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钢筋混凝土结构裂缝的成因及加固方法  

2018-04-12 14:29:33|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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设计结构采用安全储备偏小,不做挠度及裂缝验算,结构体系变化显著。结构构件配筋不合理,设计中刚度不足,仅按构造配筋,不能满足构件的实际要求,容易出现应力集中,在薄弱处产生各种受力裂缝。钢筋混凝土构件受酸性、盐类介质腐蚀,容易使混凝土里的钢筋生锈,促使混凝土保护层纵向开裂,甚至大面积剥落。

关键词:钢筋混凝土,结构,裂缝,加固原则

  1.钢筋混凝土结构构件产生裂缝的机理

   混凝土是由水泥、骨料、水及一些气泡组成的多相非均匀复合材料。由于各种材料的力学性能存在差异,在混凝土硬化过程中,混凝土内部产生粘着细微裂缝,包括骨料与水泥浆粘结面上裂缝、水泥浆裂缝和骨料自身裂缝。这些裂缝呈现不规则分布,一般情况下不贯通。微观裂缝的存在是材料固有的物理性质[1],是不可以避免的。民用建筑中,一般认为宽度小于0.05mm的裂缝无危害,故通常假定裂缝小于0.05mm的结构为无裂缝结构。论文参考网。

  钢筋混凝土构件在使用过程中,钢筋和混凝土一起承受荷载,两者的弹性模量E不同,导致变形不同。如果混凝土承受的拉应力大于混凝土的抗拉强度,这些细微裂缝会相互贯通,裂缝宽度迅速增大,当裂缝宽度超过0.05mm时,便产生了肉眼可以看见的宏观裂缝。钢筋混凝土可见裂缝的产生和展开,是混凝土与钢筋之间不能再保持变形协调而出现相对滑动的结果[2]。

  2.裂缝产生原因及裂缝形态

  2.1设计因素

  设计结构采用安全储备偏小,不做挠度及裂缝验算,结构体系变化显著。结构构件配筋不合理,设计中刚度不足,仅按构造配筋,不能满足构件的实际要求,容易出现应力集中,在薄弱处产生各种受力裂缝。

  2.2材料引起混凝土裂缝

  材料选配不当,如水泥品种选用不当,强度不足,容易在荷载作用下产生各种受力裂缝;采用水泥浆的配比不合理,粗骨料的用量大,易形成不规则网状裂缝,继而导致混凝土脱落;水泥、骨料含有过量的有害物质,如骨料含活性SiO2,随时间增长,混凝土膨胀,出现裂缝呈龟背纹状;水泥水化热过高,出现等距离的直线形裂缝;外加剂使用不当,钢筋锈蚀后,体积膨胀产生沿钢筋纵向裂缝。

  2.3施工引起混凝土裂缝

  混凝土搅拌、运输时间太长、气温高、风速大,使水分大量蒸发,引起混凝土浇筑时坍落度太低,混凝土出现不规则的网状裂缝;塑性混凝土下沉,被上部钢筋阻碍,形成沿钢筋纵向的裂缝;施工时由于管理不当,施工人员踩塌已经绑扎好的上层钢筋,浇筑时混凝土的保护层加大,构件横截面的有效高度减小,形成沿构件支承边缘并垂直于构件受力钢筋方向的裂缝;在混凝土振捣不密实处,出现空鼓,易成为各种受力裂缝的起点;昆凝土浇筑速度太快,容易在柱、板、梁的交接处形成纵向裂缝;模板变形、模板支撑下沉混凝土都会在相应部位产生裂缝。

  2.4 荷载作用引起混凝土裂缝

  钢筋混凝土构件受力状态有拉伸、压缩、扭转、剪切、弯曲和因沉降、收缩、温度变形产生的约束。中心受拉构件,垂直于受力钢筋纵向出现裂缝,贯穿构件全截面,大体等间距;中心受压构件,在平行于受力方向出现短而密的平行裂缝,混凝土保护层有脱落现象;受扭转构件,在构件腹部出现多条450方向斜裂缝,并向周围以螺旋状展开;受剪切构件,与主筋约450方向产生相互平行的斜裂缝;受弯、大偏心构件,在弯矩最大的危险截面附近从受拉边缘出现横向裂缝,并逐步向中性轴发展。

