淺談混凝土梁裂縫及撓度的預防與控制

任正勃

河南省第一建筑工程集團有限責任公司（450014）

通過大型有限元軟件對單根混凝土梁的開裂過程進行分析和討論，我們會發現在混凝土梁開裂過程中，存在著明顯的規律性。據此，我們建立混凝土梁開裂的預防機制并采取一些預防開裂破壞的措施，從而可有效提高混凝土梁的抗開裂性能。

1 混凝土梁的有限元分析

1.1 基本假設

1）鋼筋彌散在混凝土之中，且鋼筋混凝土采用SOLID65單元。2）混凝土為各向同性材料，不考慮混凝土的壓碎。3）材料具有非線性特征,構件發生大位移變形。

1.2 混凝土梁的相關數據

該混凝土梁跨度6 m，截面尺寸300 mm×600 mm，混凝土標號C30，并配有4B14的鋼筋，梁兩端采用固端約束。其中梁的混凝土彈性模量E=30 GPa，泊松比 ν=0.2，軸心抗拉強度 ft=1.54 MPa，裂縫張開傳遞系數為0.125,閉合裂縫傳遞系數為0.9；鋼筋的彈性模量為200 GPa，泊松比ν=0.25，屈服應力 σ0.2=360 MPa。

1.3 分析結果

通過圖1可以發現,隨著豎向荷載的增大，材料的塑性裂縫呈“八”字形分布，以受力拱的形式向下傳遞。裂縫主要集中在支座（剪切斜裂縫）和梁的底部（受拉裂縫）。

圖1 混凝土梁的裂縫分布形式

實際施工中如果管理不善、提前拆模、施工荷載超過設計荷載或混凝土強度低于設計規定，抗剪鋼筋配置不足，箍筋沒有加密，使用了低劣的鋼筋（受拉強度不足）等會造成梁抗剪、抗拉強度不足從而產生剪切裂縫與受拉裂縫。梁支座裂縫可用粘結漿液壓注處理,受拉區裂縫一般采用水泥漿封閉，防止鋼筋銹蝕，再根據具體情況做補強加固處理。

通過圖2位移的傳遞流可以看出，均布荷載作用下，在梁的中部位移產生最大，在支座處的位移相對比較小并逐漸趨于零。可以發現位移的傳遞呈現一種二次拋物線的形式，由中間向兩邊過度。并產生一種位移的疊加，逐步向下擴散。

圖2 梁的豎向位移傳遞云圖

實際中混凝土梁的撓曲線變形過大直接影響著使用功能，因此對于混凝土梁的使用和設計程中應該加強以下幾個方面的問題[1]。

1）合理布置梁的荷載和支座，荷載的位置和支座的配置方式直接影響著梁內最大彎矩和最大剪力。應該根據梁的受彎形式，直接配置一種合理的結構形式,然后結合該種形式布設結構的外加荷載。

2）合理選取截面形狀。截面的形狀也同樣決定著梁內的最大應力和梁的最大撓曲程度，截面形狀盡量采用離中性軸比較大的形式，這樣可以確保所采用的梁最大外緣的應力保持最小。

3）合理設計梁的外形。結合彎曲受力應該采用魚腹式的梁，最大限度的采用截面形狀降低結構的撓曲變形。

2 混凝土梁開裂的一些預防措施及處理方法

2.1 混凝土梁的一些預防措施[3]

1）加強原材料的進場驗收管理，嚴格按相關規范選用水泥、砂石、鋼筋。

2）結合具體的構件形式以及使用部位，合理的選擇水泥、標號，確定養護時間及配合比。

3）混凝土在施工時注意布料、振搗、養護等具體施工方法，嚴格按照相關施工工藝操作。

2.2 混凝土梁裂縫的一些處理方法[2]

1）表面涂抹法：對于一些細而淺的微裂縫，深度不大、不伸縮的裂縫比較適宜于采用表面涂抹的方式。

2）灌漿法：此法應用范圍廣,從細微裂縫到大裂縫均可適用,處理效果好。對于承受大載荷的結構梁,應使用水泥漿（水泥：膨脹劑=9：1攪成）在裂縫處搓抹。

3）填充法：可以采用修補材料直接填充裂縫,故一般用來修補較寬的裂縫(0.3 mm),作業簡單,費用低、施工迅速。而對于寬度小于0.3 mm，較淺的裂縫、用灌漿法很難達到效果的裂縫、以及小規模裂縫的簡易處理可采取開V型槽，然后作填充處理。

以上是對混凝土梁裂縫產生的原因做了初步分析，提出了一些相應的預防及處理措施，我們在現場施工中要根據不同的情況、不同的施工方法有效的控制混凝土梁裂縫的產生，預防為主，防治結合，從而減少或避免混凝土梁帶裂縫工作影響使用功能。

[1]孫訓方.材料力學[M].北京：高等教育出版社,137～139.

[2]趙敏娟,蒲明賢.淺談混凝土裂縫原因及防治[J],山西建筑,2008(10),177～178.

[3]吉喆.混凝土裂縫的預防與處理[J].安陽師范學報,2007,143～144.