在役廠房結(jié)構(gòu)耐久性評估

李健全

濟(jì)源市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站（459000）

0 引言

廠房結(jié)構(gòu)服役若干年后，不可避免地要受到各種耐久性損傷，造成結(jié)構(gòu)性能的退化，技術(shù)改造的舊有工業(yè)廠房的數(shù)量逐漸增多。為保證其正常生產(chǎn)運營，作為管理者自然關(guān)心廠房結(jié)構(gòu)的剩余使用壽命，以制定他們的使用計劃。所以，對舊有工業(yè)廠房進(jìn)行技術(shù)改造的研究不僅可節(jié)約投資，還可緩解日趨緊張的城市用地矛盾，具有很重要的現(xiàn)實意義。

1 在役廠房結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測方法研究

1.1 在役混凝土廠房結(jié)構(gòu)壽命評估標(biāo)準(zhǔn)

目前，對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的評估主要有以下幾種標(biāo)準(zhǔn)。

1）碳化壽命標(biāo)準(zhǔn)是以保護(hù)層混凝土碳化，從而失去對鋼筋的保護(hù)作用，使鋼筋開始產(chǎn)生銹蝕的時間作為混凝土結(jié)構(gòu)的壽命。到目前為止，基本上是以混凝土碳化深度達(dá)到鋼筋表面作為鋼筋開始銹蝕的標(biāo)志。

2）銹脹開裂壽命標(biāo)準(zhǔn)是以混凝土表面出現(xiàn)沿筋的銹脹裂縫所需時間作為結(jié)構(gòu)的使用壽命?；炷林械匿摻钿P蝕使混凝土縱裂以后，鋼筋銹蝕速度明顯加快，將這一界限視為危及結(jié)構(gòu)安全，需要維修加固的前兆。對于一般大氣環(huán)境，結(jié)構(gòu)構(gòu)件使用壽命T=t1+t2,其中,t1為混凝土保護(hù)層完全碳化、鋼筋脫鈍開始銹蝕的時間，t2為因鋼筋銹蝕發(fā)展導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到耐久性極限狀態(tài)的時間[1]。

3）承載力壽命標(biāo)準(zhǔn)是承載力壽命理論，是考慮鋼筋銹蝕等引起的抗力退化，以構(gòu)件的承載力降低到某一界限值作為耐久性極限狀態(tài)。對于一般混凝土廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以受力破壞作為判斷壽命終結(jié)的標(biāo)準(zhǔn)可能更合理一些[2]。

從圖1知，對混凝土廠房結(jié)構(gòu)耐久性破壞標(biāo)準(zhǔn)的合理選擇是進(jìn)行耐久性評估與壽命預(yù)測的重要前提，由于混凝土結(jié)構(gòu)的性能退化過程是一個極其復(fù)雜的演化過程，不僅取決于結(jié)構(gòu)本身，而且與其所處環(huán)境有著非常密切的關(guān)系。因此，并不存在一個規(guī)定不變的耐久性評估標(biāo)準(zhǔn),對不同類型的結(jié)構(gòu)、不同的使用環(huán)境等應(yīng)區(qū)別對待[3]。

圖1 結(jié)構(gòu)的使用壽命示意圖

1.2 在役混凝土廠房結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測分析

在役結(jié)構(gòu)的動態(tài)可靠指標(biāo)β*小于0.85β0時，GB50153-2008[4]認(rèn)為，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不滿足安全性和使用功能要求，需采取一定的處理措施后才能繼續(xù)使用。因此，可以將[β*]=0.85β0作為結(jié)構(gòu)壽命終止的標(biāo)志，表1計基準(zhǔn)期內(nèi)的目標(biāo)可靠指標(biāo)的取值給出安全耐久性可靠指標(biāo)的下限。

表1 安全耐久性失效時結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)[β＊]

