写字楼建筑结构设计外文翻译资料

 2022-08-30 14:46:42

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力,良好的保湿措施能很好的控制缩水。为了让钢筋混凝土在冷天里不至于温度过低,混合水,有时连集料也要加热、温度绝缘材料,特殊的掺合剂也会用到。当空气温度很低时,外热必须被隔绝在温度绝缘材料之外。

2.6质量控制

对于像构造钢和加强钢这样的铸造材料的型号,是被工厂确定的,它们必须遵循严格的品质控制,一般是相关的ASTM(美国材料试验协会)标准指定的。相反,钢筋混凝土是在工地区域制成的,他的最终品质会被一系列的因素影响,这已经被简要的讨论过。因此,建筑场所的必须有系统的品质调研。

钢筋混凝土结构的一个主要指标是他的耐压强度。这个参量的测试是用一个高度是直径两倍的圆筒状的样品,通常是6*12。这样大小的不可渗透的模子装满了静工地作业的指定的ASTM C172,“抽样新鲜混凝土的标准方法,”以及ASTM C31,“现场制作和矫正混凝土试验样本的标准行为。”这个圆筒在大约70F的保湿状态下28天,然后再实验室用特定速率的荷载进行测试。这个筒状体在这个实验中可测得的耐压强度fc刺,也是我们试验的主要参量。

为了使得结构安全,连续控制用来保证钢筋混凝土的强度布置符合设计者的预计时很有必要的。ACI规范指定一对筒形试样的每120立方码混凝土或每5000立方英尺的表面都该测试,而且每天不小于一次。如2.4段所提及的,同一部分不同的批次的强度测试表现了不可避免的分散。这种分散能被更相近的控制减少,但试验结果偶尔低于圆筒设计指定的强度则是不可避免的。为了保证足够的混凝土强度尽管处于分散,ACI规范规定混凝土仍然属于合格只要:(1)没有独立的强度测试结果(一对筒形测试的平均值)比要求的fc刺低500帕斯卡以上(当fc刺小于等于5000帕斯卡)或者0.1fc刺以上(当fc刺大于5000帕斯卡)

(2)任意三个连续的测试的强度的算术平均大于等于fc刺。

很显然,如果混凝土是均衡的那么意味着强度刚好等于我们要求的强度fc刺,它不能通过这些质量要求,因为半数的强度测试会低于要求的fc刺。因此很有必要使混凝土均衡以此达到强度fcr刺,一个用来选择合适的均衡的参数,充分的超过要求的设计强度fc刺来保证满足上述两引论。因为分散试验的随机性,强度必须超过fc刺的最小量的要求只能用合适的方法来确定。通过数据分析导出的要求被用于工厂生产的均衡的混凝土,因此通常施工现场的强度缺陷是偏低的。

这些要求的的基准如图2.2,三条普通频率曲线显示了强度测试结果的分布。指定的设计强度是fc刺。这曲线符合三种不同程度的质量控制,曲线A表示最优控制,最高的集中度,而曲线C为最差控制,有着最高的分散度。控制的程度用标准偏差来度量。西格玛(西格玛a表示曲线A,西格玛b表示曲线B,西格玛c表示曲线C)显然A相对较小而C相对较大。这三种分布强度小于指定参数fc刺的的可能性一样大,他们都有相同比例的低于左边fc刺曲线。对于任意的曲线分布,这个部分都是被指数贝塔s决定的,一个用于标准偏差西格玛的乘数。2.2图中三中分布的贝塔s都是相同的。可以看到,为了满足上述要求,说100个试验里有一个强度低于fc刺(通过参数贝塔s来决定),那么对于有着最好的质量控制的A厂家的特征强度fcr刺要比控制差的C厂家更接近指定的强度fc刺。

图2.2 不同设计强度fc刺在不同程度控制下的平均强度频率曲线

在这些研究的基础上,ACI规范要求混凝土生产设备通过从特定的设备上的标准偏差来确定。它规定了对于选定的均衡混凝土要求的平均强度fcr刺的最小值,这个值一定要超过指定的设计强度fc刺,取决于下列的标准偏差:

fcr刺=fc刺 1.34西格玛 (2.1)

或者 fcr刺=fc刺 2.33西格玛-500 对于fc刺小于等于5000帕斯卡 (2.2a)

fcr刺=0.9fc刺 2.33西格玛 对于fc刺大于5000帕斯卡 (2.2b)

方程(2.1)表明了三个试验连续的测试平均值中100个有一个值低于fc刺的可能性。方程(2.2a)和(2.2b)表明了独立强度测试中100次中又一次测量值比指定的fc刺低200帕斯卡以上(fc刺不大于5000帕斯卡)或者低于0.9fc刺(fc刺大于5000帕斯卡)的可能性。如果没有足够的混凝土生产记录,根据ACI规范,那么平均强度一定要超过fc刺:至少1000帕斯卡(fc刺小于3000帕斯卡);至少1200帕斯卡(fc刺大于3000帕小于5000帕);0.1fc刺 700帕斯卡(当fc刺大于5000帕斯卡)。

