钢筋混凝土结构设计裂缝控制中存在的问题

摘要：裂缝的出现会降低钢筋混凝土结构自身的强度及耐久性，而控制裂缝的出现又可以从施工及设计方面来采取措施。关键词：裂缝控制；存在问题；防治措施中图分类号：s611文献标识码：a 文章编号：1 钢筋混凝土承受变形应力的特点。1.1“抗与放”设计。结构承受的约束作用分内约束(自约束)和外约束两类。结构的变形如果是完全自由的变形达到最大值，则内应力为零，也就不可能产生任何裂缝。如果变形受到约束，在全约束状态下应力达到最大值，而变形为零。在全约束与完全自由状态的中间过程，即为弹性约束状态，亦即自由变形分解成为约束变形和显现变形(实际变形)。实际变形越大，约束应力越小；实际变形越小，约束应力越大，这种约束状态与荷载作用下的结构受力状态有着根本区别。1.2约束内力与结构刚度的关系。外荷载作用下结构的内力只与荷载及结构几何尺寸有关，但在变形作用条件下，结构的约束内力不仅与变形作用及结构几何尺寸有关，尚与结构刚度有关，这是约束内力与荷载内力的重要区别。1.3钢筋混凝土与素混凝土裂缝控制的区别。任何未受荷载作用的混凝土，它的组合材料包括水泥、水、砂、石、外加剂及掺合料等组分相互物理化学作用硬化成为一种多空隙复合材料，由于初始温度收缩应力作用而在内部形成了许多微观裂缝，这种裂缝在外力作用下不断扩展，成为宏观裂缝，继续扩展则会导致素混凝土破坏。2裂缝对钢筋混凝土结构造成的危害2.1钢筋混凝土结构受力重新分配钢筋混凝土结构正常使用时，钢筋抵抗拉力，混凝土则抵抗压力，当钢筋混凝土结构开裂之后，裂缝处的钢筋与混凝土锚固失效，钢筋的应力变化极大，混凝土由整体变为破碎的各部分，上部混凝土受压区高度相对变小，压应力也急剧增长。2.2钢筋混凝土结构的抗剪能力下降当钢筋混凝土结构开裂之后，混凝土由一个整体被分为各支离破碎的部分，混凝土的各个截面不再完整，使得起到抗剪作用的净截面面积减小，整体的抗剪能力大幅度下降。2.3钢筋混凝土结构的刚度减小钢筋混凝土结构开裂比较严重时，裂缝截面处的中性轴上移，结构的变形加大，刚度减小，整体挠度随着裂缝的发展而激增。2.4钢筋混凝土结构的疲劳度下降裂缝的出现不但降低了结构的整体刚度，还使得钢筋及混凝土长时间处于高应力拉压状态，降低了它们的疲劳寿命，从而降低了整体结构的疲劳度。2.5钢筋混凝土结构的强度降低裂缝的出现致使结构中的钢筋外露，空气及水分中有腐蚀作用的成分侵入混凝土内部，引起钢筋锈蚀及混凝土质变，导致整个结构强度逐渐降低，强度的降低又会加大裂缝的扩展，最终造成结构的受力性能进一步恶化，钢筋混凝土结构的耐久性及使用性能严重下降。3钢筋混凝土裂缝的种类及形式3.1钢筋混凝土裂缝的种类3.1.1结构裂缝对于现浇的钢筋混凝土结构，不同的结构构件之间刚度往往是不同的，因此这就容易造成一些结构中形成相对刚度薄弱区，就是在这些相对薄弱部分及结构的截面突变处，易出现结构裂缝破坏，如建筑物墙角处及钢筋混凝土楼板的板端处。3.1.2温度裂缝 温度裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的裂缝，它的形成是由于外界温度变化较大，混凝土随着温差而发生热胀冷缩，这种裂缝常出现在建筑结构的屋面层。3.1.3构造裂缝造成钢筋混凝土结构出现构造裂缝的原因主要有混凝土的水灰比过大、模板的滑动、混凝土浇筑时未充分振捣等。除此之外，支架下沉、脱模过早，混凝土养护工作未做好也会造成钢筋混凝土结构出现构造裂缝。3.1.4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一部分水分，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。3.2钢筋混凝土裂缝的形式34.2.1 450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450，因此被称为450斜裂缝。3.2.2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。3.2.3不规则裂缝裂缝呈散叶状或龟裂状，一般出现在建筑结构顶层部位。在钢筋混凝土结构的跨中及端部也会出现。4钢筋混凝土裂缝的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。5当前钢筋混凝土结构裂缝控制设计方面存在的问题5.1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。5.2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。5.3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。6钢筋混凝土结构的裂缝控制在结构设计方面的对策6.1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。6.2结构的尺寸设计要适当前文已经提到，温差及材料的变形均会导致钢筋混凝土结构开裂，当结构的尺寸过长时，结构因温差及材料的变形所引起的应力就会越大，此时建筑的墙体与楼板易出现横向裂缝，经统计发现，结构的应力与其长度呈非线性关系，因此在设计时必须要保证结构的尺寸满足设计规范要求，以防止或减少结构裂缝的出现。6.3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。6.4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硅构件，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。7结束语钢筋混凝土楼板裂缝是工程常见的质量通病，只有在设计过程中针对各影响因素考虑全面、细致，严格遵守设计规范，才能大大减少钢筋混凝土产生裂缝的可能。参考文献：1何森;;现浇钢筋混凝土楼板裂缝的成因和防治措施[j];中国新技术新产品;2010年01期注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。