混凝土結(jié)構(gòu)設計裂縫的成因及加固方法
2016-02-29
1、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因
結(jié)構(gòu)裂縫的成因復雜而繁多，比如：溫濕度的變化；混凝土的不均勻性；結(jié)構(gòu)不合理；原材料不符合要求；水灰比過大；基礎不均勻沉降和模板變形；養(yǎng)護不及時等。綜合混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因，大致可劃分如下幾類：
1.1施工引起的裂縫
在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、制作、拆模、運輸、吊裝等過程中，若施工不規(guī)范，工藝不合理，容易產(chǎn)生裂縫。比較常見的有：
1.1.1混凝土保護層過厚，或現(xiàn)場施工時踩塌已綁扎的上層鋼筋沒有進行修復，使承受負彎矩的受力筋保護層加厚，而形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。
1.1.2混凝土振搗不密實，出現(xiàn)空洞，導致鋼筋銹蝕或其他荷載裂縫的起源點。
1.1.3混凝土攪拌、運輸時間過長，使水分蒸發(fā)過多，引起塌落度過低，或加大水灰比，出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。
1.1.4混凝土初期養(yǎng)護不到位，使得混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。
1.1.5支架預壓不夠；模板剛度不夠；拆模過早等，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。
1.2荷載引起的裂縫
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在常規(guī)靜、動荷載及次應力下產(chǎn)生直接應力和次應力兩種裂縫。
1.2.1直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產(chǎn)生的裂縫
在設計方面，計算模型不合理；內(nèi)力與配筋計算錯誤；設計斷面或結(jié)構(gòu)剮度不足等。在施工方面，對設計意圖理解不清，改變結(jié)構(gòu)受力模式；預制構(gòu)件起吊、運輸、安裝、現(xiàn)場搗制等不規(guī)范。
1.2.2次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產(chǎn)生裂縫
在設計外荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)物的實際工作狀態(tài)與常規(guī)計算有出入，從而在某些部位引起次應力導致結(jié)構(gòu)開裂。
結(jié)構(gòu)中的鑿槽、開洞、設置牛腿等，在常規(guī)計算中難以用準確的圖式進行模擬計算，一般根據(jù)經(jīng)驗設置受力鋼筋。研究表明，受力構(gòu)件挖孔后，力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，在孔洞附近密集，產(chǎn)生大的應力集中。在這些結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處或構(gòu)件形狀突變處容易出現(xiàn)裂縫。實際工程中，次應力裂縫是產(chǎn)生荷載裂縫的最常見原因。
1.2.3溫度變化和混凝土收縮引起的裂縫
混凝土在凝結(jié)硬化過程中，由于水泥釋放大量的水化熱，在表面和內(nèi)部先后出現(xiàn)較大的溫差變化而引起拉應力；外部氣溫驟降也會在混凝土表面引起較大的拉應力，當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時即會產(chǎn)生裂縫。
1.4凍脹引起的裂縫
溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件。大氣氣溫低于零度對，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應力，使混凝土產(chǎn)生裂縫。
1.5材料質(zhì)量引起的裂縫
混凝土主要由水泥、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，可導致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。
水泥安定性不良，過期受潮，含堿量較高；骨料粒徑超標、級配不良、雜質(zhì)含量超標等而影響混凝土的強度，使混凝土收縮加大；采用氯化物等雜質(zhì)含量較高的拌和水及含堿的外加劑等，均可能影響結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。
