混凝土结构拉缝分析及控制技术

 施工工艺     |      2019-03-27 11:45
随着基础建设的迅速发展,桥梁建设中大体积混凝土应用越来越多,混凝土在现代桥梁工程建设中已经占据了非常重要的地位,不论什么样的桥梁,大都是采用钢筋混凝土结构,因为该建筑材料价廉物美,施工方便,承载力大,可装饰强的特点,日益受到人们的欢迎。在我国不论是铁路工程、公路工程还是其它工程建设,钢筋混凝土的应用面可以说是无处不在。但是,在使用混凝土的同时,由于对混凝土的性能了解不深,在工程完毕后的十几天,一个月或者更长一点的时间后,混凝土结构物出现了结构拉缝或其他不良反应,给人们的心中造成担忧和后怕的感觉。

  尽管我们在施工中采取各种措施,小心谨慎,但结构拉缝仍然时有出现,有些还造成了无法估量的损失。为了降低经济损失,减少和控制结构拉缝的的出现,一些搞混凝土技术的研究人员对混凝土构筑物的结构拉缝形成,进行了大量的研究和技术探讨,提出解决全现浇外墙铝模的结构拉缝的办法和意见,也取得了较大的科研成果,使混凝土构筑物的结构拉缝降低到最低范围之内。目前对混凝土结构物结构拉缝问题,是在混凝土工程建设中带有一定普遍性的技术问题。而混凝土结构的破坏和建筑物的倒塌,也都是从结构结构拉缝的扩展开始而引起的。故在某些施工验收规范和工程都是不允许混凝土结构出现有明显的结构拉缝。

结构拉缝分为水平设置的结构拉缝和竖直设置的结构拉缝。填充墙底的水平结构拉缝的设置使得填充墙和梁分隔开来,全现浇混凝土填充墙的荷载不会竖向传递到下层梁上造成最底层梁受压破坏。

  但是,从近代科学关于混凝土工作的研究及大量的混凝土工程实践证明,混凝土结构结构拉缝是不可避免的,结构拉缝是人们可以接受的一种材料特性,只是如何使有害程度控制在某一有效范围之内。因为使用的混凝土是多种材料组成的一种混合体,且又是一种脆性材料,在受到温度、压力和外力的作用下,都有出现结构拉缝的可能性。

  从目前的情况看,设计上对全现浇外墙铝模的结构拉缝有一定范围。从我国的“混凝土结构设计规范《GBJ10—89)”表3.3.4规定看,其结构拉缝宽度在不同的环境下,不同的混凝土结构物其结构拉缝的宽度也有所不同的控制标准,允许结构拉缝宽度为0.2~0.3mm.而从国外的情况看,不同的国家对混凝土构筑物的结构拉缝宽度也有不同的规定,如1970年欧洲混凝土专业委员会的规范所收集各个国家的标准设计结构拉缝规定如下:美国AGl 规范规定结构拉缝为0.108mm;法国,规范规定结构拉缝为0.27mm;加拿大,规范规定结构拉缝为0.064mm;前苏联,规范规定结构拉缝为0.12mm;波兰,规范规定结构拉缝为0.182mm.从不同的国家来看,各国的规范对混凝土构筑物的结构拉缝都有不同的控制范围和要求,要保证混凝土构筑物不出现结构拉缝可以说是不可能的。在我国,对在不同环境下混凝土构筑物,在不同的介质情况下,所规定的全现浇外墙铝模的结构拉缝宽度也不同。所以说,对混凝土构筑物的结构拉缝我国规范规定在设计上有一定的允许宽度。国际上也都根据本国的特点,对混凝土的结构拉缝都有明确的规定,说明混凝土结构的结构拉缝在一定范围内是允许的,要想控制混凝土构筑物不结构拉缝是很难的,关键是怎么控制能让在施工中尽量小产生结构拉缝和把结构拉缝的宽度应该控制在什么范围内,能使我们在施工中不受经济损失。

  二、桥梁结构拉缝产生原因浅析

  实际上,混凝土结构结构拉缝的成因复杂而繁多,甚至多种因素相互影响,但每一条结构拉缝均有其产生的一种或几种主要原因。混凝土桥梁结构拉缝的种类,就其产生的原因,大致可划分如下几种:

