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                天津鋼筋混凝土梁裂縫的分析與處理

                 裂縫是固體材料中的某種不連續現象,屬于材料強度理論范疇。工程裂縫現象是各類建(構)筑物中普遍存在的一種質量缺陷。

                       裂縫是固體材料中的某種不連續現象,屬于材料強度理論范疇。工程裂縫現象是各類建(構)筑物中普遍存在的一種質量缺陷。


                  裂縫及其擴展是結構破壞和倒塌的先兆,裂縫降低了結構的承載力,裂縫引起鋼筋銹蝕、混凝土碳化、保護層脫落、滲漏及構件持久強度的降低等。

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                  對混凝土的細觀研究及工程實踐證明,裂縫是難于避免的,是一種材料特征,如對建筑物抗裂要求過高,將會付出巨大的經濟代價。結構設計是以極限承載力為基礎,但大多數工程的適用標準卻是由裂縫控制,世界上絕大多數都是以其經濟能力來決定對建筑物裂縫控制的寬嚴程度。


                  裂縫按成因分為主應力裂縫、次應力裂縫和變形(溫度、濕度、地基變形)裂縫;按形狀分為表面裂縫、貫穿裂縫、豎向裂縫、水平裂縫、斜裂縫、外寬內窄裂縫、上寬下窄裂縫、上窄下寬裂縫、棗核形裂縫和對角線式裂縫;按裂縫擴展狀態分為愈合裂縫、閉合裂縫、運動裂縫、穩定裂縫和不穩定裂縫。


                  按極限狀態設計理論,工程設計必須滿足承載力極限狀態和正常使用極限狀態。承載力極限狀態是建筑物安全需要,正常使用極限狀態是從生產、生活、精神方面的要求?;炷两Y構更大裂縫寬度控制標準根據環境和使用條件來制定(無腐蝕介質、無防滲要求時為0.3—0.4mm;輕微腐蝕、無防滲要求時為0.2—0.3mm;嚴重腐蝕、有防滲要求時為0.1—0.2mm)。普通鋼筋混凝土構件內力接近30%極限荷載(混凝土應力達到抗拉強度、鋼筋應力達到50一60MPa)時出現裂縫,裂縫寬度在0.05—0.1mm,這種裂縫不影響結構安全,還可承受70%-一80%極限荷載;許多工程的梁式結構、框架結構僅在自重作用下出現受拉區開裂或剪力區主拉應力裂縫;有的因拆模過早、抗拉強度不足,裂縫是常見的,但其極限承載力不會降低,總的安全度不變。變形裂縫較多出現在剛架、特種結構、組合結構等超靜定結構中,但這類結構承載力安全儲備充足,韌性良好,能適應較大變形而不致倒塌。處理這類裂縫時,可根據裂縫出現后應力衰減情況從寬控制。


                  實踐表明,有些裂縫是無害的,或者其害處是可為人類所控制的。對工程結構裂縫特征、機理和控制的研究,是有現實意義的。雖然,國內外的專家、學者在這方面積累了一些經驗和技術資料,但尚嫌不足,為此,本文作者經長期系統地試驗和整理,并提升到理論高度進行了綜合分析?,F就對于混凝土梁裂縫特征、開裂原因的分析和裂縫處理方法總結如下。


                  2鋼筋混凝土梁式構件裂縫與處理


                  2.1鋼筋混凝土梁側面豎向裂縫和龜裂縫


                  鋼筋混凝土梁側面豎向裂縫和龜裂縫如圖1所示。這類裂縫特征:豎向裂縫一般沿梁長度方向基本等距,裂縫高度多在梁高中部,呈中間大兩頭小的趨勢,深淺不一,嚴重時,裂縫深度可達100—200mm,更嚴重時,則出現穿透裂縫;龜裂縫多在梁上下邊緣出現,且沿梁長非均勻分布,裂縫深度淺,為表層裂縫。開裂原因:產生豎向裂縫的原因是混凝土養護時澆水不夠,特別是在拆模后未做潮濕養護,夏季施工時易于發生,是一種干縮裂縫;產生龜裂縫的原因是模板澆水不夠,特別是采用未經水濕透的木模時,容易產生這種裂縫??刂铺幚恚簩@類裂縫,裂縫寬度小于0.1mm的可不處理;裂縫寬度為0.1~0.3mm的作表面封閉處理;裂縫寬度為0.3~1.0mm的可用環氧樹脂漿液灌注;裂縫寬度大于1.0mm的可用微膨脹水泥漿液修補,修補前,應在裂縫表面涂刷一層水泥漿界面劑。對比較嚴重的龜裂縫,因其混凝土強度較低,甚至出現剝皮掉角現象,則應將疏松部分清除并鑿毛,用高強度水泥砂漿嵌補。


