凝土强度降低对承载力的影响比上面的计算结果还要小一些。

1)上面的两例中,混凝土强度降低一个标号对承载力的降低及配筋偏差都在5%以内。由于设计所采用的钢筋强度设计值为强度标准值的90%,所以实际配筋面积比计算配筋面积少5%在设计中是允许的。

2)虽然上面算例中梁板构件的截面及配筋是比较常见的,但并不能由此得出所有梁板构件在强度降低一个等级的情况下对承载力的降低及配筋偏差都在5%以内的结论。况且有的情况下图纸中的配筋已经比设计计算值降了5%,所以发生强度不足事件必须由原设计单位进行校验,以确定是否进行补强加固或重新施工。

本文无意于降低对混凝土强度的重视,目的是让施工及监理人员对混凝土强度偏差的影响有一个直观的认识,明确对该类事件处理的途径,以避免人力、物力、工期的浪费。

[1] 谢咸颂,陶春才.影响混凝土强度的因素及控制措施[J].山西建筑,2008,34(23):167-168.