工程案例(6)

案例3-2 预应力屋架混凝土强度事故

关键词：预应力屋架、后张法、混凝土强度、施工

某单层工业厂房，跨度18m，采用预应力混凝土拱形屋架，混凝土设计强度等级为C38。设计要求混凝土达到100％的强度时，方可进行预应力张拉。施工时，构件平放屋架采用三重叠生产，差不多4d可完成一榀屋架的支模，绑扎非预应力钢筋和浇注混凝土工序。混凝土浇注完毕、自然养护28d以后，施工单位开始穿筋、张拉预应力，孔道灌浆。完成第一榀屋架的预应力工序时，发现屋架下弦在距端部3.5m被压酥破坏，而上弦在多处有折断裂缝。 原因分析:

设计图纸是广为应用的标准图，设计计算应无问题。施工质量也不应该认为是粗糙、马虎的，施工记录齐全。但检查预留试块的强度时，当时龄期已达33d，但其抗压强度只达24.7N/mm2，仅为设计强度的65％，按此强度计算，屋架强度不足，因而导致破坏。为什么自然养护已超过28d还没有达到足够的强度。检查施工现场的水泥、骨料、砂子及压碎的混凝土。—般均属正常，仅在石子表面发现有一些白色粉末，有的淋水后成糊状物粘在石子上。经检验分析，这是以红锌矿ZnO为主要成分的粉末。ZnO是哪里来的呢？经查证这是运送石料的码头上曾堆放过某化工厂的原料，但因有散包，吊装时白色粉末飘洒在石子堆上，由于ZnO粉末进入混凝土后，水化形成Zn(OH)2，这是一种较弱的两性氢氧化物。在水泥浆的碱性环境中则呈弱酸状态，与水泥水化物中的氢氧化钙发生反应，产生酸式锌钙酸Ca(HZnO2)2，它附在Ca(OH)2表面，阻碍晶体的发育，导致水泥水化速度碱缓，加上当时气温偏低，使混凝土强度增长缓慢。 处理意见：

已坏的屋架只能报废，另做一屋架补充。因混入ZnO不是很多，其余屋架经检查质量完好，只要待强度足够后仍可使用。

案例3-3 预应力混凝土V型折板塌落事故

关键词：预应力混凝土V型折板、混凝土保护层、锚固失效、耐久性 事故概况

某车站于1987年建成三座灯桥，每座灯桥8个孔，灯桥跨越铁路，桥下可

停火车和其他车辆。其剖面如图(a)所示。桥面横梁为V型折板，是主要承重构件。V型折板上铺板仅起横向支撑作用，也起传递上部荷载的作用，如图(c)所示。横梁折板厚度35mm，跨度有18.5m与12.5m两种。12.5m跨V型折板每一片板配预应力主筋16 3，18.5m跨则配2l 3，混凝土设计强度为C40。折板与盖板以分布筋连接。架设拼装后灌注混凝土而连成整体。沿纵向每隔4～6m设一块三角形钢筋混凝土隔板与主筋焊接以增加横梁的整体性。灯桥横梁简支于立柱上端，支承长度400mm。

1990午11月7日，有一辆列车从灯桥下通过时，最东端的一孔灯桥折板横梁突然从一端塌落，并砸断了第二根立柱，从而连带第二孔横梁塌落，幸好该孔有一货车厢停放，大梁砸到车厢上后就阻住了，仅引起第三柱的倾斜而未引起更多的连续倒塌。 事故原因分析

