混凝土結(jié)構(gòu)裂縫分析報(bào)告

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫分析普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在一般情況下是允許帶裂縫

工

作的

，

這

是

其他

材

料(如鋼、木

、

甚

至磚砌體等)結(jié)構(gòu)所不遇的特殊問題，但需要嚴(yán)格控

制

裂

縫

的

開

展

，

以

保

證

結(jié)

構(gòu)

的

可

靠

工

作

，

因

此

有

必要對(duì)裂縫的成因、

開展機(jī)理、計(jì)算方法及控制

進(jìn)

行

研

究

。裂縫的成因及控制標(biāo)準(zhǔn)一

、

裂縫的成因和形態(tài)裂縫產(chǎn)生的原因很多，如荷載作用、混凝土組成成分、溫度變化、混凝土收縮和徐變、基礎(chǔ)的不均勻沉降以及鋼筋的銹蝕等，

而許多裂縫

往

往是幾種不同因素聯(lián)合作用的結(jié)果。1、

荷載作用產(chǎn)生的裂縫鋼

筋

混凝土構(gòu)件因受

力性

質(zhì)不同

所

產(chǎn)生的

裂

縫

形

態(tài)也不同。承受拉(軸)力和彎矩的構(gòu)件在橫截面有一維的拉應(yīng)力，

承受剪力和扭矩及其他復(fù)合受力結(jié)構(gòu)有

主

拉

應(yīng)

力

。

這些構(gòu)件

將出

現(xiàn)

垂

直

于

主

拉

應(yīng)

力

方

向

的裂縫。(

見圖7-1)裂縫一般沿構(gòu)件寬度方向貫通部分截面或全截面。

仔細(xì)觀察還可發(fā)現(xiàn)表面裂縫的多種形態(tài)和寬度的變化規(guī)律。例如截面較大的拉桿，除了貫通全截面的較寬的裂縫外，還有在鋼筋附近短而窄的裂縫；截面高度

較大的梁，裂縫寬度在鋼筋位置處較窄，而稍遠(yuǎn)處的腹部裂縫較寬；梁端斜裂縫在截面高度中間部分最寬，上、

下端較窄；

等等。圖

7-1

構(gòu)件在不同性質(zhì)的力的作用下的裂縫形態(tài)

a)軸拉力和彎矩；b)

剪力和扭矩Tb)M題)2.

混

凝

土

塑

性

收

縮

引

起

的

裂

縫這種裂縫常出現(xiàn)于大面積的板殼表面，是在混凝土澆注后數(shù)小時(shí)，

因氣溫高、風(fēng)速大等原因使混凝土表面蒸發(fā)速度超過了本身泌水速度而造成的。裂縫呈不規(guī)則的雞爪形(圖

7-2a

),一般均

為

細(xì)微的

表面

裂

縫，

可用覆蓋養(yǎng)護(hù)等措施防止。3、

混凝土塑性沉降引起的裂縫混凝土中的骨料塑性下沉受到頂部鋼筋的阻礙，使鋼筋處的沉降與兩側(cè)的沉降相差過大時(shí)，就會(huì)在鋼筋

上

方出

現(xiàn)

順筋的

表

面

裂

縫(圖7-2b

)。

這種裂縫可通過改善配合比、減少泌水、加大保護(hù)層等來防止。在初凝前將表面重新抹面壓光也可使裂縫閉合。4、

水泥水化熱引起的裂縫大體積混凝土常因水泥水化熱導(dǎo)致內(nèi)外溫差過大，所引起的溫度應(yīng)力超過混凝土早期抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)形

成裂縫。5、

溫度和濕度引起的裂縫混凝土因外部溫度驟降或在結(jié)硬過程中的干縮會(huì)引

起體積

收縮。如

這種

收縮受

到外部

(巖

基或

老混凝土)

或內(nèi)部(大量鋼筋)的約束，

就可能在承載前產(chǎn)生嚴(yán)重

裂縫。6、

堿骨料化學(xué)反映引起的裂縫水泥的堿液與活性骨料的硅酸鹽化學(xué)反應(yīng)后會(huì)析出

體積增大幾倍的膠體，使混凝土脹裂。其特點(diǎn)是裂縫中充滿白色沉淀。7、

鋼筋銹蝕引起的裂縫構(gòu)件處于惡劣環(huán)境，保護(hù)層過薄或密實(shí)性較差時(shí)，

混凝土中的鋼筋會(huì)銹蝕，體積膨脹2~4倍，導(dǎo)致四周混凝土順筋脹裂。這是一種先銹后裂的縱向裂縫，

一旦發(fā)

生，

就嚴(yán)重惡化，導(dǎo)致保護(hù)層成片剝落甚至鋼筋銹斷(

圖

7

-

2c)。8、

不均勻沉降引起的裂縫地基不均勻沉降引起混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力發(fā)生變化，從

