结构工程师辅导:钢筋混凝土结构的裂缝控制
来源:优易学  2011-11-28 12:20:25   【优易学:中国教育考试门户网】   资料下载   建筑书店

  目前建筑市场出现了很多新型的外加剂和掺合料,质量保证主要靠强度试验的结果,几乎没有进行体积变形稳定性方面的试验,而许多材料都有增加收缩的特点,必须进行长时期准确的收缩试验,才能得到有利于控制裂缝的材料。 
 
  各种水泥的水化热试验比较容易,一般水泥厂家都已进行专门的试验,有资料可查,不在赘述。 
 
5.2 混凝土的徐变(蠕变)因素的考虑 
 
  混凝土的徐变机理也有许多种,如弹性徐变理论、老化徐变理论、继效徐变理论等等。作为工程裂缝控制的应用,我们只能应用其中主要的成果,以常系数的形式,考虑在弹性计算的结果中,从而简化了非线形分析。由于混凝土的徐变作用,给钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土带来有利和不利两方面的影响。从不利方面看来,它可以造成预应力损失,增加挠度,可以降低钢筋和混凝土的粘着力等。从有利方面看来,它可以使弹性的温度收缩应力大大的松弛,根据变形速率及混凝土龄期,它对应力降低的程度约0.3~0.8倍,保温保湿养护越好,降温越慢,松弛系数越小,具体数字可参考文献1、2。 
 
5.3 混凝土的抗拉强度及极限拉伸 
 
  泵送混凝土浇注后,其抗压强度和抗拉强度都随着时间而增长,但增长的速率,抗拉滞后于抗压,水泥标号的提高及水泥用量的增加,对抗压强度增长较为显著,而对抗拉强度增长较小。 
 
  相对变形约束应力,混凝土的极限拉伸尤为重要,国内外曾进行过一些试验研究。例如苏联布拉茨克和克拉斯诺雅尔斯克水电站的试验表明混凝土轴向拉伸应变值变化范围为0.5×10-4~1.0×10-4。法国鲍斯进行的轴向拉伸试验。在抗拉强度为2.05MPa时,局限拉伸值为0.9×10-4。美国卡普兰在轴向拉伸试验中极限拉伸值为0.81×10-4。前苏联齐斯克列里提出当轴向抗拉强度为1.2MPa时,极限拉伸为0.7×10-4。我国水工系统(研究单位和工程单位)对混凝土的极限抗拉强度也作过不少研究,并在工程中采用。如丹江工程混凝土极限拉伸值为(0.58~0.8)×10-4,乌江渡工程为(0.6~1.02)×10-4等等,极限拉伸很小,抗裂能力很弱(收缩变形超过极限拉伸5~10倍)。 
 
  冶金系统,不少设备基础,特别是高炉基础、炼钢基础,混凝土的浇注量大多在5000m3以上,轧钢基础的混凝土量100000m3~200000m3,厚度2.5m~9.5m,长度由35m~600m,均属超长超厚的大体积钢筋混凝土,开裂后可引起钢筋的锈蚀、降低持久强度、刚度和防水性能、严重者影响自动化生产工艺。防止和控制这类基础的温度裂缝也是很重要的。为此我们在民用建筑工程中开展了混凝土轴向拉伸强度及变形性能的试验研究。 
 
  通过对双掺(减水剂及粉煤灰)混凝土的抗拉试验,发现混凝土随着荷载速率及养护条件,其极限拉伸和抗拉强度波动很大,在极翭速(接eBD导饰露群褪然郝浠俣?条件下,其极限拉伸可达(2~3)×10-4,显然这里包含了徐变变形,这对温度收缩应力是很有利的(在强度计算中用松弛系数乘以弹性应力与按变形计算增加极限拉伸是等同的)。 
  特别值得注意的是,混凝土中的较大含泥量及其它杂质可以明显地降低混凝土的抗拉性能,有的混凝土骨料中混入了有害膨胀物引起混凝土的崩裂,因此要求泵送混凝土必须遵循“精料供应”的原则。 
 
  合理的配筋,特别是构造配筋,细一点密一点可以提高混凝土的极限拉伸,推荐齐斯克列里经验公式。 
 
这是瞬时荷载作用下的公式,如果极慢速约束变形作用考虑徐变作用,至少可以增加一倍。 
 
6. 结构设计或施工中近似计算的模型选择 
 
  我国在工民建领域解决变形作用引起裂缝的问题主要是按混凝土设计规范采取设永久性变形缝的办法,根据现浇、预制、土中、室内、露天等条件,有明确的伸缩缝许可间距规定。该规定自从50年代沿用苏联规范规定,我们当时曾多次向苏联有关单位和苏联专家咨询有关规定的依据,他们的回答:“全凭经验”,采取相似规定的还有东欧及其它一些国家。 
 
  的确,该法解决了许多工程裂缝问题,其缺点是伸缩缝止水带经常渗漏并难以维修。更重要的是在实践中发生了许多反常现象:有的工程尺寸很小,却出现了严重开裂;另外也有的工程超长而未出现明显开裂,说明设缝与否,不是决定开裂与否的唯一因素。其它如材料级配、结构约束、结构配筋、施工工艺、养护条件以及环境温湿度气象条件等综合因素都影响结构约束内力及裂缝的出现。通过实际工程裂缝反算与现场推力试验,假定结构相互连续式约束采用水平弹簧模型,弹簧侧移刚度由试验和经验给出。推导出长墙中部正截面法向拉应力,端部剪应力,伸缩缝许可间距以及一再从中间开裂的机理,见参1.2。在排架及框架约束应力分析中提出了考虑弹性抵抗作用、装配式系数、徐变影响系数、开裂刚度及利用混凝土后期强度的计算发表于1957~1958年,见参考文献3、4、5、6。多年来通过裂缝处理实践近似理论计算进行了反复的校核与补充。

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责任编辑:xiaohan

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