现在建筑加固中的材料老化很多都可以进行修复的。对已有混凝土结构进行修复的工作人员需要对老的混凝土和钢筋的设计值做一定的假设。最可靠的确定这些性质的方法是进行破损和非破损性的现场检测,但对于初步调查,这里提供的信息是有帮助的。
混凝土的强度被1910年的设计规定限制在2000lbf/in2。2000lbf/in2的混凝土一般根据1:2:4的比例混合制造,即:1份得水泥对2份得沙子和4份得骨料,都按体积计算(也许是按一铲量计算)。世纪之交的大量测试表明这样的混合物总能产出强度超过2000lbf/in2的混凝土。然而,现场混凝土的强度可能会因加了过量的水而被抵消——这是一点在当时没有被广泛人事到的小知识。这个时期的钢筋屈服强度,软钢筋30~50klbf/in2,硬钢筋50~60 klbf/in2。对于广泛应用的屈服点在35~40klbf/in2之间的钢筋,工作应力一般取12~14klbf/in2。
与之相比,在20世纪末期生产的现场浇筑的混凝土可以很容易地达到5000lbf/in2,甚至更高的强度,钢筋能够具有60klbf/in2甚至75klbf/in2的屈服强度。在1910~1990年间某个时期生产的混凝土,其强度很可能是在2000~5000lbf/in2之间。
表1列出1935年左右可以得到的等级钢筋,这些钢筋是建造于20世纪最初60多年里的许多建筑所特有的。如果不进行详细的调查,如例1所示,大约在1968年以前配置的钢筋可以被保守地推断最小屈服点为33klbf/in2的钢筋在一些卫生结构中的用作箍筋时仍然持续使用一段时间)
在对波士顿的一个地铁站进行修复的过程中(1917年),遇到了数种类型的钢筋。为了顾及已有混凝土可否承受新的荷载,需要检测7/8in直径的螺旋钢筋的屈服强度和抗拉强度。
由于不可能看到表1,设计者参考了那个时期的一些技术文献,根据1911年版的Sweet的样本,Inland钢铁公司生产屈服强度为50klbf/in2的热扭钢筋的设计屈服强度为50klbf/in2的热扭钢筋,根据ASTMA16—1935,热扭轨道钢筋的设计屈服强度为50klbf/in2。两个来源都指出抗拉强度为80 klbf/in2,已有钢筋也可能是冷扭的,这时的屈服强度55 klbf/in2(在冷妞钢筋中,屈服点犹豫冷拉作用得到了提高)。为保守起见,假设所使用的是热扭钢筋。
第二步,从结构中应力较小的部位取下钢筋样品在实验室中进行检测,确定实际的屈服强度为63 klbf/in2,实际抗拉强度为83 klbf/in2。
这个信息允许设计工程师用50 klbf/in2的屈服强度去验算已有的结构,而不是33 klbf/in2或40klbf/in2.较高的允许应力值允许已有结构继续服役,而不是以高昂的代价完全毁掉重建。如果说找到已有钢筋的屈服强度相对地比较直接,确定它们允许的粘接值或者锚固长度则可能比较困难。现代的规范只适用于“高粘接”的变形钢筋,这种钢筋只是1947年后所有工厂才开始生产,尽管此前已有供应。使用光面钢筋的混凝土和使用现代变形钢筋的混凝土的性能很不一样,由于没有可靠的方式在钢筋与混凝土间传递应力,整套精巧的钢筋混凝土性能理论都不能适用,该怎么办呢?
混凝土钢筋协会(CRSI)推荐如下方法分析老的钢筋,对1947年以前的各种钢筋,钢筋可以被认为50%有效。也可以将今天的规范规定的锚固长度增加一倍(并乘以现有屈服强度和表列屈服强度的比值)。比如,对于33级钢筋,可以再根据现代规范方法计算出60klbf/in2钢筋的锚固长度表的数值上加上10%。这种非常保守的方法的优点是它允许对老的钢筋进行估算而不管它们是光面的、变形的,还是扭曲的。一个很大的缺点是,如果已有建筑中的钢筋只被假设50%有效,已有的锚固和拼接长度也被假设得太短,多数这种建筑可能会被认定是不安全的。这种方法常常认为大于6号的钢筋的搭接是低效的。
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