不銹鋼筋在橋梁中的應(yīng)用
最近Arup研究與發(fā)展機(jī)構(gòu)（AR&D）關(guān)于不銹鋼鋼筋在橋梁中應(yīng)用的報告。報告的目的是捉取初期工作研究結(jié)果的精華，成為適合于向公共普及的形式。
1、混凝土中鋼筋的腐蝕
目前人們已認(rèn)識到在某些暴露環(huán)境下，鋼筋混凝土的壽命并不像通常所期望的那樣長。這主要是由于暴露在大氣例如在海水／沿海環(huán)境或被公路除冰鹽污染的地方帶有氯化物的混凝土可能會發(fā)生污染。在這些環(huán)境中，氯化物在混凝土涉及的整個范圍遷移導(dǎo)致鋼筋在結(jié)構(gòu)的設(shè)計壽命之內(nèi)明顯腐蝕，從而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生問題并導(dǎo)致昂貴的維護(hù)費用。
從新結(jié)構(gòu)的設(shè)計和對受到腐蝕影響的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的補(bǔ)救工作這兩個方面開展了大量的研究，著手解決這個問題。然而，這些研究大多數(shù)趨向于不同程度地依靠改變鋼筋周圍的混凝土來解決問題，而不是選擇鋼筋材料，而這些材料在給定的環(huán)境中，本身就固有耐腐蝕性能。由于覺得使用這種鋼筋，尤其是不銹鋼鋼筋的前期費用高，所以在很大程度上影響使用耐腐蝕鋼筋對待這種腐蝕風(fēng)險。
然而，搞結(jié)構(gòu)的物主現(xiàn)在越來越意識到費用和使用壽命與對腐蝕程度的估計和進(jìn)行的補(bǔ)救工作有關(guān)，特別是對公路結(jié)構(gòu)。這種認(rèn)識導(dǎo)致重新對不銹鋼鋼筋的使用發(fā)生興趣，以便盡可能減小暴露于公路除冰鹽腐蝕環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的危險。
2、不銹鋼鋼筋使用的跟蹤記錄
不銹鋼鋼筋的使用并不新鮮，回溯至30年代末，在混凝土協(xié)會的技術(shù)報告中可以找到使用實例。除了這個跟蹤記錄以外，最近30多年來整個歐洲還進(jìn)了大量的理論和實際研究，這些研究大部分在歐盟腐蝕刊物中登載。最重要的研究項目與Pede-ferri同其合作者在意大利以及英國建筑研究機(jī)構(gòu)（BRE）進(jìn)行的工作有關(guān)。
意大利工作提供了對高pH值、高氯化物環(huán)境下不銹鋼耐腐蝕性能的詳細(xì)了解。論文說明常用的不銹鋼鋼種（1．4301和1．4401）可以比在土木工程結(jié)構(gòu)中遇到的混凝土典型pH值和氯化物含量高得多情況下保持鈍態(tài)和耐腐蝕性。
BRE的工作是在70年代初開始的，20多年內(nèi)進(jìn)行了一系列暴露試驗。澆注了各種不同類型鋼筋（包括許多不銹鋼）的混凝土試樣，暴露在英國許多預(yù)計發(fā)生碳鋼鋼筋腐蝕的地方，包括海岸和海水環(huán)境。在20多年中使用不同的間隔周期，收回混凝土試樣，撬開以檢查鋼筋，所報告的任何不銹鋼試樣沒有腐蝕。
最近，英國公路局（HA）將研究深入到不銹鋼的應(yīng)用，歸納為用于英國公路結(jié)構(gòu)的權(quán)威性指南發(fā)布。該指南由于一些原因使其成為重要的文件：
·它是來自歐洲政府組織對不銹鋼應(yīng)用的第一個官方指南。
·指南一次為不銹鋼鋼筋的使用和選擇提供了合理的方法。
·指南目的是對于只有存在重大腐蝕危害的這些結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的部件使用不銹鋼。
·雖然指南的目標(biāo)是英國公路結(jié)構(gòu)，但是所給出的研究可以很容易地應(yīng)用或適合于其他用途。