而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。這種裂縫通常寬度較大，

數(shù)量較少，

多集中產(chǎn)生在與基礎(chǔ)沉降相關(guān)的部位。圖7-2

混凝土塑性收縮、沉降及鋼筋銹蝕引起的裂縫保護(hù)層剝落b)e)a)二、

裂縫的控制標(biāo)準(zhǔn)1、

考慮因素：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)通常允許帶裂縫工作，但基于下列

三種原因，需要嚴(yán)格限制裂縫寬度。(

1)

鋼

筋

銹

蝕：

混凝土的開裂使構(gòu)件中鋼筋局部直接與

周圍介質(zhì)接觸，對(duì)于露天結(jié)構(gòu)和處在潮濕環(huán)境，甚至含

酸、氯介質(zhì)的侵蝕環(huán)境下的結(jié)構(gòu)，鋼筋表層將逐漸氧化

而導(dǎo)致銹蝕，鋼材銹蝕物使鋼筋體積增大，很容易將周圍混凝土保護(hù)層脹裂，形成縱向裂縫，從而破壞了鋼筋和混凝土的粘結(jié)力，同時(shí)鋼筋受力面積因銹蝕而逐漸減

小，使構(gòu)件的承載力減小，耐久性下降。(

2

)

人

們

的

心

理

感

受

：

帶

裂

縫

工

作

的

鋼

筋

混

凝

土

結(jié)構(gòu)對(duì)業(yè)內(nèi)人士無疑是能夠接受的，

但裂縫的顯現(xiàn)和發(fā)展會(huì)對(duì)普通使用者心理上產(chǎn)生不安全感，有時(shí)成為要求進(jìn)行裂縫處理或加固的主要因素。故裂縫寬度的限

制尚應(yīng)考慮普通使用者的心理承受能力，一般要求限制在使用者不易察覺的寬度內(nèi)。(

3)

特

殊

要

求：實(shí)際工程中可能有兩方面的特殊要求，

一方面是結(jié)構(gòu)自身的要求，如一些水工結(jié)構(gòu)和容器結(jié)構(gòu)對(duì)抗?jié)B(水、氣)性的要求；另一方面是特殊環(huán)境的要求，如使用環(huán)境存在明顯的腐蝕性介質(zhì)。在這些情況下，都應(yīng)嚴(yán)格限制裂縫寬度甚至有抗裂要求。2、

控制標(biāo)準(zhǔn)通常由施工、構(gòu)造和環(huán)境條件等所引起的裂縫，應(yīng)

在設(shè)計(jì)中采取適當(dāng)構(gòu)造措施，在施工中采取合理的工藝

和技術(shù)加以解決或改善。至于受拉裂縫，一般不允許在

使用階段出現(xiàn)，設(shè)計(jì)時(shí)以限制拉應(yīng)力值來避免。國(guó)內(nèi)外

規(guī)范一般是根據(jù)構(gòu)件的工作環(huán)境和荷載作用時(shí)間的情況

對(duì)裂縫加以限制的。簡(jiǎn)介如下：近年來，

為了提高構(gòu)件抗腐蝕性能，

環(huán)氧涂層鋼筋

在

一些工程中開始應(yīng)用，

有些預(yù)應(yīng)力鋼筋也采取了防護(hù)

措施。對(duì)用這些鋼筋配置的構(gòu)件，規(guī)定裂縫寬度比

一般構(gòu)件的限值增大0.05mm。對(duì)有抗裂要求的結(jié)構(gòu)，

一般宜采用預(yù)應(yīng)力混凝土。(1)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)

范

》

:規(guī)定鋼筋混凝土構(gòu)件和在使用階段允許出現(xiàn)裂縫的

構(gòu)件，其計(jì)算的特征裂縫寬度不應(yīng)超過下列規(guī)定的限值：一般環(huán)境有氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)侵蝕物質(zhì)環(huán)境0.2mm～0.25mm0.1mm(

2

)

我

國(guó)

《

混

凝

土

結(jié)

構(gòu)

設(shè)

計(jì)

規(guī)

范

》規(guī)定在設(shè)計(jì)鋼筋混凝土構(gòu)件時(shí)，應(yīng)根據(jù)其使用要求

確定控制裂縫的三個(gè)等級(jí)：一

級(jí)

—

—嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，在短期(全

部)荷載作用下，截面上不出現(xiàn)拉應(yīng)力，

即

σ

≤0二級(jí)

—

—一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，在短期(全

部

)

荷載作用下，

截面上的拉應(yīng)力小于混凝土抗拉強(qiáng)度

的

一

部分；在長(zhǎng)期(部分)荷載作用下不出現(xiàn)拉應(yīng)力，三級(jí)——允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，計(jì)算的最大裂縫寬度不得超過允許值，即

o≤[co]即短期荷載

長(zhǎng)期荷載G≤ayfσ≤0(

3

)