  (一)、荷载引起的结构拉缝混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的结构拉缝称荷载结构拉缝,归纳起来主要有直接应力结构拉缝、次应力结构拉缝两种。

  直接应力结构拉缝是指外荷载引起的直接应力产生的结构拉缝。结构拉缝产生的原因有:

  1、设计计算阶段,结构计算时不计算或部分漏算;计算模型不合理;结构受力假设与实际受力不符;荷载少算或漏算;内力与配筋计算错误;结构安全系数不够。结构设计时不考虑施工的可能性;设计断面不足;钢筋设置偏少或布置错误;结构刚度不足;构造处理不当;设计图纸交代不清等。

  2、施工阶段,不加限制地堆放施工机具、材料;不了解预制结构结构受力特点,随意翻身、起吊、运输、安装;不按设计图纸施工,擅自更改结构施工顺序,改变结构受力模式;不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。

  3、使用阶段,超出设计载荷的重型车辆过桥;受车辆、船舶的接触、撞击;发生大风、大雪、地震、爆炸等。

  次应力结构拉缝是指由外荷载引起的次生应力产生结构拉缝。结构拉缝产生的原因有:

  1、在设计外荷载作用下,由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑,从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。例如两铰拱桥拱脚设计时常采用布置“X”形钢筋、同时削减该处断面尺寸的办法设计铰,理论计算该处不会存在弯矩,但实际该铰仍然能够抗弯,以至出现结构拉缝而导致钢筋锈蚀。

  2、桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等,在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算,一般根据经验设置受力钢筋。研究表明,受力构件挖孔后,力流将产生绕射现象,在孔洞附近密集,产生巨大的应力集中。在长跨预应力连续梁中,经常在跨内根据截面内力需要截断钢束,设置锚头,而在锚固断面附近经常可以看到结构拉缝。因此,若处理不当,在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现结构拉缝。

  实际工程中,次应力结构拉缝是产生荷载结构拉缝的最常见原因。次应力结构拉缝多属张拉、劈裂、剪切性质。次应力结构拉缝也是由荷载引起,仅是按常规一般不计算,但随着现代计算手段的不断完善,次应力结构拉缝也是可以做到合理验算的。在设计上,应注意避免结构突变(或断面突变),当不能回避时,应做局部处理,如转角处做圆角,突变处做成渐变过渡,同时加强构造配筋,转角处增配斜向钢筋,对于较大孔洞有条件时可在周边设置护边角钢。

  荷载结构拉缝特征依荷载不同而异呈现不同的特点。这类结构拉缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位。但必须指出,如果受压区出现起皮或有沿受压方向的短结构拉缝,往往是结构达到承载力极限的标志,是结构破坏的前兆,其原因往往是截面尺寸偏小。根据结构不同受力方式,产生的结构拉缝特征如下:

  1、中心受拉。结构拉缝贯穿构件横截面,间距大体相等,且垂直于受力方向。采用螺纹钢筋时,结构拉缝之间出现位于钢筋附近的次结构拉缝。

  2、中心受压。沿构件出现平行于受力方向的短而密的平行结构拉缝。

  3、受弯。弯矩最大截面附近从受拉区边沿开始出现与受拉方向垂直的结构拉缝,并逐渐向中和轴方向发展。采用螺纹钢筋时,结构拉缝间可见较短的次结构拉缝。当结构配筋较少时,结构拉缝少而宽,结构可能发生脆性破坏。

  4、大偏心受压。大偏心受压和受拉区配筋较少的小偏心受压构件,类似于受弯构件。

  5、小偏心受压。小偏心受压和受拉区配筋较多的大偏心受压构件,类似于中心受压构件。

  6、受剪。当箍筋太密时发生斜压破坏,沿梁端腹部出现大于45°方向的斜结构拉缝;当箍筋适当时发生剪压破坏,沿梁端中下部出现约45°方向相互平行的斜结构拉缝。

  7、受扭。构件一侧腹部先出现多条约45°方向斜结构拉缝,并向相邻面以螺旋方向展开。

  8、受冲切。沿柱头板内四侧发生约45°方向斜面拉裂,形成冲切面。

  9、局部受压。在局部受压区出现与压力方向大致平行的多条短结构拉缝。
结构拉缝板