可以看到这种控制方法发现的事实是偶尔有缺陷的一组是不可避免的。这个现象让(1)小概率的强度缺陷随着束缚降低可能大到引发一场大危机而(2)同样的小概略在相当大部分的建筑中,正如三个连续强度测试所显示的将由低标准的混凝土组成。

除了科学进步,建筑在普遍意义上,混凝土在特殊意义下,保持了一些艺术元素;它们取决于很多技巧和无法估量的事物。系统检查保证计划,规格,和最终建城尽可能近的相关性是当前的一大任务。建筑检查由电脑工程师来担任,比生产工程师或者设计工程师来的的要好。检查者的检查材料品质控制的步骤是抽烟,试验,和材料场地测试;控制混凝土均衡,检查每一批混合,调查,安置,压实,保养,检查试验测试准备的样品。另外检查者要检查边界,建筑模子材料,加强钢筋,以及和工作进度相关的物品对所有检查的事物保持记录,以及准备阶段性报告通过检查达到优良和更好的质量再重要不过了。

这个简要的关混凝土技术仅仅是这个重要课题的大纲。任何人在生产和安置混凝土的细节的熟练度上花更深的功夫。

2.7附加剂

除了混凝土的主要组成,附加剂也常常用来提高混凝土的表现。有的附加剂用来加速或者延迟凝结和硬化,有的可提高可加工性,有的则是提高强度,或者耐久度,还有的可减少渗透率,增强部分的传导性。特定的附加剂用处大概就这些,化学添加剂应该符合ASTM C494“混凝土化学添加剂标准规格”的要求。

空气引入剂可能是现阶段最常用的附加剂了。它们让周围的空气进入混凝土产生离散的气泡,这样能提高混凝土的可加工性和耐久度(特别是在冻结和解冻时的抵抗力),以及减少安放时的分离度。它有着更低的密度因为增高的空隙比,因此强度也有所降低;然而这种降低在不影响耐久度的情况下减少混合水的量部分抵消掉。这种气泡混凝土主要用在人行道上,但他们也能用在建筑上,特别是暴露的部分。(ref.2.13)

加速附加剂通常用来减少凝结时间以及加速混凝土初凝时的强度增强。氯化钙是因为其性价比而成为最广泛应用的加速剂。但它不能用在预应力混凝土中,潮湿环境下的加强钢筋混凝土也该谨慎使用,因为它对钢铁腐蚀的增强作用。Nonchloride这种无腐蚀性的加速剂可以被使用。

凝结延迟剂最初用于抵消高环境温度对混凝土凝结的加速作用以及保持混凝土在安置期间的可塑性。这有利于消除在形成偏移中的裂化也保证混凝土足够长的可加工时间而在运送期间也不需要冷却关节。

确定的有组织和无组织复合物用来减少混凝土需水量到一定程度。这种复合物被称为增塑剂。水需求的减少会导致水灰比的减少对于一个给定的下跌和水泥含量。或者更高的下跌和相同的水灰比与水泥含量。增塑剂通过减少在水泥浆的细小颗粒间的作用力来增加水泥浆的流动性。高程度的减水附加剂,或者说强效增塑剂,通常用于生产有着极低水灰比的高强度混凝土(件2.12段)用于合适地点下跌需求的混凝土紧束状态。它们也用于生产传统水灰比下的可流动混凝土。强效增塑剂不同于传统的减水附加剂是因为它们在高含量下也不会效用也不会降低;因此它们可以大量使用而没有严重的延缓水化(见2.12,2.14和2.15)。减水附加剂和不同的水泥组合有着不同的效果,效果也和水灰比,混合温度,环境温度和其他工作条件有关,这需要更多的试验。

煤灰和硅灰作为火山灰材料,和氢化钙组合的高活性的硅,可溶化的水化水泥产品可形成硅酸钙的氢氧化物和不可溶的水泥水化产物。火山灰作为合格的矿物附加剂,用于代替混凝土混合中的部分波特兰水泥。煤灰,如在ASTM C618规定的“煤灰和未加工的天然火山灰作为混凝土中矿物附加剂的标准规格,”促成了静电成为煤电厂废气的副产品。它们被很好的分离并与其氢氧化钙在湿润环境下反应形成黏性材料。这更倾向于在28天内提高混凝土的强度。硅灰,如ASTM C1240规定,“硅灰作为一种矿物附加剂在水化水泥混凝土,砂浆,水泥浆中的使用标准规格,”是电弧焚化炉的硅铁合金和其他硅合金的副产品。它可以搞纯度的分离而且和波特兰水泥组合后具有相当黏性。与煤灰不同,硅灰的主要作用是在水泥凝结第3天到28天期间获得更高强度。煤灰和硅灰,特别是后者,在生产高强度混凝土中变得越来越重要(见2.12段)。不管是硅灰煤灰分开用,或者一起用,通常影响到水胶材料比率而不是水灰比。这种典型在在高强度可能只有0.25,而通常在用的时候这个系数取为0.21(见2.16和2.17)。