歐

洲

模

式

規(guī)

范CEB

FIP(1978)對(duì)于腐蝕不敏感的鋼筋混凝土構(gòu)件，允許裂縫寬度按暴露條件分為三等：輕度的

0.4mm中等程度的

0.2mm嚴(yán)重的

0.1mm(

4

)

美

國(guó)ACI224建議的裂縫允許寬度為：干燥空氣或有保護(hù)膜潮濕、

濕空氣、

土海水飛濺區(qū)(干、濕交替)

擋水結(jié)構(gòu)0.4mm0.3mm0.15mm

0.1mm允許裂縫寬度規(guī)定的差異一方面是由于規(guī)定此值的科學(xué)依據(jù)還不充分，

另一方面是各國(guó)規(guī)范對(duì)計(jì)算裂縫寬度的公式有很大的出入。有些國(guó)家根據(jù)研究結(jié)果

認(rèn)為，混凝土裂縫寬度的限制值可放寬至0.4mm~0.5mm。近年來關(guān)于混凝土裂縫對(duì)鋼筋的銹蝕影響的研究

中，很重要的發(fā)現(xiàn)是裂縫處鋼筋銹蝕與銹蝕的程度和

進(jìn)展并不象最初設(shè)想的那樣顯著。因此可以期望將裂

縫控制的相當(dāng)嚴(yán)格的規(guī)定放寬。有越來越多的研究者

同意即使表面裂縫寬度達(dá)0.4mm

也不存在銹蝕的問題。有關(guān)混凝土中鋼筋銹蝕的機(jī)理和裂縫性質(zhì)的分析，以及暴露試驗(yàn)結(jié)果都不能說明表面裂縫寬度與銹蝕速

度之間存在有必然

聯(lián)系

。

工程調(diào)

查

和

暴露試驗(yàn)

表

明，保證混凝土的密實(shí)性和必要的保護(hù)層厚度，要比控制表面裂縫寬度對(duì)于防止銹蝕更為重要。關(guān)于裂縫寬度

與銹蝕關(guān)系的研究還沒有得出能夠?yàn)榇蠖鄶?shù)研究者一致接受的結(jié)論。值得注意的是，平行于主筋的縱向裂縫，對(duì)于結(jié)構(gòu)耐久性的影響要比垂直于主筋的橫向裂縫嚴(yán)重得多。

因?yàn)楫?dāng)引起裂縫的荷載移去時(shí)，后一種裂縫將趨于閉合，而平行于鋼筋的裂縫不會(huì)閉合，還可能持續(xù)開展，

對(duì)鋼筋銹蝕有極大的危害。但是，

目前對(duì)此還缺乏系統(tǒng)的研究，對(duì)于縱向裂縫還提不出合理的控制要求?；炷两Y(jié)構(gòu)的裂縫是由材料內(nèi)部的初始缺陷、

微裂縫的擴(kuò)展而引起的。混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫原因很多，

大致可歸納為兩大類：(1)

由外荷載引起的裂縫，稱為結(jié)構(gòu)性裂縫又稱為荷載裂縫。其裂縫的分布特征及寬度與外著載

大小有關(guān)。(2)由變形引起的裂縫，稱為非結(jié)構(gòu)性裂縫，又稱非荷載裂縫。1、結(jié)構(gòu)性裂縫——彎曲裂縫7777圖1-9鋼筋混凝土梁的結(jié)構(gòu)性裂縫b)a)1、結(jié)構(gòu)性裂縫——剪切裂縫剪切裂縫是指在剪力或剪力與彎矩共同作用下，

主拉應(yīng)力過大在腹板(梁肋)兩側(cè)產(chǎn)生的斜裂縫，一般出現(xiàn)在承受剪力較大的支點(diǎn)附近截面及同時(shí)承受剪力和彎矩均較大的梁橋腹板出現(xiàn)的剪切斜

裂縫。7777b777b22、

非

結(jié)

構(gòu)

性

裂

縫混凝土的非結(jié)構(gòu)性裂縫

.

根據(jù)其形成的時(shí)間可分為：混凝土硬化前裂縫、硬化過程裂縫和完全硬

化后裂縫。非結(jié)構(gòu)性裂縫的產(chǎn)生，多是受混凝土

材料組成、

澆筑方法、養(yǎng)護(hù)條件和使用環(huán)境等多

種因素影響所致。1)收縮裂縫在混凝土凝固過程中，混凝土巾多余水分蒸發(fā)，

引起的體積縮小稱為干燥收縮或干縮

.

而在水泥

和水發(fā)牛水化作用逐漸硬化而形成的水泥骨架不

斷緊密、

體積縮小，稱為塑性收縮(凝縮)?；炷?/p>