淺析鋼筋混凝土結構裂縫的結構設計控制原理

李麗娟

中圖分類號:TU3文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0710090-01

近年來大量鋼筋混凝土結構裂縫的出現,并非與荷載作用有直接關系,通過大量的調查與實測研究證明這種裂縫是由于變形作用引起,包括溫度變形(水泥的水化熱、氣溫變化、環境生產熱),收縮變形(塑性收縮、干燥收縮、碳化收縮)及地基不均勻沉降(膨脹)變形。由于這些變形受到約束引起的應力超過混凝土的抗拉強度導致裂縫,統稱“變形作用引起的裂縫”。

一、裂縫的直接原因

1.收縮及水化熱增加;2.混凝土強度等級日趨提高,但有許多結構不適當的選擇了過高的強度等級;3.結構約束應力不斷增大,結構形式日趨復雜,對于各種變形作用必然引起較大約束應力;4.外加劑的負效應,嚴重的增加收縮變形,有的甚至降低耐久性;5.忽略結構約束,不善于利用“抗與放”的設計原則,缺乏相應的設計施工規范、規程;6.養護方法不當;7.混凝土抗拉性能不足等。

二、鋼筋混凝土承受變形應力的特點

(一)“抗與放”設計準則。結構承受的約束作用分內約束(自約束)和外約束兩類。在約束狀態下,結構首先要求有變形的余地,如結構能滿足此要求,不再產生約束應力。如結構沒有條件滿足此要求,則必然產生約束應力,超過混凝土的抗拉強度,導致開裂。所以,提出了“抗與放”的設計準則,應當在工程設計中,根據結構所處的具體時空條件加以靈活的應用。從結構形式的選擇方面(微動、滑動及設縫措施,提供“放”的條件)及材料性能方面(提高抗拉強度、抗拉變形能力及韌性等提供“抗”的條件)采取綜合措施,如抗放相結合,以抗為主或以放為主的措施。

(二)約束內力與結構剛度的關系。外荷載作用下結構的內力只與荷載及結構幾何尺寸有關,但在變形作用條件下,結構的約束內力不僅與變形作用及結構幾何尺寸有關,尚與結構剛度有關,這是約束內力與荷載內力的重要區別。

約束力矩不僅與溫差和截面高度有關,而且與梁的抗彎剛度成正比,剛度越大,約束力矩越大,這適宜于裂縫出現及擴展階段,當然應當考慮鋼筋混凝土的抗彎剛度是變化的。當溫差不斷增加,鋼筋混凝土構件進入極限狀態時,裂縫充分發展,剛度下降并趨近于零時則力矩也趨近于零。

三、混凝土的某些基本物理力學性質

眾所周知,水灰比大,收縮將顯著增加,同時抗拉強度降低。養護條件對混凝土的收縮影響很大,養護14天的收縮比養護3天的收縮降低約20%。環境的相對濕度越高,收縮越小,環境溫度越高,風速越大,收縮越大。

混凝土的配筋對于收縮值起一定的約束作用,但是與配筋率的高低有關,按目前構造配筋率的情況看來,降低收縮的影響是比較小的。混凝土粗細骨料的含泥量和粉料含量都增加收縮。

四、現澆樓板的裂縫控制在結構設計方面考慮的對策

鋼筋混凝土結構的裂縫是不可避免的,但其有害程度是可以控制的,有害與無害的界限由結構使用功能決定的。裂縫控制的主要方法是通過設計、施工、材料等方面綜合技術措施將裂縫控制在無害范圍內。

1.優化砼配合比,提高砼抗拉性能。無論是現場拌制的小坍落度砼還是泵送砼,都應當在現有配合比的基礎上,進一步試驗研究高性能砼,優選有利于抗裂性能的砼級配,盡力減小水灰比,減少坍落度,降低砂率,增加骨料粒徑,降低含泥量及雜質含量。

選用影響收縮和水化熱較小的外加劑和摻合料,例如,目前張家口京北混凝土制造有限公司在商品混凝土研制的原材料中摻用了環城料業的F75(復合礦渣磨細粉),對提高砼的抗裂性能比較有利,在張家口的實際工程中清水河改造工程中(為抗滲抗凍混凝土)及用于民用建筑容辰莊園12#、15#多層及小高層的現澆樓板的施工中效果顯著。

2.對于建筑物體形不規則而產生的裂縫,可在L形或Z形的凹角開間的范圍內采取負筋長向與短向接通方案,鋼筋采用小直徑小間距。

3.為防止樓板沿現澆預埋塑料電管方向的樓面裂縫,結構設計方面采用如下措施防治:(1)塑料管要有支架固定,塑料管在管線交叉通過時,采用專門設計塑料接線盒,防止塑料管交叉對混凝土板厚的削弱過多。(2)混凝土的強度不宜大于C30。(3)改善砼養護工藝,減少砼自身收縮。

在砼裂縫控制措施中,養護工藝是很關鍵的環節。調研中發現,張家口市京北建設有限公司施工的張家口市容辰12#住宅樓工程嚴格按規范規定的養護時間進行養護,而且設定專人,改善了養護方法,用噴霧器不間斷地輪流噴灑砼表面,即不影響下道工序又保證了養護效果,該工程基本上沒出現過樓板裂縫,優質工程主體沒有出現裂縫為一大亮點,此工程在2007年度被評為“安濟杯工程”。

五、結束語

綜合技術措施包括:合理選擇結構形式,降低結構約束程度,對與水平構件梁、板及墻體等采用中低強度級混凝土,加強構造配筋,如板頂部的受壓區連續配筋,板的陽角及陰角配置放射筋,增加梁的腰筋間距200mm。優選有利于抗拉性能的混凝土級配,盡力減小水灰比、減少坍落度、降低砂率增加骨料粒徑,降低含泥量及雜質含量。選用影響收縮和水化熱較小的外加劑和摻合料。采取保溫保濕的養護技術,盡量利用混凝土后期強度(60天)。對于超長結構可采取跳倉澆灌或后澆帶方法施工。對于復雜的結構難免出現少量裂縫影響正常使用和耐久性.裂縫分為表面裂縫,淺層裂縫,縱深裂縫(深層裂縫),貫穿裂縫等。少量有害裂縫采用近代化學灌漿技術處理,滿足設計使用和耐久性要求,不應因此降低工程質量評定標準。

參考文獻:

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