车站已经使用10多年，一直很正常，为什么会突然塌落呢？经专家对原设计计算书的复核，其抗弯、抗剪、刚度、抗裂度等均可满足要求。现场查看，从倒塌的横梁端部可以看到断口暴露的全部16根预应力主筋中最下部的12根其保护层仅1～3mm，表面锈斑凹坑密布；保护层为4～9mm的4根预应力筋锈蚀较轻，而保护层为9mm以上的上部7根钢筋，锈蚀轻微。距断口1m处因混凝土砸碎而暴露的主筋，保护层有9mm，钢筋基本没有锈蚀，混凝上握裹良好。在端部的保护层很薄的12根主筋因锈蚀严重其支座锚固力几乎完全丧失。在上部预应力筋丧失锚固的情况下，其预应力立即转化为对横梁支座以外截面的拉力，使横梁即使空载也会处于偏心受拉状态。在这种状态下，截面不能承受而破坏，由此可得出结论：V型折板横梁因部分预应力筋锚固失效而使受力状态性质发生转化而导致构件破坏，其具体原因一是保护层不足，折板厚35mm，在板内有主筋，又有钢丝绑扎的分布筋，加上结构长而薄，施工难免有些偏差，使35mm厚很难满足足够的保护层厚度。据追踪调查，当时施工时有相当一部分板的保护层仅1～3mm。二是环境影响。结构处于露天环境，V型折板结构本身易于积水，加之车站内机车放气，含有SO2、CO2 等有害气体，加速了混凝土的碳化进程，导致钢筋逐渐锈蚀，锈蚀筋体积胀大，将周围混凝土挤碎，预应力筋在松散的混凝土中失去锚固力。结构在濒危状态时，受到通车时的振动，造成横梁塌落。三是折板

很薄，浇注混凝土时采用粗砂代替小豆石，造成混凝土强度不够，密实性差，易裂缝，抗渗性差，这也加速了横梁中钢筋锈蚀。

案例3-4 钢筋混凝土屋架加固工程案例

关键词：厂房的钢筋混凝土屋架、多次加固

某铸钢车间长108m、跨度18m，伸缩缝将车间分为两部分，东半部为电炉冶炼区，西半部为造型浇铸区。该车间采用原黑色冶金设计院的 普通钢筋混凝土梯形屋架。1959年建成后，由于施工质量差，在投产前由于混凝土开裂，对屋架下弦两侧采用各加设 钢筋，在屋架端头采用螺母紧固的方法进行简易加固。1967年发现16榀屋架有57条裂缝，最大裂缝宽度为0.5mm，裂缝主要分布在下弦节点两侧及斜拉腹杆上。于是又进行了第二次加固，加固方法是：将下弦的加固钢筋改为 下沉式预应力筋加固，同时在斜拉腹杆两侧增设 钢筋并以螺丝旋紧张拉加固。

10年后发现裂缝又增加许多，尤其是下弦杆裂缝不仅多，而且多数是从弦杆顶面及侧面的上半部开裂。1980年决定进行第三次加固，加固前对杆件开裂的原因进行了分析、进行屋架足尺模型试验并对加固后的屋架内力进行计算。 1． 屋架杆件开裂原因分析：

1） 下弦杆断面偏小（仅200mm×200mm），采用排筋形式配筋，造成承载力先天不足；由于钢筋集中在轴线处，上下部分成为无筋混凝土，一旦受到偏心拉力作用就会形成较大裂缝。

2） 原下弦杆第一次采用直线式加固，第二次采用下沉式加固，加固后裂缝

反而增多，表明预应力筋的拉力作用线偏离下弦轴线；预应力筋在下沉点弯折，产生向上的作用力，未通过各杆的交点；下沉支点处采用槽钢，，与预应力筋之间的摩擦力阻碍了预应力筋的滑动，造成预应力筋在下沉点两侧的拉应力不相等，产生拉力差，使混凝土杆件受到由预应力筋的拉力差产生的弯距。导致弦杆上面受拉下面受压，或上面的拉应力大于下面的拉应力，导致开裂由顶面发生。总之，采用排筋形式配筋，对偏心力的影响较为敏感，其下弦杆加固时，宜采用直线式；若采用下沉式，支点应光滑，使预应力筋滑动不受阻碍，且向上反力的作用线应通过各杆的交点。 2． 原加固方案分析及试验结论：

