钢筋混凝土结构设计中的裂缝控制措施

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钢筋混凝土是工程建设中最为常见的施工材料,其刚度、硬度、抗剪力、耐久性等都较为良好,因此在建设中用途广泛。裂缝一直是困扰钢筋混凝土的重要问题,裂缝的出现不仅对钢筋混凝土的质量造成严重影响,还形成了一些潜在的安全风险。本文将对钢筋混凝土结构设计中的裂缝危害以及裂缝类型进行具体的分析和研究,并对裂缝的控制措施进行深入探讨。为钢筋混凝土的裂缝控制提供参考。 一、裂缝对钢筋混凝土结构造成的危害

钢筋混凝土是工程建设中最为常见的施工材料,其刚度、硬度、抗剪力、耐久性等都较为良好,因此在建设中用途广泛。裂缝一直是困扰钢筋混凝土的重要问题,裂缝的出现不仅对钢筋混凝土的质量造成严重影响,还形成了一些潜在的安全风险。本文将对钢筋混凝土结构设计中的裂缝危害以及裂缝类型进行具体的分析和研究,并对裂缝的控制措施进行深入探讨。为钢筋混凝土的裂缝控制提供参考。


一、裂缝对钢筋混凝土结构造成的危害

1、钢筋混凝土结构内力重新分配

钢筋混凝土在实际的建筑结构中作为整体的结构部分,但所承受的力有所不同。钢筋所承受的是拉力,混凝土承受来自结构内部与外界的双重压力。当钢筋混凝土表面出现裂缝时,在裂缝处的钢筋和混凝土的受力能效丧失。钢筋所受的应力随之增大,而混凝土结构的整体性被破坏,随着裂缝的开展,混凝土受压区高度减小,压力应不断增大,指导混凝土被压坏。

2、钢筋混凝土结构的抗剪能力下降

裂缝的出现,混凝土结构遭到破坏,由整体变成多个部分。原有的抗剪作用也被裂缝分割成多个小面积部分,使得混凝土的抗剪力较为分散,抗剪面积减小,导致混凝土结构整体的抗剪性能急剧下降。

3、钢筋混凝土结构的刚度减小

当钢筋混凝土结构中所产生的裂缝较大、较深时,那么在裂缝截面的中性轴将随之发生位移,使得钢筋混凝土结构的变形机率增大,刚性减小,并随着裂缝的发展趋势而逐渐发生变化。

4、钢筋混凝土结构的疲劳度下降

钢筋混凝土中裂缝的产生不仅对整体的结构刚度产生影响,还对缩小钢筋混凝土结构的受力范围。由于钢筋混凝土长期处于拉力与压力的双重作用下,裂缝则会使结构的疲劳寿命受损,使得钢筋混凝土的疲劳度大大降低。

5、钢筋混凝土结构的强度降低

裂缝的出现会使得钢筋混凝土结构中的钢筋部分暴露在空气中,空气中大量的水分会使得钢筋表面被锈蚀碳化,还会改变混凝土的受力条件。长此以往,钢筋表面会被锈蚀,而混凝土会因此变质,使得钢筋混凝土结构的强度和刚性受到严重影响,如不能及时发现处理,将会严重影响建筑物的质量和运行安全性。


二、钢筋混凝土裂缝的种类及形式

1、钢筋混凝土裂缝的种类

第一,结构裂缝

结构裂缝是钢筋混凝结构中较为常见的一种裂缝形式。由于结构当中不同构件之间所产生的应力有所不同,因此在应力和刚度较为薄弱的区域,通常是在结构的截面处,较容易出现结构裂缝。如建筑物墙角处及钢筋混凝土楼板的板端处。

第二,温度裂缝

温度裂缝在钢筋混凝土结构中最为多见。由于混凝土具有热胀冷缩的特性,在受到外界温度的影响时,很容易出现干缩或膨胀的现象,这种裂缝在建筑的表面较为常见。

第三,构造裂缝

构造裂缝的形成对钢筋混凝土结构的影响较为严重。其裂缝产生的原因是由于在混凝土材料的配比中,水灰的比重过大,以及材料铺设出现松动和脱落,或是在混凝土的浇筑和振捣操作中没有按照规定的标准进行质量控制。另外,养护工作不到位、过早结束脱模工作等都会使钢筋混凝土结构出现构造裂缝。

第四,收缩裂缝混凝土结构在养护过程中

会逐渐的硬化、碳化及脱水,这一过程一直持续,即使达到28天龄期也不会停止,这一特性是水泥基混凝土的固有特性,再加上混凝土硬化时发生化学反应再失掉~部分水分,因此整个过程中均有混凝土收缩的现象出现,此时就会形成各种收缩裂缝。