                       2.2鋼筋混凝土梁水平順筋裂縫


                  鋼筋混凝土梁水平順筋裂縫如圖2所示。這類裂縫特征:裂縫與鋼筋方向一致,較多出現在已交工使用一段時間后的鋼筋混凝土梁上,隨著時間的推移,有逐漸發展的趨勢。裂縫原因:鋼筋銹蝕、氧化鐵膨脹所致,更進一步是混凝土保護層過薄,使用了含氯外加劑,使用環境中富含腐蝕性氣體或液體侵入混凝土,工業廠房中常見這種裂縫。鋼筋混凝土梁水平順筋裂縫會導致鋼筋和混凝土之間的粘結率降低,甚至危及結構安全和耐久性,因此,需進行補強加固處理。預防措施包括:設計時,考慮加大保護層厚度;施工時,將鋼筋骨架固定好后,主筋下部加墊塊,確?;炷帘Wo層厚度;使用不含氯化物的外加劑;對鋼筋混凝土梁做好防腐處理并做好維護。


                       加固處理:一般情況下,先將裂縫用環氧膠泥嵌補,然后,采用外包型鋼加固、外包鋼筋混凝土套加固、預應力水平拉桿加固、預應力下撐式拉桿加固、粘鋼加固等技術措施進行加固處理。


                  2.3鋼筋混凝土梁集中荷載處的裂縫


                  鋼筋混凝土梁集中荷載處的裂縫如圖3所示。這類裂縫特征:在次梁與主梁交接處,次梁下面兩側出現斜向裂縫,屬荷載作用裂縫。裂縫原因:設計或施工混凝土強度過低,設計加密箍筋或吊筋配筋不足,施工時鋼筋上移。預防措施:按規范規定設計橫向鋼筋,施工時,應保證混凝土施工質量和鋼筋定位準確。這類裂縫通常需進行加固處理。處理方法:采用粘鋼板加固技術措施進行加固處理。


                       2.4鋼筋混凝土主梁兩端上部斜裂縫


                  鋼筋混凝土主梁兩端上部斜裂縫如圖4所示。這類裂縫特征:裂縫分布在主梁兩端上部,呈斜向裂縫,裂縫寬度表現為上口大下口??;裂縫多在交工使用后出現。裂縫原因:主梁兩端有較強約束造成,如薄腹梁兩端上部有剛性較大的天窗架,由于天窗架與薄腹梁兩端預埋件焊牢,則當薄腹主梁在荷載作用下變形時,在梁兩端產生一定的彎矩和剪力,造成梁端出現裂縫。預防措施:在梁端配置一定數量的構造鋼筋。處理方法:一般情況下,采用粘鋼加固技術措施進行加固處理。


                       2.5鋼筋混凝土連續梁負彎矩裂縫


                  鋼筋混凝土連續梁負彎矩裂縫如圖5所示。這類裂縫特征:裂縫出現在近支座部位或主次梁交接部位,裂縫寬度上大下小,至梁下口受拉主筋處閉合。裂縫原因:鋼筋混凝土梁上口負彎矩過大,導致負彎矩受拉區開裂。預防措施:在梁端配置一定數量的構造鋼筋。處理方法:采用粘鋼加固技術措施進行加固處理。


