混凝土结构的裂缝控制设计及处理分析

TransportationScience&TechnologySerialNo.215No.2Apr.2006

混凝土结构的裂缝控制设计及处理分析

徐雪花

(铁道第四勘察设计院　武汉　430063)

摘　要　介绍新修订的混凝土结构设计规范中裂缝的考虑因素,提出结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值。并且通过系统的分析和整理,归纳了钢筋混凝土梁式结构常见裂缝问题,描绘各类裂缝的典型特征,分析各类裂缝原因,列出裂缝治理的一般方法。

关键词　荷载效应　裂缝控制等级　裂缝　钢筋混凝土梁　裂缝特征　裂缝机理　裂缝控制1裂缝控制等级的划分

钢筋混凝土和预应力混凝土结构按所处环境　　三级:允许出现裂缝的构件,按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响计算时,构件的最大裂缝宽度不应超过表1规定的最大裂缝宽度限值。应符合下列规定Wmax≤Wlim

[1]

类别和结构类别确定相应的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值。

　　一级:严格要求不出现裂缝的构件,按荷载效应标准组合计算时,构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力;应符合бck-бpc≤0的规定。

二级:一般要求不出现裂缝的构件需满足以下规定。

　　(1)按荷载效应标准组合计算时,构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于混凝土轴心抗拉强度标准值,应符合бck-бpc≤fck的规定。　　(2)按荷载效应准永久组合计算时,构件受拉边缘混凝土不宜产生拉应力,当有可靠经验时可适当放松;应符合бcq-бpc≤0的规定。

收稿日期:2005211213

式中:бб准永久组合下抗裂ck、cq为荷载效应组合、验算边缘的混凝土法向应力;бpc为扣除全部预应力损失后在抗裂验算边缘混凝土的预压应力;

fck为混凝土轴心抗拉强度标准值;Wmax为按荷

载效应的标准组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度;Wlim为最大裂缝宽度限值。2

结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值结构构件应根据结构类别和GB50010—

2002混凝土结构设计规范[2]表3.4.1规定的环

境类别,按表1的规定选用不同的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值W。

AnalyzetheReasonsofBridgeStructuralCrackandHowtoDispose

LiLijie,QiJianmo

(Wu2HuangFreewayCo.Ltd.Wuhan430074,Chian)

Abstract:Thistextanalyzesthereasonsofbridgestructuralcrack,andpointsouthowthecrackofbrickandstonesummeringandreinforcedconcreteformed,accordingly,providesseveraldisposingmeasures,introducesbrieflyconstructionprocession,andprovidesguidanceformaintainingandrein2forcingbridges.

Keywords:structuralcrack;surfaceoccludemending;pressgroutingmending;surfacestickmending

14徐雪花:混凝土结构的裂缝控制设计及处理分析　　　　　　　　　　2006年第2期

表1　裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值

环境

类别一二三

钢筋混凝土结构裂缝控制等级Wlim/min

三013(014)三012三012预应力混凝土结构

裂缝控制等级Wlim/min

三012二一

用环氧树脂浆液灌注;裂缝宽度大于1.0mm的可用微膨胀水泥浆液修补[3],修补前应在裂缝表面涂刷一层水泥浆界面剂。对比较严重的龟裂缝,因其混凝土强度较低,甚至出现剥皮掉角现象,则宜将疏松部分清除并凿毛,用高强度水泥砂浆嵌补。4.2　钢筋混凝土梁水平顺筋裂缝

钢筋混凝土梁水平顺筋裂缝与钢筋方向一致,较多出现在已交工使用一段时间后的钢筋混凝土梁上,随着时间的推移有逐渐发展的趋势。　　(1)裂缝原因　钢筋锈蚀、氧化铁膨胀所致,更进一步是混凝土保护层过薄,使用了含氯外加剂,使用环境中富含腐蚀性气体或液体侵入混凝土,工业厂房中常见这种裂缝。　　(2)预防措施　设计时,考虑加大保护层厚度;施工时,将钢筋骨架固定好后,主筋下部加垫块,确保混凝土保护层厚度;使用不含氯化物的外加剂;对钢筋混凝土梁做好防腐处理并搞好日常维护。

　　(3)加固处理[4]　一般情况下先将裂缝用环氧胶泥嵌补,然后采用外包型钢、外包钢筋混凝土套、预应力水平拉杆、预应力下撑式拉杆及粘钢等技术措施进行加固处理。413　钢筋混凝土梁集中荷载处的裂缝[5]