2、钢筋混凝土裂缝的形式

第一,45o斜裂缝此种裂缝通常出现在建筑物墙角处,与水平面成夹角45o,因此被称为45o斜裂缝。

第二,长裂缝此种裂缝常出现在建筑物的楼面板及屋面板的上表面,是由于房间内预埋管线造成的混凝土裂缝,一般宽度较小,肉眼几不可见。

第三,不规则裂缝裂缝呈散叶状或龟裂状,一般出现在建筑结构项层部位。在钢筋混凝土结构的跨中及端部也会出现。


三、钢筋混凝土裂缝的限制范围

有关混凝土的现代实验已经证明了钢筋混凝土结构在使用之前就已经存在着微裂缝,混凝土结构的裂缝破坏就是这些微裂缝的扩展,因此钢筋混凝土结构产生裂缝具有必然性,所以在实际使用中,钢筋混凝土结构出现有限制的裂缝是允许的,各国对钢筋混凝土构件的裂缝宽均有宽度限值的规定,如美国ACI规定的混凝土裂缝限制值为:干燥空气中0.4mm,潮湿空气中为0.3mm;而我国的则是干燥空气中为0.3mm,潮湿空气中为0.2mm。一般的,混凝土出现微小裂缝时,只要修补措施做的适当,并不会影响结构的使用功能,另外,宽度在0.2mm以内的裂缝是可以自行愈合的,其愈合的原因是混凝土中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙,既而再与氢氧化钙结晶沉淀在裂缝内,结果就使得裂缝自行密实,犹如愈合一样,但愈合的前提条件是裂缝中不能有水的流动,水的流动会克服晶体之间的结合力并将沉淀的晶体带走,因此,对于一些地下钢筋混凝土结构,做好减水及防水措施对于防止混凝土裂缝的出现就显得极为重要。


四、当前钢筋混凝土结构裂缝控制设计方面存在的问题

1、未重视结构设计原则当前我国规范规定的结构设计原则为:建筑结构的设计必须要满足承载力极限状态及正常使用极限状态,前者是保证建筑结构不会发生破坏及失稳等破坏的极限标准,而后者则是保证建筑结构不出现超过正常使用状态的变形、裂缝以及可靠、耐久等其它影响正常使用的极限标准。当前许多设计人员只注重满足承载力极限状态,而正常使用极限状态却往往被忽视。

2、简化计算,导致与实际受力不符很多的设计人员在计算钢筋混凝土结构时,为求简单,往往将复杂受力体系简化为简单的结构,如将双向板当单向板计算,这样计算出的配筋往往与实际的受力情况不符,导致结构构件局部产生裂缝。

3、忽视了结构设计的整体性由于现在设计的分工,设计人员往往是你计算你的梁,我设计我的柱,忽视了结构本身的整体性及协调性,建筑结构的设计是一个整体性的设计,在计算以及配筋时,必须考虑到结构与结构之间、构件与构件之间的变形协调问题,同时,相临结构构件在角边处的应力影响现象也要重视。


五、钢筋混凝土结构的裂缝控制在结构设计方面的对策

1、合理简化结构体系根据实际情况,对复杂的结构体系进行合理简化,运用概念设计理念,对实际存在而又被忽略的变形及受力要在计算配筋时加以考虑,对于结构易出现裂缝部位,可根据经验采取适当的措施进行预防。

2、结构的形状及布置要尽量规则结构的形状及布置不规则时,由于各方向上结构的刚度不一,因此产生的变形也不尽相同,在结构的刚度薄弱处易形成裂缝。因此在设计时应尽量保证结构形状以及结构布置的规则性。

3、对板类构件裂缝控制采取防治措施对于易出现裂缝的屋面及楼面钢砼构件,在结构设计时可采用预应力混凝土,在楼面板预埋管线时,对管线进行支架固定,在管线交叉处要采用专门设计的接线盒以减少钢筋混凝土板的刚度削弱。


六、结语

钢筋混凝土结构裂缝是工程中常见的质量通病,但它的出现并非与荷载作用有直接的关系,大量的研究表明,裂缝的出现是由于结构自身的变形所引起的,要想尽量减少结构裂缝的出现,就必须在结构设计过程当中综合考虑各方面的因素,严格遵守相关设计规范及准则,当前预应力钢筋混凝土的出现,已经使得钢筋混凝土结构能够设计成为不开裂的形式,但如何进一步做好钢筋混凝土结构设计裂缝控制的工作,还是一个值得深入探讨的课题。

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