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混凝土结构中几个主要受力部位裂缝分析与控制

收藏本文 2024-01-28 点赞:7457 浏览:24293 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:工程结构出现裂缝是比较普遍的现象。不过,结构裂缝大部分是能够通过设计手段、施工措施来避免的。本文着重对混凝土结构裂缝的成因及预防措施作一粗浅的探讨。
关键词:混凝土结构; 裂缝; 分析
Abstract: the engineering structure crack is a general phenomenon. However, most of the structure crack can be through the design means, construction measures to oid. This paper focuses on the causes of cracks of concrete structure and the prevention measures a superficial studies.
Keywords: concrete structure; Crack; analysis

一、钢筋混凝土结构常见裂缝原因分析

1.材料方面。有些构件裂缝是由材料质量引发的,如水泥安定性差,两种水泥混用,砂、石含泥量大,骨料粒径过小,外加剂质量差或加入量过大等。
2.地基变形。当地基发生不均匀下沉时,在结构内部必然产生极大的应力。当应力超过构件抗力时,将不可避免地出现裂缝,裂缝的形状、方向、宽度决定于地基变形的情况。
3.设计方面。构造处理不当,主次梁交合处主梁未设加强箍筋或附加吊筋;大截面梁未设腰筋;构件断面突变或因开洞、留槽引起应力集中等因素,均可导致构件裂缝的出现。
4.结构荷载方面。结构因承受荷载而产生裂缝的原因很多,施工中或使用中都可能出现。例如构件早期受到震伤,拆除承重模板过早,施工荷载过大,构件堆放、运输、吊装时,垫木或吊点位置不当,预应力张拉值过大或放张不规范等,均可能产生裂缝。较为常见的是钢筋混凝土梁、板等受弯构件,在使用荷载作用下,出现不同程度的裂缝。早期微裂一般不易发现,规范规定有些构件允许出现宽度不大于0.3毫米的裂缝。但对裂缝宽度超过规范规定的,以及不允许出现裂缝的构件出现裂缝,则应属于有害裂缝,须加以认真分析,慎重处理。
5.温度应力裂缝。混凝土与一般物质一样,具有热胀冷缩的物理性质,其线膨胀系数约为1×10-5/℃,当环境温度发生变化时,就会产生温度变形,在构件受到约束不能自由变形时,构件内就会产生附加应力,当温度应力超过混凝土的抗拉强度时,必将出现裂缝。常见的如现浇屋面板垂直于肋梁方向的裂缝,大体积混凝土表面裂缝、烟囱外壁的竖向裂缝等。
6.湿度变形裂缝。普通混凝土在空气中硬结时,体积会发生收缩,由此而在构件内产生拉应力,在早期混凝土强度较低时,混凝土收缩值最大。因此,若构件早期养护不良,极易产生收缩裂缝。这类裂缝,在现浇剪力墙、水池底、壁等工程结构中最为常见。
7.徐变裂缝。结构构件在内应力的作用下,除瞬时弹性变形外,其变形值随时间的延长而增加的现象称为徐变变形。据文献记载受弯构件由于徐变变形的作用,其长期变形值可增加2~3倍,因变形量加大而使拉区混凝土承受拉应力,造成裂缝的出现。预应力构件因徐变会产生较大的应力损失,降低了结构的抗裂性能。此类裂缝常见于受弯构件的拉区,其特征与承受荷载出现裂缝相同。

二、建筑施工中几个特殊部位的裂缝分析

1、大体积基础混凝土板

建筑中随着高度的不断增加,地下室愈做愈深,底板也愈来愈厚,厚度在3m以上的底板已屡见不鲜。高层建筑中基础底板为主要的受力结构,整体要求高,一般一次性整体浇筑。国内外大量实践证明,各种大体积混凝土裂缝主要是温度变化引起。大体积混凝土浇筑后在升温阶段由于体积大,集聚在内部的水泥水化热不易散发,混凝土内部温度将显著升高,这样在混凝土内部产生压应力,在外表面产生拉应力,由于此时混凝土的强度低,有可能产生表面裂缝。在降温阶段新浇混凝土收缩因存在较强的地基或基础的约束而不能自由收缩。升温阶段快,混凝土弹性模量低,徐变的影响大,所以降温时产生的拉应力大于升温时产生的压应力。差值过大时,将在混凝土内部产生裂缝,最后有可能形成贯穿裂缝。为解决上述二类裂缝问题,必须进行合理的温度控制。
混凝土温度控制的主要目的是使因温差产生的拉应力小于同期混凝土抗拉强度的标准值,并有一定的安全系数。为计算温差,就要事先计算混凝土内部的最高温度,它是混凝土浇筑温度、实际水化热温升和混凝土散热温度的总和。混凝土内部的最高温度大多发生在浇筑后的3-7天。混凝土内部的最高温度Tmax可按下式计算:
Tmax=To+(WQ)/(Cr)ξ+(F)/(5O) (1)
式中:T0——混凝土的浇筑温度(℃)
W——每m3混凝土中水泥(矿渣硅酸盐水泥)的用量(kg/m3)
F——每m3混凝土中粉煤灰的用量(kg/m3)
Q——每kg水泥水化热(J/kg)
C——混凝土的比热
r——混凝土的密度
ξ——不同厚度的浇筑块散热系数
实测资料显示,当基础板厚大于2米时,上述公式的相对误差在0.1%-