它參考了恥設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)BA57／01，以BS6744的2001年修正版為基礎(chǔ)。但是，發(fā)布BAS4／02的研究有兩個關(guān)鍵方面可能對不銹鋼的廣泛使用產(chǎn)生不便，因為這些因素對費用會產(chǎn)生影響，它們是
·缺乏在給定環(huán)境下選擇合適的不銹鋼材料的指導(dǎo)。
·缺乏對腐蝕危險估計和在何處使用不銹鋼合適的指導(dǎo)。
此外，研究還說明了混凝土高pH值對混凝土中不銹鋼鈍化膜的穩(wěn)定性有宜，但是卻不能為碳鋼鋼筋改進(jìn)耐久性規(guī)定的修改設(shè)計所利用。這三個問題在BA中通過描述或以缺陷表的形式給予了簡要的論述。
在估計腐蝕的危險和應(yīng)該用不銹鋼的地方，BA根據(jù)暴露的嚴(yán)重程度和將來維護(hù)的難度提供了許多使用的選擇方法。這些章節(jié)強(qiáng)調(diào)以使用不銹鋼的地方為目標(biāo)，在這些地方歷史上已有過包括高氯化物引起腐蝕危險的范例。
在確實有引起腐蝕的氯化物危險的地方，BA在表2中提供了考慮不銹鋼用途的一種選擇方法。最后，鼬建議為碳鋼的耐久性規(guī)定改變設(shè)計。
3、設(shè)計舉例
使用兩座橋梁評估以前由OreArup&Partner設(shè)計的實例，它們是典型的現(xiàn)代英國設(shè)計。這些是按照表3指出的1．4301不銹鋼代替碳鋼重新設(shè)計的，使用兩種不同強(qiáng)度的不銹鋼鋼筋（500N／mm2和650N／mm2）。重新設(shè)計按照BA84／02中推薦對碳鋼的放寬耐久性要求設(shè)計計算的效果。
重新設(shè)計容許編制為研究的每種選擇方案進(jìn)行的一系列的初步估計，這些研究能夠估計鋼筋和橋梁費用以及與參考設(shè)計的比較（全部使用碳鋼鋼筋）。
根據(jù)鼬指南在特殊位置中不銹鋼的構(gòu)造導(dǎo)致了費用的百分比的增加。增加的量與鋼筋在特殊橋梁中的相應(yīng)百分?jǐn)?shù)和計算的鋼筋費用有關(guān)。在阿維斯塔謝菲爾德進(jìn)行的初始工作中，準(zhǔn)備使用不銹鋼的各種選擇方案時使用了成本估計的方法。這個價格范圍被認(rèn)為是保守的，在競爭性市場中可能不會影響到可使用的價格。
目前計劃已經(jīng)被修改，開發(fā)的初始費用計算模型可以由使用者輸入任何不銹鋼費用的給定值，然后再計算結(jié)構(gòu)部分的總費用和總的建設(shè)費用。因此這個工具可以被用來計算可變化的成本：
·不銹鋼鋼筋超期使用的成本：
·不同材料牌號之間的成本差異；
·棒材尺寸范圍之間的成本差異；
·各種直條、彎曲和固定不變的棒材之間的成本差異。
因此模型應(yīng)當(dāng)可以提供更商業(yè)性的估計不銹鋼鋼筋費用的有代表性的方法。對于模型中使用的不銹鋼成本的缺省值以BA84／02的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，即是以棒材直徑小于20mm，每噸1680英磅，大于25mm的棒材，每噸2350英磅的1．4301鋼計算，此成本低于實際市場成本。
費用模型和全部報告以及分析的拷貝可以從英國不銹鋼協(xié)會的CD-Rom得到。
4、結(jié)論
2001年出版了BA6744的修訂版，接下來新的公路機(jī)構(gòu)建議意見BA84／02對不銹鋼使用的發(fā)布反映了英國建筑中對不銹鋼潛在的利用增加了興趣。在這些文件中特別是BA84／02推薦了關(guān)于不銹鋼鋼筋的選擇和使用，這將使人們認(rèn)識到使用這類鋼筋的成本效益。雖然這個報告和費用模型與橋梁和相關(guān)的土木工程結(jié)構(gòu)中不銹鋼鋼筋的使用特別有關(guān)，但不銹鋼鋼筋的使用同樣可以用于同公路事業(yè)不相關(guān)的其他形式的結(jié)構(gòu)中。
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