  2.5使用环境影响产生裂缝

  环境温湿度的变化容易在结构的节点处产生裂缝,如果构件(一般为墙体)两侧温度、湿度差别太大,则容易在构件的一侧产生裂缝;钢筋混凝土构件受酸性、盐类介质腐蚀,容易使混凝土里的钢筋生锈,促使混凝土保护层纵向开裂,甚至大面积剥落;构件表面受火灼热后,整个构件出现龟裂。

  3.带裂缝结构的加固

  3.1加固原则

  对于不影响结构承载力的裂缝,根据裂缝起因、性状和大小采用不同的封护方法进行修补。对于因开裂而降低承载力的结构,应采用加固措施。结构加固是通过一些有效措施,使受损结构构件恢复原有的结构功能[4]。加固方案应合理可靠、经济实惠、方便施工,尽量减少对原建筑的损坏[5]。根据裂缝的状况,考虑结构上的荷载、使用环境、不同部位加固的难易程度及加固工程的各种制约条件,选用适当的加固方法和加固材料。

  加固材料的选用应遵循如下要求:

  加固用钢材一般选用I级钢和Ⅱ级钢。加固用水泥采用普通硅酸盐水泥,标号不应低于32.5号。加固的混凝土强度等级不应低于C20,还应比原结构混凝土等级提高一级。混凝土中不应掺人粉煤灰、高炉矿渣等混合材料。加固所用粘结材料及化学灌浆材料的粘结强度应高于被加固结构混凝土的抗拉、抗剪强度。

  3.2增大截面法

  增大截面法采用与原结构相同的材料,增大构件的横截面尺寸,提高构件承载力和刚度的一种传统加固法。这种方法工艺简单、适用范围广。缺点是施工期间建筑结构不能正常使用且周期长。此外,由于增大构件截面,在增加构件自重的同时减少了使用空间;外包钢加固法在结构构件的周围包以型钢进行加固。该方法在基本不增大构件截面尺寸的情况下增加构件的延性和刚度,提高承载力。这一方法特别适用于大跨度的受弯或受压结构构件,但加固费用较高;预应力加固法采用高强度钢筋或型钢对构件增设预应力钢拉杆或型钢撑杆。一种在原构件体外通过锚固端与支撑点施加预应力,另一种先张拉构件再浇筑混凝土,通过新旧混凝土间的粘结来传递力[6]。加固时,通过施加预应力,使体外的拉杆或压杆与被加固构件共同受力,改变原结构内力分布、降低原结构的应力水平,提高结构承载能力和刚度。论文参考网。该方法广泛应用于梁、板等受弯构件。加固后减小构件的挠度、缩小裂缝宽度甚至可以使裂缝完全闭合;外部粘贴加固法是用粘结剂将钢板或纤维等复合材料粘贴到构件需要加强的部位,常用于承受静力作用下的受弯或受拉构件。该方法施工简便、周期短、对环境影响小、加固后不影响结构外观;辅助结构加固法直接用设置在被加固构件位置处的型钢、钢构架或其他预制构件分担被加固构件的荷载。该方法避免拆除工作,施工简单,大幅提高结构承载能力,但连接构造比较复杂,占用空间大;注浆加固法利用压力把粘结性能较好的材料注入被加固构件内部的空隙中,以提高被加固构件的完整性、密实性,增加材料的强度。论文参考网。

    3.3增设构件加固法

  增设构件加固法是在原有构件基础上增加新的构件,以减少原有构件的受荷载面积,达到加强结构的目的;增设支点加固法是在梁、板等构件上增设支点,在柱子、屋架间增设支撑构件,减少结构构件的计算跨度,减少荷载效应;增加结构整体性加固法通过增设支撑等将多个结构构件形成整体,共同工作。由于整体结构破坏概率明显小于单个构件,该方法在不加固原有结构构件的情况下提高了结构的承载力;改变结构刚度比加固法通过改变结构的刚度比,使结构内力重新分布,达到改善结构受力状况;卸载加固法采用新型建筑材料置换原有的建筑分隔或装饰材料,以减轻荷载,提高结构的可靠性。

  3.4加固后结构

  加固工程结束后,应确认加固结构的承载力是否恢复。确定承载力恢复的方法有:裂缝追踪调查,确认裂缝稳定不再扩展。采用预应力方法进行加固时,要确认裂缝是否已经闭合;测定钢筋或混凝土的应变;测定结构的振动特性;测定构件的挠度。

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