混凝土构件为什么会开裂--认识“约束”概念（一）

本文来自微信公众号：施工技巧（sgjq-2020）

一、看到混凝土开裂了，很快就会想到可能是收缩导致的，没错，因为工程项目中80%的裂缝和混凝土收缩有关。但是混凝土收缩就一定会开裂么？看下图1，图中一块尺寸很大的基础板浇筑在地基上。图中的小圆圈代表很多滚珠，表示板伸缩变形时，地基对混凝土构件没有阻碍。

基础板可自由伸缩变形

由于基础对板收缩变形时，没有阻碍或者说没有约束，不管板尺寸多大和变形多么大，基础板内都不会产生拉力，当然不会导致板开裂。

二、再看图2，假如基础板浇筑在凹凸不平的岩石地基上。由于地基对板变形有强大的约束，会导致基础板出现大量裂缝。

基础板浇筑在凹凸不平的岩石地基上

三、图3中的基础梁，同样由于基础对梁的巨大约束，梁中会出现贯穿裂缝。

基础对基础梁变形完全约束

四、为便于理解约束的概念，上面举的几个例子，是两种极端情况，一种是完全自由变形即自由度为100%的约束，这种约束的刚度为零。另一种完全固定即自由度为零的约束，这种约束的刚度为无限大。实践中大多数情况的约束自由度介于0~100%之间，也就是弹性约束。

五、混凝土收缩的原因很多，为便于理解，主要可分为温度降低和硬化过程的收缩两类。那么混凝土收缩为什么会导致开裂呢？

混凝土开裂一定是受到了拉应力，并且这个拉应力超过了混凝土抗拉强度就会开裂。而混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/10~1/18，相差一个数量级，也就是说抗拉强度很低，容易拉裂。

六、那这个拉力是从哪里来的呢？看图4的理解模型，可把图中基础梁看成有弹性的橡皮筋。假设约束A、B不动，如果橡皮筋有缩短的趋势，生活经验告诉我们，橡皮筋受到的拉力也会慢慢增大。混凝土收缩时受到的拉力就是这么来的。

七、如果基础梁缩短10mm，约束B也向A移动10mm，则基础梁受力不变，即自由度100%。与图1类似。

如果基础梁缩短10mm，约束B不动，则基础梁受力增加最多，即自由度0。约束B就是固端约束。与图2、图3类似。

如果基础梁缩短10mm，约束B向A移动4mm，则基础梁受力增加，即自由度60%。约束B就是弹性约束，即满足了部分变形。工程中大部分是这样的约束。

今天讲的约束，是混凝土构件的外约束，即与研究构件相接触的另外的构件，对研究构件产生的约束。关于理解约束概念后的应用，指导我们如何减少裂缝，后面的文章会继续探讨。