1.3%之间,在计算温差后,即可计算出降温阶段混凝土内部的温度应力σ(2)xmax

σxmax=Eα△T(1-(1)/(cosh βL/2))H(t,τ)………(2)
式中:E——混凝土的弹性模量(N/mm2)
α——混凝土的线膨胀系数(10-5/℃)
△T——温差(℃)
L——板长(mm)
β=Cx/HE
H——板厚(mm) H>0.2L时,取H=0.2L
Cx——地基水平阻力系数(N/mm3)
H(t,τ)…考虑徐变后的混凝土松驰系数,
其中,t——产生约束应力时的龄期,τ——约束应力延续时间。
注意同期内由于混凝土收缩引起的应力应转化为当量温差,计入△T一并计算σxmax.
由(1)、(2)分析可知:为避免裂缝出现,主要是减少△T.可采用合理选用材料,降低水泥水化热,优化混凝土集料的配合比,控制水灰比,减少混凝土的干缩,具体控制措施见后。如有可能,减少浇筑长度L,增加养护时间减少降温速率以相应减少松驰系数对控制贯穿裂缝也有一定的意义。

2、地下室混凝土墙板及楼板的裂缝分析

地下室墙板的裂缝产生与基础大体积混凝土裂缝产生的原因有相同之处,即混凝土在硬化过程中由于失水会产生收缩应变,在水泥水化热产生的升温达到最高点以后的降温过程会产生温度应变。但又有其特点:一是墙板受到基础、楼板受到地下室外墙的极大约束,这种约束远大于桩基对基础的约束,产生贯穿裂缝的机率大

源于:期刊论文www.udooo.com

。二是内墙板及楼板受环境温度影响较大。三是内外温差小,产生表面裂缝的机率小。四是养护困难,散热快、降温速率大,混凝土的松驰徐变优势难以利用,在气温骤变季节尤应注意。
在计算板内最大拉应力时仍可利用公式(2),但有以下几点应注意:
1)H取0.2L,L为整浇长度;
2)Cx取值应大于

1.5N/mm3因为连接部位有较强钢筋约束;

3)计算温差△T时,要考虑底板及外墙(兼作围护情况下)紧靠土体,受环境温差小,而被它们约束的墙板及周边楼板在施工过程中基本同外界温度同步变化。
4)若底板墙板施工间隔过长、外墙兼作围护时,则在计算混凝土收缩时应注意约束体与被约束体的收缩期不同,收缩量也不相同。

3、高强混凝土裂缝分析

目前高层建筑中已广泛使用0-C60中高强混凝土,随着材料科学的迅速发展,C80~C120的高强混凝土在具体工程中已有应用。由于高强混凝土采用的配合比设计多为低水灰比、高标号水泥、高水泥用量、使用高效减小剂及掺加超细矿粉。这样其收缩机制与普通混凝土就有所不同。
高强混凝土由于其水泥用量大多在450-600kg/m3),是普通混凝土的1.5-2倍。这样在混凝土生成过程中由于水泥水化而引起的体积收缩即自缩就大于普通混凝土,出现收缩裂缝的机率也大于普通混凝土。
高强混凝土因采用高标号水泥且用量大,这样在混凝土硬化过程中,水化放热量大,将加大混凝土的最高温升,从而使混凝土的温度收缩应力加大。在叠加其他因素的情况下,很有可能导致温度收缩裂缝。由于高强混凝土中水泥石含量是普通混凝土的

1.5倍,在硬化早期由于水分蒸发引起的干缩也将大于普通混凝土。

参考文献:
张誉.混凝土结构耐久性概论[M].上海科学技术出版社.2008
陈肇冗.要大幅度提高建筑结构设计的安全度建筑结构[J].建筑工程.2004
[3]梅洪元,付本臣.中国高层建筑创作理论发展研究,高层建筑与智能建筑国际学术研讨会,2002.
注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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