2 在役廠房結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測評定

2.1 廠房結(jié)構(gòu)耐久性評估

1）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件

GB50144-2008[5]附錄B對大氣環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)耐久年限評估計算做了規(guī)定，對外觀要求一般的工業(yè)建筑物或允許出現(xiàn)銹脹裂縫或局部破損構(gòu)件，可將結(jié)構(gòu)性能退化作為耐久性失效的標(biāo)志，據(jù)此可對廠房結(jié)構(gòu)屋面板、屋面梁、吊車梁、柱等進(jìn)行評估，進(jìn)而耐久性評估基本數(shù)據(jù)如表2所示：

表2 耐久性評估影響系數(shù)

鋼筋開始銹蝕時間應(yīng)按下式計算:Hi=15.2·Kk·Kc·Km＝14.66；

結(jié)構(gòu)性能嚴(yán)重退化的時間按下式估算:tc1=B·Fc·Ff·Fd·Ft·Frh·Fm=47.75；

結(jié)構(gòu)性能嚴(yán)重退化的時間可按下式估算:Td=ti+tc1；

混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剩余耐久年限Tre按下式計算:Tre=td-to=12.42（年）；

由此可知:根據(jù)該廠房的使用歷史和現(xiàn)狀，基于可靠性檢測鑒定評估結(jié)果，建議處理完畢后下一個目標(biāo)使用年限為8年，其耐久性系數(shù)Kn在1.0～1.4之間,經(jīng)維護(hù)處理后,結(jié)構(gòu)的耐久性系數(shù)可達(dá)1.5以上。

2）地下室

混凝土小柱中的保護(hù)層厚度較小,容易碳化,導(dǎo)致鋼筋銹蝕。磚砌體在潮濕環(huán)境下耐久性能也較差。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果和GB50144-2008[5]附錄，以大面積鋼筋銹蝕剝落的夾板墻耐久性等級評為d級，為明顯損壞的夾板墻可評為b級。小范圍（面積小于1.0m2）損壞的夾板墻可評為c級。

2.2 提高耐久性措施

為保證該結(jié)構(gòu)下一個使用年限的要求，特提出如下改造措施:

1）對鑒定評為c級或d級的屋面板、預(yù)制混凝土柱、預(yù)制混凝土拱形屋架系統(tǒng)應(yīng)采取相應(yīng)的加固處理措施。

2）混凝土碳化深度大，耐久性不能滿足相應(yīng)國家規(guī)范要求，應(yīng)采取提高耐久性的措施，并定期對該廠房混凝土柱、屋架梁系統(tǒng)進(jìn)行檢查、維修。

3）對地下室影響結(jié)構(gòu)安全的混凝土構(gòu)件進(jìn)行相應(yīng)加固處理措施，包括銹蝕鋼筋的除銹、脫落混凝土的修補。

3 結(jié)語

1）針對本工程特點，其不僅局限于構(gòu)件或材料層次的研究，對結(jié)構(gòu)層次的壽命預(yù)測研究也涉及較多，通過實際調(diào)查檢測分析，結(jié)合工程實際經(jīng)驗，多因素評定其耐久性，對其耐久性項目也進(jìn)行了必要檢測，這些檢測項目的檢測對本工程的耐久性能評估提供了技術(shù)數(shù)據(jù)。

2）基于評估結(jié)果，結(jié)合剩余壽命預(yù)測理論，給出下一個目標(biāo)使用年限，評估結(jié)果表明其預(yù)測是可行的。

[1]金偉良.鋼筋混凝土構(gòu)件的均勻鋼筋銹脹機理研究[J].水力學(xué)報,2007(7):57～63.

[2]陳肇元,等.土建結(jié)構(gòu)工程的安全性與耐久性[J].建筑技術(shù),2002,33(4):248～253.

[3]牛荻濤.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性與壽命預(yù)測[M].北京:科學(xué)出版社,2003.

[4]GB50153-2008,工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社.

[5]GB50144-2008,工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國計劃出版社,2008.