2、 混凝土裂縫的處理
在現(xiàn)實工程實踐中,裂縫是不可能避免的。對裂縫的處理,首先要分析其形成原因,是由設計、施工、材料還是其它因素引起的?；炷翗?gòu)件的裂縫大致分三類。第一類是很細小的裂縫,或者說是規(guī)范所允許范圍內(nèi)的裂縫，這種裂縫一般不需要處理；第二類是超出規(guī)范允許范圍內(nèi)的,但并不影響結(jié)構(gòu)安全問題的裂縫，這種裂縫一般需經(jīng)處理后才能滿足使用功能以及結(jié)構(gòu)耐久性等；第三類是裂縫較大,影響到結(jié)構(gòu)安全性的裂縫,這種裂縫的構(gòu)件往往需要進行結(jié)構(gòu)加固處理或拆除重建。
處理方法大致兩種,一是抹面處理,材料可為高強微膨脹砂漿、抗?jié)B聚合物砂漿或用環(huán)氧玻璃封閉;二是壓力灌漿法,材料可為水泥灌漿、水泥—水玻璃灌漿、環(huán)氧樹脂以及現(xiàn)在所應用的一些化學聚合物等。
3 、混凝土結(jié)構(gòu)加固的方法
3.1預應力加固法
3.1.1預應力水平拉桿固法
預應力水平拉桿加固的混凝土受彎構(gòu)件，由于預應力和新增外部荷載的共同作用，拉桿內(nèi)產(chǎn)生軸向拉力，該力通過桿端錨固偏心地傳遞到構(gòu)件上（當拉桿與梁板底面緊密貼合時，拉桿會與構(gòu)件共同找曲，此時尚有一部分壓力直接傳遞給構(gòu)件底面），在構(gòu)件中產(chǎn)生偏心受壓作用，該作用克服了部分外荷載產(chǎn)生的彎矩，減少了外荷載效應，從而提高了構(gòu)件的抗彎能力。同時，由于拉桿傳給構(gòu)件的壓力作用，構(gòu)件裂縫發(fā)展得以緩解、控制，斜截面抗剪承載力也隨之提高。
由于水平拉桿的作用，原構(gòu)件的截面應力特征由受彎變成了偏心受壓，因此，加固后構(gòu)件的承載力主要取決于壓彎狀態(tài)下原構(gòu)件的承載力。
3.1.2預應力下?lián)卫瓧U加固法
鋼筋混凝土構(gòu)件采用預應力下?lián)问嚼瓧U加固定后，形成一個由被加固構(gòu)件和下?lián)问嚼瓧U組成的復合超靜定結(jié)構(gòu)體系，在外荷載和預應力共同作用下，拉桿中產(chǎn)生軸向力并通過與構(gòu)件的結(jié)合點（下?lián)吸c和桿端錨固點）傳遞給被加固構(gòu)件，抵消了部分外荷載，改變了原構(gòu)件截面內(nèi)力特征，從而提高了構(gòu)件的承載能力。
該法能降低被加固構(gòu)件的應力水平，不僅使加固效果好，而且還能較大幅度地提高結(jié)構(gòu)整體承載力，但加固后對原結(jié)構(gòu)外觀有一定影響；適用于大跨度或重型結(jié)構(gòu)的加固以及處于高應力、高應變狀態(tài)下的混凝土構(gòu)件的加固，但在無防護的情況下，不能用于溫度在60℃以上環(huán)境中，也不宜用于混凝土收縮徐變大的結(jié)構(gòu)。
3.2置換混凝土加固法
該法的優(yōu)點與加大截面法相近，且加固后不影響建筑物的凈空，但同樣存在施工的濕作業(yè)時間長的缺點；適用于受壓區(qū)混凝土強度偏低或有嚴重缺陷的梁、柱等混凝土承重構(gòu)件的加固。
3.3有粘結(jié)外包型鋼加固法
外包鋼加固是把型鋼或鋼板包在被加固構(gòu)件的外邊，外包鋼加固鋼筋混凝土梁一般應采用濕式外包法，即采用環(huán)氧樹脂化灌漿等方法把型鋼與被加固構(gòu)傭粘結(jié)成一整體，加固后的構(gòu)件，由于受拉和受壓鋼截面面積大幅度提高，因此正截面承載力和截面剛度大幅度提高。
該法也稱濕式外包鋼加固法，受力可靠、施工簡便、現(xiàn)場工作量較小，但用鋼量較大，且不宜在無防護的情況下用于60℃以上高溫場所；適用于使用上不允許顯著增大原構(gòu)件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。
3.4增加支承加固法
增設支點加固法是通過減少受彎構(gòu)件的計算跨度，達到減少作用在被加固構(gòu)件上的載載效應，提高結(jié)構(gòu)承載水平的目的。該法簡單可靠，但易損害建筑物的原貌和使用功能，并可能減小使用空間；適用于具體條件許可的混凝土結(jié)構(gòu)加固。
3.5其它加固法
輔助結(jié)構(gòu)加固法是采用另制的輔助構(gòu)件，如型鋼、鋼桁架或鋼筋混凝土梁，部分或全部分擔被加固梁的荷載。
在支座附近加腋后，支座附近截面的有效高度提高了，因此，截面的抗彎和抗剪能力都得到提高。
4 、結(jié)語
在建設中,我們應該選擇合適的加固方法,同時還應考慮其是否具有良好的施工性、是否經(jīng)濟等方面。隨著現(xiàn)代建筑科學技術(shù)的不斷進步,新型建筑材料不斷出現(xiàn),混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)會有更大發(fā)展,加固方案的選擇范圍也將具有更為廣泛的空間。