                       2.6鋼筋混凝土梁垂直裂縫和斜裂縫


                  鋼筋混凝土梁垂直裂縫和斜裂縫如圖6所示。這類裂縫特征:垂直裂縫多出現在梁跨中部位,鋼筋混凝土梁垂直裂縫和斜裂縫多出現在梁兩端;這類裂縫多在施工階段或使用階段出現,屬典型的荷載裂縫。裂縫原因:主要有設計和施工兩個方面的原因,設計截面尺寸選擇不當、正截面受拉主筋配筋不足、斜截面橫向箍筋配筋不足等因素,均可導致產生鋼筋混凝土梁垂直裂縫和斜裂縫;施工時,混凝土實際強度偏低、受拉主筋上浮移位或少放、斜截面橫向箍筋少放、施工荷載超載等因素,也會導致產生鋼筋混凝土梁垂直裂縫和斜裂縫;使用荷載過大,也會產生這類裂縫。鋼筋混凝土梁垂直裂縫和斜裂縫是典型的荷載裂縫,嚴重時,將危及結構安全使用,因此,需查明產生裂縫的原因,針對不同情況和危害程度進行補強加固處理。處理方法:一般情況下,先將裂縫用環氧膠泥嵌補,然后,采用外包型鋼加固、外包鋼筋混凝土套加固、預應力水平拉桿加固、預應力下撐式拉桿加固、粘鋼加固、u形箍加固等技術措施進行加固處理。


                       2.7鋼筋混凝土梁受壓區裂縫


                  鋼筋混凝土梁受壓區層狀裂縫如圖7所示。這類裂縫特征:裂縫出現在鋼筋混凝土梁受壓區附近,水平裂縫和垂直裂縫交織,形成網狀。裂縫原因:鋼筋混凝土梁受壓區配筋不足,設計截面尺寸選擇不當;施工時,混凝土實際強度偏低,受壓區主筋下浮移位或少放,施工荷載超載,使用荷載過大,也會產生這類裂縫。鋼筋混凝土梁受壓區層狀裂縫,是典型的荷載裂縫,嚴重時,將危及結構安全使用。處理方法:一般情況下,在受壓區采用粘鋼加固技術措施進行加固處理。


                      2.8鋼筋混凝土圈梁、框架梁、基礎梁斜裂縫


                  如圖8所示,這類裂縫特征一般呈斜向裂縫,較集中在跨中部位,但有時也可能出現在端部(如框架梁),且貫穿整個梁高。裂縫原因:主要是基礎不均勻沉降所引起,裂縫高端指向地基不均勻沉降方向。圖8所示鋼筋混凝土圈梁、框架梁、基礎梁斜裂縫,是比較典型的基礎不均勻沉降裂縫,嚴重時,將危及建筑物安全使用。因此,在處理這類裂縫以前,首先應查明基礎下沉的原因,并采取措施確保地基不再繼續下沉,再進行補強加固處理。處理方法:采用外包型鋼加固和粘鋼板加固技術措施進行加固處理。

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                       2.9鋼筋混凝土屋面梁溫度裂縫


                  對176根屋面大梁檢查,其中,82根薄腹梁、88根花籃梁、6根預制裝配梁均有貫穿性裂縫。用矩形梁和花籃梁比對試驗,結果矩形梁因表面用油氈隔離、屋面板熱膨脹而梁溫度應力極小而未開裂,花籃梁開裂。裂縫形態如圖9所示。A型裂縫,原因是梁的跨度大而配筋率較小,裂縫一直延伸到梁底,裂縫間距0.7~1.0m左右,跨中集中,更大寬度1~2mm,大梁初看很危險,其實裂縫對大梁撓度的增加相對于正常使用荷載下的撓度仍很小。B型裂縫主要出現在跨度較小、配筋率較高的大梁上,裂縫寬度較小,間距0.7~1.0m左右,形狀兩頭小中間大。C型裂縫主要出現在跨度小、配筋高的大梁上,裂縫寬度小于0.3mm,間距一般均在0.7~1.0m左右,裂縫位置均在主筋以上。治理方案:可增加屋面大梁的配筋率,縮小開間,在梁底端部增加正彎矩鋼筋在梁的腹部增加溫度筋,梁板問用油氈作隔離層,消除溫度應力的影響,裂縫超過規范要求時,則用粘接材料修補,以免鋼筋銹蝕。


                       3小結


                  以上對工程中常見的鋼筋混凝土梁式結構裂縫進行了歸納,對其裂縫特征、開裂原因、預防措施和治理方法進行了總結,對鋼筋混凝土梁式結構裂縫控制技術的研究,在實際過程中積極預防,對已出現的質量問題有針對性的進行處理,保證工程施工質量。


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