钢筋混凝土梁集中荷载处的裂缝是在次梁与主梁交接处次梁下面两侧出现斜向裂缝,属荷载作用裂缝。

　　(1)裂缝原因　设计或施工混凝土强度过低,设计加密箍筋或吊筋配筋不足,施工时用筋上移。

　　(2)预防措施　按规范规定设计横向钢筋,施工时应保证混凝土施工质量和钢筋定位准确。　　(3)处理方法　采用粘钢板加固技术措施进行加固处理。

4.4钢筋混凝土大梁两端上部斜裂缝

钢筋混凝土大梁两端上部斜裂缝呈斜向裂缝,裂缝宽度表现为上口大下口小。

　　(1)裂缝原因　大梁两端有较强的约束造成。如薄腹梁两端上部有刚性较大的天窗架,由于天窗架与薄腹梁两端预埋件焊牢,则当薄腹大梁在荷载作用下变形时,在梁两端产生一定的弯矩和剪力,造成梁端出现裂缝。　　(2)预防措施　在梁端配置一定数量的构造钢筋。

　　(3)处理方法　一般情况下采用粘钢加固技术措施进行加固处理。

3　工程中的裂缝控制

对混凝土强度的研究及工程实践证明:结构

物的裂缝是难以避免的,如对建筑物抗裂要求过高,必将付出巨大的经济代价。虽然结构设计是以极限承载力为基础,但大多数工程的适用标准却是由裂缝控制,世界上绝大多数国家都是以其经济能力来决定对建筑物裂缝控制的宽严程度。

按极限状态设计理论,工程设计必须满足承载力极限状态和正常使用极限状态。混凝土结构最大裂缝宽度控制标准根据环境和使用条件来制定(无腐蚀介质、无防渗要求时为0.3～0.4mm,轻微腐蚀、无防渗要求时为0.2～0.3mm,严重腐蚀、有防渗要求时为0.1～0.2mm)。普通钢筋混凝土构件内力接近30%极限荷载(混凝土应力达到抗拉强度、钢筋应力达到50～60MPa)时出现裂缝,裂缝宽度在0.05～0.1mm,这种裂缝不影响结构安全,还可承受70%～80%极限荷载;许多工程的梁式结构、框架结构仅在自重作用下出现受拉区开裂或剪力区主拉应力裂缝;有的因拆模过早、抗拉强度不足,裂缝是常见的,但其极限承载力不会降低,总的安全度不变。变形裂缝较多出现在刚架、特种结构、组合结构等超静定结构中,但这类结构承载力安全储备充足,韧性良好,能适应较大变形而不致倒塌,处理这类裂缝可根据裂缝出现后应力衰减情况从宽控制。4　钢筋混凝土梁式构件常见裂缝的处理4.1

钢筋混凝土梁侧面竖向裂缝和龟裂缝

　　竖向裂缝一般沿梁长度方向基本等距,裂缝高度多在梁高中部,呈中间大两头小的趋势;龟裂缝多在梁上下边缘出现,且沿梁长非均匀分布,裂缝深度浅,为表层裂缝。　　(1)开裂原因　产生竖向裂缝的原因是混凝土养护时浇水不够,特别是在拆模后未做潮湿养护,夏季施工时易于发生,是一种干缩裂缝,特别是采用未经水湿透的木模时,容易产生这种裂缝。　　(2)控制处理　对这类裂缝,裂缝宽度小于0.1mm的可不处理;裂缝宽度为0.1～0.3mm的作表面封闭处理;裂缝宽度为0.3～1.0mm的可

2006年第2期　　　　　　　　　　徐雪花:混凝土结构的裂缝控制设计及处理分析15

4.5　钢筋混凝土连续梁负弯矩裂缝

钢筋混凝土连续梁负弯矩裂缝出现在近支座部位或主次梁交接部位,裂缝宽度上大下小,至梁下口受拉主筋处闭合。　　(1)裂缝原因　钢筋混凝土梁上口负弯矩过大,导致负弯矩受拉区开裂。　　(2)预防措施　在梁端配置一定数量的构造钢筋。