理论计算表明：原上弦杆第一节间的承载力及抗裂性均明显不足，其余节间基本满足要求；下弦杆未加固时，承载力仅为设计值的80%，加固后承载力及抗裂性基本满足设计要求；原腹杆，除第一根斜拉腹杆承载力不足外，其余均满足要求，加固后均满足设计要求。

足尺模型试验表明：屋面荷载变化时下弦杆及预应力筋的内力均发生变化，斜拉杆及后加拉筋内力也有变化。证明第二次加固是有效的，加固后的新旧杆件能够协同工作。 3． 加固方案：

考虑上述分析结果以及高温影响，东部采用绑贴钢屋架双重体系加固；西半部在原加固的基础上采用补充与完善的方案。即：

1） 上弦第一节间增设斜撑杆，改善传力路线；增设角钢托梁及斜撑杆加固第一节间；用型钢套补强端部竖杆。

2） 原下弦杆开裂严重，但承载力已经满足要求，因此仅在预应力筋的锚固槽钢内压塞C30级混凝土，防止锚固板变形影响预应力筋的受力。

3） 由于上弦第一节间增设斜撑杆，导致第二节间安全度降低，采用型钢围套法进行加强。

4） 将其它受拉腹杆预应力筋的螺帽逐一拧紧。

荷载、材料工程案例:

案例4-1 过多添加膨胀剂引起混凝土崩裂

关键词：游泳池底板底板混凝土、膨胀剂、混凝土强度、施工

某地修建游泳池，底板采用180mm厚的混凝土，为防止龟裂，添加了硫铝酸钙类膨胀剂。施工期间在夏天，浇筑、养护均按正常工序进行。半个月以后，有一天下了大雨，游泳池被水泡了。第二天，发现有7m×6m范围内混凝土表层成粉末状态，就像泡水的面包成酥松状态。

经检查，其他部分的混凝土没有破损，就只有这一局部有问题。据施工人员回忆，有两盘混凝土搅拌时多加了膨胀剂。一般膨胀剂添加量为混凝土重量的6％～12％是合适的。 当时有二盘加到了16％还多一点，当时认为就费点料，质量会更好。实际上，添加膨胀剂超过12％时，混凝土强度会急剧下降。施工正值夏天，天气无雨而干燥，膨胀剂多了未完全水化掉。两周以后，下雨淋湿了，膨胀剂与雨水反应膨胀，就使混凝土酥松了。

可见加膨胀剂不是越多越好，一定要适量。本例处理：将7m×6m范围内酥松混凝土全部凿掉，清理干净后重新浇筑微膨胀混凝土，并精心湿润养护一周。修补后未再发现问题。

案例4-2 某厂房混凝土地面问题的分析案例

关键词：厂房的混凝土地面、混凝土开裂、混凝土强度、施工 1．工程概况

某外企新建车间为单层轻钢结构，采用混凝土地面，建成但尚未投入使用。设备安装期间发现伸缩缝两侧混凝土地面产生较大的上下变形。建设方认为是地基承载力不足造成的，与设计方对变形原因分歧很大。

设计情况：自下而上依次为：①素土分层夯实(后变更为石渣土分层压实)；②地瓜石垫层250厚夯实，M2.5水泥砂浆灌实；③C15混凝土100厚随捣随抹；④SBS防水卷材3mm厚，铺油毡一层(部分地面实际施工采用塑料篷布)；⑤C25混凝土150(250)厚，φ10@250钢筋网；⑥Sika干撒地面硬化剂(绿色)。 配筋地面仅150厚度的采用加肋板形式，等厚地面处设置伸缩缝，不等厚地面处设置沉降缝，除水沟、设备地沟、纵向伸缩缝和沉降缝外，其余地方钢筋不切断。在距离地面50处设置φ10@250钢筋网，地面切缝深度不大于40。纵横伸缩缝类型为平头缝，伸缩缝间不得放置隔离材料，必须彼此紧贴。 2．原因分析

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