中国科技期刊数据库 工业C
节段预制箱梁中钢筋保护层厚度的控制
刘夫灵
中铁十五局集团第四工程有限公司，河南 郑州 450000
摘要：在公路工程项目中，钢筋保护层的厚度是铁路信誉评价中节段预制箱梁评价中的重要内容之一，本文就对钢筋保护层在公路预制箱梁中的作用，和如何对其进行有效的控制厚度进行深入的讨论。 关键词：节段预制箱梁；钢筋保护措施；厚度控制 中图分类号：U445.47 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)60-0255-02
1 钢筋保护层定义及作用
简述钢筋保护层，必须先说说钢筋混凝土。钢筋和混凝土在建筑工程中已经成了不可分割的孪生兄弟，从材料的物理力学性能来分析，钢筋具有较强的抗拉、抗压强度，其塑性、可焊性、耐火性都有一定的要求。而混凝土只具有较高的抗压强度，抗拉强度很低。但两者的弹性模量较接近，还有较好的粘结力，这样既发挥了各自的受力性能，又能很好地协调工作，共同承担结构构件所承受的外部荷载。
纵向受力钢筋的外表面到截面边缘的垂直距离，称为钢筋保护层厚度，用c表示。
钢筋保护层有以下作用：
（1）保护纵向钢筋不被锈蚀；
（2）在火灾等的情况下，使钢筋的温度上升缓慢； （3）使纵向钢筋与混凝土有较好的粘结。 2 钢筋保护层厚度不合格的原因分析
在预制箱梁施工中，由于施工工艺的影响造成钢筋保护厚度整体布局不均匀。造成公路桥梁钢筋保护层厚度不合格主要有以下原因：
2.1 钢筋加工安装原因
保护层厚度在施工过程中反映为钢筋与模板的距离。因此，钢筋的骨架几何尺寸直接影响成型后的保护层厚度。钢筋骨架定型措施控制不严，或者在钢筋骨架加工过程中，加强筋支撑不牢偏斜或受热变形，致使钢筋骨架横截面尺寸不符合要求，从而导致钢筋保护层厚度不合格。
2.2钢筋帮扎原因
钢筋骨架的腹板水平筋有波浪形现象，造成腹板保护层忽高忽低，降低了合格率。针对此问题，我们加强绑扎质量，增加扎丝绑扎密度，做到扎丝50﹪的绑扎覆盖率，程梅花形布置，并绑扎牢固，努力做到横向筋水平、竖向筋竖直，确保骨架整体牢固。另扎丝的接头朝向方向不规则，我们规定扎丝的绑扎口全部弯曲到钢筋骨架里面，降低因扎丝的接头原因影响保护层合格率。
2.3 模板安装质量原因
模板的几何尺寸直接影响成型后结构物的尺寸，模板的尺寸与钢筋骨架的尺寸及平面位置共同决定了保护层厚度。模板整体刚度不足造成变形、安装不牢固等也对钢筋保护层厚度有所影响。
2.4 施工过程控制原因
混凝土施工过程中的振捣控制，若在混凝土振捣过程中有操作不规范、振动棒功率过大，造成垫块松动、移位、脱落，都对合格率有影响。我标段对此问题，振捣时振捣棒距外模确保至少有5cm距离，并统一使用D30振捣棒，规范作业。
3 钢筋保护层厚度的确定
钢筋保护层的厚度怎么确定呢？从双筋矩形截面受弯构件的正截面受弯承载力计算上看。如图1：
2个使用条件： x≤h0εb和x≥2as
εb 为界限相对受压区高度； h0为截面有效高度，h0= h-as；
as为纵向钢筋合力点到截面受拉边缘的距离，as=c+r； r 为纵向受力钢筋半径；
由对受拉钢筋合力点取矩的力矩平衡条件，可得 M≤Mu=a1fcbx(h0-x/2)+fy'AS'(h0-as') fc 为轴心抗压混凝土强度设计值； fy' 为钢筋强度设计值；
AS' 为纵向受压钢筋的总截面面积。
图1
3.1 从这个力矩方程可以看出
钢筋保护层 c 过厚，即 h0、ho-as' 减小，截面受弯承载力将降低；相反，c 过小，即受拉的钢筋离受压区越远，Mu越大。所以一般来看，钢筋混凝土受拉钢筋总是受压区混凝土的边缘。然而不是钢筋保护层 c 越小越好，当钢筋保护层过小时，会出现下列情况：
（1）钢筋混凝土构件中钢筋的主要成分铁在常温下很容易被氧化，尤其在高温或潮湿的环境中。
铁锈的化学过程为：4Fe+3O2+xH2O=2Fe2O3²xH2O ，特别是在有海水的环境下，钢筋的主要成分铁易被海水的气态电离，电离的化学过程为：Fe-3e→Fe3+；
2H2O+O2+4e→4OH-；
Fe3++3OH-→Fe（OH）3↓
致使铁的表面有一层红褐色的锈蚀，大大减低了钢筋的各种性能。
（2）钢筋混凝土构件的保护层过小容易在施工时造成钢筋露筋或钢筋混凝土构件受力时表面混凝土剥落。
（3）随着时间的推移，钢筋混凝土构件表面的混凝土将逐渐碳化。混凝土的碳化，是指环境中的 CO2和 H2O 与混凝土内水泥石中的Ca（OH）2反应，生成 CaCO3和 H2O，从而使混凝土出现碱度（也称中性化）的现象。碳化对混凝土的作用，利小弊多，由于中性化，使混凝土中的钢筋因失去碱性保护而锈蚀，碳化收缩会引起微细裂缝，使混凝土强度减低。