　　(3)处理方法　采用粘钢加固技术措施进行加固处理。416　钢筋混凝土梁垂直裂缝和斜裂缝

垂直裂缝多出现在梁跨中部位,斜裂缝多出现在梁两端;这类裂缝多在施工阶段或使用阶段出现,属典型的荷载裂缝。　　(1)裂缝原因　主要有设计和施工两个方面的原因,设计截面尺寸选择不当、正截面受拉主筋配筋不足、斜截面横向箍筋配筋不足等;施工时混凝土实际强度偏低、受拉主筋上浮移位或少放、斜截面横向箍筋少放、施工荷载超载等因素都会导致这类裂缝产生;使用荷载过大也会产生这类裂缝。　　(2)处理方法　一般情况下先将裂缝用环氧胶泥嵌补,然后采用外包型钢、外包钢筋混凝土套、预应力水平拉杆、预应力下撑式拉杆、粘钢、U形箍等技术措施进行加固处理。4.7　钢筋混凝土梁受压区裂缝

缝原因是梁的跨度大而配筋率较小,裂缝一直延

伸到梁底,裂缝间距0.7～1.0m,跨中集中,最大宽度1～2mm,大梁初看很危险,其实裂缝对大梁挠度的增加相对于正常使用荷载下的挠度仍很小。第2种裂纹主要出现在跨度较小、配筋率较高的大梁上,裂缝宽度较小,间距0.7～1.0m,形状两头小中间大。第3种裂缝主要出现在跨度小、配筋率高的大梁上,裂缝宽度小于0.3mm,间距一般均在0.7～1.0m,裂缝位置均在主筋以上。

　　(2)处理方法　增加屋面大梁的配筋率,缩小开间,在梁底端部增加正弯矩钢筋,在梁的腹部增加温度筋,梁板间用油毡作隔离层消除温度应力的影响,裂缝超过规范要求时,则用粘接材料修补以免钢筋锈蚀。4.10　钢筋混凝土桥大梁温度裂缝湿度裂缝一般呈竖向、上下小中间大的枣核形,为穿透型裂缝。　　(1)裂缝原因　温度变化。从桥底到桥面的温差约40℃,桥面整浇层会产生热膨胀,导致T型大梁产生温度裂缝,裂缝宽度均为0.5～1.0mm,间距0.6～1.0m。　　(2)治理方案　在面层整浇层底部与大梁上表面之间加设隔离层(如二毡三油),使整浇层在温度变化时能自由伸缩,大梁就不会产生温度裂缝;桥面板采用多孔板;在梁底部增加正弯矩钢筋,在梁的腹部增加温度筋。5　结语

钢筋混凝土梁受压区层状裂缝出现在钢筋混

凝土梁受压区附近,水平裂缝和垂直裂缝交织,形成网状。

　　(1)裂缝原因　钢筋混凝土梁受压区配筋不足,设计截面尺寸选择不当;施工时混凝土实际强度偏低,受压区主筋下浮移位或少放,施工荷载超载,使用荷载过大也会产生这类裂缝。　　(2)处理方法　一般情况下在受压区采用粘钢加固技术措施进行加固处理。

4.8　钢筋混凝土圈梁、框架梁、基础梁斜裂缝

以上对工程中常见的钢筋混凝土梁式结构裂

缝进行了归纳,对其裂缝特征、开裂原因、预防措施和治理方法进行了总结。对钢筋混凝土梁式结构裂缝控制技术的研究具有参考意义。

参考文献

[1]胡德所,徐文江.钢筋混凝土和预应力混凝土结构件

这类裂缝特征一般呈斜向裂缝,较集中在跨中部位,但有时也可能出现在端部(如框架梁),且贯穿整个梁高。　　(1)裂缝原因　主要是基础不均匀沉降所引起,裂缝高端指向地基不均匀沉降方向。　　(2)处理方法　采用外包型钢加固和粘钢板加固技术措施进行加固处理。4.9　钢筋混凝土屋面梁温度裂缝

(1)裂缝原因　裂缝形态有3种。第1种裂

的裂缝控制.建筑结构学报,19(4):19224

[2]GB50010—2002混凝土结构设计规范1北京:中国

建筑工业出版社,2002

[3]龚洛书,柳春圃.混凝土的耐久性及其防护修补.北

京:中国建筑工业出版社,1990

[4]阜尚木,季直仓,卓昌志.钢筋混凝土结构事故分析与

加固.北京:中国建筑工业出版社,1997

[5]王铁梦.建筑物的裂缝控制.上海:上海科技出版社,

1987