2.8压缩性能

a.短期加载

建筑结构在荷载下的效应很大程度上取决于它材料所处的构件在这种受力情况下的应力应变关系。因为混凝土大多是承受压力,它的受压应力应变曲线是主要考察方向。这样的曲线这个曲线通过在圆筒状样件的两端的压力测试(2.6段)或者在梁的受压测测量来测得。图2.3显示了典型的保养了28天的普通密度混凝土的在缓慢的单轴受压加载时的图像,图2.4显示了相应的密度为100pcf轻质混凝土的图像。

图2.3 普通密度混凝土(wc=145pcf)受压下的应力应变曲线(左)

图2.4 轻质混凝土(wc=100pcf)受压下的应力应变曲线(右)

这些曲线都有着相似的行为。它们由这些部分组成:最初应力应变几乎成比例的弹性直线部分,然后曲线逐渐平缓,达到最大应力,也就是受压强度,在普通密度混凝土上出现在应变为0.002到0.003的区间,对于轻质混凝土则出现在0.003到0.0035的区间(见2.18和2.19),

最大应力时的应变点越大则对应着更高的受压强度。所有的曲线在达到最高应力时开始下降;然而在最高应力之后的曲线行为很大程度上取决于测试的方式。当筒状体的抗力开始减少时如果用一个特殊的加载方式保证应变变化的均匀性,我们就获得了一个稳定的下降部分曲线(见2.2)在这种下降的情形下,过了最高点去荷载一定要快。特别是高强度的混凝土,它们通常比低强度的混凝土易碎。

在目前的情形看,这种普通密度的现浇钢筋混凝土的受压强度fc刺通常在三千到五千帕斯卡,而预制的预应力钢筋混凝土能达到8000帕斯卡。轻型钢筋混凝土的强度通常比上述数要小一些。对于受压强度fc刺超过15000帕斯卡的的高强度混凝土使用得越来越频繁,特别是在高层钢筋混凝土建筑的大荷载部分或者大跨度桥梁(大多是预应力)上,在这儿极小的截面尺寸能有效减少静荷载。

弹性系数Ec(单位帕斯卡),就是初始应力应变曲线的直线部分的斜率,随着钢筋混凝土强度的增大而增大。对于强度达到6000帕斯卡的混凝土,在ACI规范上提供了经验公式来精确的计算出来:

Ec=33*(wc^1.5)*(fc刺^0.5) (2.3)

这里wc坚硬的钢筋混凝土的单位质量,单位是pcf。fc刺是强度单位psi。公式(2.3)是通过测试密度从90到155pcf钢混结构得到。对于普通的砂石混凝土密度为145pcf,Ec可表示为

Ec=57000*(fc刺^0.5) (2.4)

对于受压强度在6000psi到12000psi,ACI规范可能高估了在正常密度和轻质混凝土刚度Ec大约20%。卡耐尔大学的研究(见2.18和2.19)推荐了下述公式,适用于在普通密度钢筋混凝土受压强度3000到12000psi或者轻质混凝土强度在3000到9000psi:

Ec=(40000*(fc刺^0.5) 1000000)(wc/145)^1.5 (2.5)

这些参数和单位都包括在ACI规范里。当使用粗集料的高弹性模量时,Eq可能是Ec的一个低估。因此在这种情况下Ec是一个关键的设计标准,他应该测量的出而不是用Eq估计。(2.3),(2.4),或(2.5).

我们一直讨论的钢筋混凝土强度性能情况都是用养护28天的试样采集的,然而水泥变成水合物,钢筋混凝土也一直在变硬。在远超过这个阶段它的变化速率降低。图2.5显示了用一号水泥(普通)和二号水泥(速凝)随着时间变化的强度获得曲线,每个曲线都遵循了28天受压强度基本稳定的结论。速凝结水泥在早期强度增长更快,虽然在接下来的时期强度变化相应的变慢了。三号水泥制成的钢筋混凝土通常是在预制厂制成,达到最高强度是在第7天,而不是第28天。

这里需要提及的是应力应变曲线的图像的形状,对于都是圆柱状的不同混凝土,甚至是同样的钢筋混凝土在在不同的荷载状况下,都有不同的值得考虑的。关于这的一个例子如图2.6,同一混凝土的不同标本在不同速率的加载状况下,从相应较快的加载(每分钟0.001)到一个极为缓慢的加载速率(0.001每100天)。可以看曲线的下降部分,在高速加载情况下显示了材料内部的解体。同样我们看到曲线的顶端,高速加载的到的最大应力时对应的应变,要小于缓慢加在时所对应的。

在一个方向受压时,钢筋混凝土型其他材料一样,在受压应力的横向扩张。横向变化和纵向变化的比就是我们所知的泊松比,他取决于强度,混凝土组成和其他的因素。在压力小于大约0.7fc刺,混凝土的泊松比下降在到0.15到0.2.

图2.5钢筋混凝土在适宜环境下抗压强度fc刺随时间变化图(引自2.21)

图2.6钢筋混凝土在不同的受压压力改变速率下的力位移曲线(引自2.22)

b,长期荷载

对于一些工程材料,像钢,至少在一般的压力变化速率,温度,或者其

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