3.2 影响混凝土碳化的因素有：
（1）水泥品种：使用普通硅酸盐水泥要比使用早期硅
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低，同时存在较大的刚度偏心，建筑上部结构存在剧烈的扭转反应。
2 单塔楼中的扭转反应控制
针对单塔楼结构的扭转反应，需要根据规程中的要求对周期比和位移比进行严格控制。如果周期比和位移比无法进行有效的控制，则需要证明该建筑的结构及质量分布性较差，且其抗扭刚度较低。此时，需要根据具体要求不断调整结构。针对单塔楼的扭转反应的特性，在进行设计的时候，主要需要注意一下两方面的问题：
（1）针对建筑质量分布均匀、结构匀称，而周期比和移位比未达到规程要求的单塔楼结构，需要增加其抗扭刚度和抗侧刚度，并将周期比和移位比控制在规程的限值范围内。
（2）在非常紧密的联系，但是由于无法直接计算出建筑的偏心率，对此，一般通过基本振型的控制对偏心率进行间接计算，从而根据所计算得到的偏心率对建筑的周期比和移位比进行合理调整；第二种方法则是通过提升建筑结构的抗扭强度，将其周期比能够被控制在规程要求的限值范围内，同时通过调整偏心率，保证移位移比在合理范围内。
3 多塔楼中的扭转反应控制 （上接第 255 页） 酸盐水泥碳化稍快些，而使用掺混合材的水泥则比普通硅酸盐水泥碳化要快。
（2）水胶比：水胶比越小，碳化速度越慢。 4 钢筋保护层厚度控制措施 4.1 钢筋作业
（1）严格控制钢筋下料长度。下料前认真核对设计钢筋规格、级别及加工数量，无误后准确下料；钢筋因弯曲或弯钩影响长度，不能直接按照施工图纸尺寸进行下料，要按照混凝土保护层、钢筋弯曲、弯钩型式等计算确定下料长度。
（2）严格控制钢筋弯曲角度和位置。按照施工图纸在每截钢筋上准确标注弯曲部位，在选用合适的弯曲设备配件并在设备上标注弯曲角度。
（3）严格控制定位筋布置。根据设计文件要求，做好上下层钢筋（网）间定位筋的布置，如设计文件无要求，钢筋层（网）间可采用直径12mm的短钢筋，间距按80～100cm设置呈梅花形布置，防止因施工过程中钢筋本身变形移位及外力因素导致上下层钢筋（网）间距缩小，导致混凝土顶面保护层厚度过大。
4.2 保护层垫块
（1）保护层垫块采用专业厂家定制的高强机制砂浆或
目前，规程中针对多塔楼扭转反应控制的内容较少，因此，在进行多塔楼设计时，需要结合工程实际情况进行合理调整。根据多塔楼上部的连接形式可以将其分为两类：第一类是上部无连接的多塔楼，由于无法将其与单塔楼建立清楚的对应关系，因此难以对其周期比和移位比进行计算。而如果多塔楼存在刚性连接结构，则会使多塔楼之间形成真题的扭转振型效应，对于这类结构，需要将多塔楼结构看作一个较大的单塔楼结构来分析，以单塔楼计算方法对其周期比进行计算，确保计算结构的准确性。
4 结语
总之，对于高层建筑结构的扭转反应控制，需要减少质心与钢心的偏差，提高结构的抗扭刚度，同时，最重要的是对周期比和移位比的有效控制，从而实现对高层建筑结构的扭转反应的有效控制。
参考文献
[1]沈朝勇黄襄云，陈建秋,金建敏.错位转换高层建筑结构水平地震作用下的扭转反应研究2009。
[2]韩军.建筑结构扭转地震反应分析及抗扭设计方法研究[D].重庆大学，2009.
细石混凝土垫块，强度不低于结构物设计强度。施工前根据设计图及施工规范，对不同的工程部位，选择合适的保护层垫块，对于预制箱梁宜选用高强梅花型垫块。进场的垫块要对尺寸进行抽检，其厚度不应出现负误差，正误差应不大于1mm。
（2）定型砂浆垫块采用扎丝与骨架钢筋绑扎连接，绑扎应牢固，绑扎钢筋的铁丝丝头不应进入混凝土保护层内。垫块布置原则遵循每平方米不少于4个，垫块应互相错开、分散设置在钢筋与模板之间，但不应横贯混凝土保护层的全部截面进行设置。
5 结语
钢筋保护层的控制是一项复杂的工作，施工单位要在施工过程中不断完善工作的每一个环节，才能保证钢筋保护层厚度偏差检测中达到标准要求。
参考文献
[1]《铁路混凝土结果耐久性设计暂行规定》铁建设[2005]157 号
[2]《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》（铁建设［2005］160 号）
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