2023年梁裂缝分析.docx
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1、2023年梁裂缝分析 第一篇:梁裂缝分析 混凝土开裂缘由分析及解决方法 (2023-11-23 20:01:29)转载 标签: 分类: 施工技术 混凝土开裂 混凝土因其取材广泛、价格低廉、抗压强度高、可浇筑成各种形态,并且耐火性好、不易风化、养护费用低,成为当今世界建筑结构中运用最广泛的建筑材料。 混凝土最主要的缺点是抗拉实力差、脆性大、简洁开裂。大量的工程实践和理论分析说明,几乎全部的混凝土构件均是带裂缝工作的,只是有些裂缝很细,甚至肉眼看不见0.05mm,一般对结构的运用无大的危害,可允许其存在;我国现行建筑、铁路、公路、水利等部门设计规范均接受限制构件裂缝宽度的方法来保障混凝土结构的正常
2、运用。 有些裂缝在运用荷载或外界物理、化学因素的作用下,不断产生和扩展,引起混凝土碳化、爱惜层剥落、钢筋腐蚀,使混凝土的强度和刚度受到减弱,耐久性降低,严峻时甚至发生垮塌事故,危害结构的正常运用,必需加以限制。混凝土开裂可以说是“常发病和“多发病,经常困扰着工程技术人员。其实,假照实行确定的设计和施工措施,很多裂缝是可以克服和限制的。 事实上,混凝土裂缝的成因困难而繁多,甚至多种因素互相影响,但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要缘由。本报告对混凝土裂缝的种类和产生的缘由作较全面的分析并提出相应的防治措施,供同行、专家参考、探讨。混凝土裂缝的种类,就其产生的缘由,大致可划分如下几种: 一、荷载
3、引起的裂缝 混凝土构件在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝,归纳起来主要有干脆应力裂缝、次应力裂缝两种。 一干脆应力裂缝是指外荷载引起的干脆应力产生的裂缝。裂缝产生的缘由有: 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;结构平安系数不够。结构设计时不考虑施工的可能性;设计断面缺乏宁波跨海大桥;钢筋设置偏少或布置错误;结构刚度缺乏;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,随便翻身、起吊、运输、安装;不按设计图纸施工,擅自更改结构施工依次,
4、变更结构受力模式;不对结构做机器振动下的疲乏强度验算等。 3、运用阶段,超出设计载荷的作用于楼地面、墙面;工业厂房超负荷运用;发生大风、大雪、地震、爆炸等。 二次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。 裂缝产生的缘由有: 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接受布置“X形钢筋、同时削减该处断面尺寸的方法设计铰,理论计算该处不会存在弯矩,但实际该铰照旧能够抗弯,以至出现裂缝而导致钢筋锈蚀。 2、工业建筑中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等,在常规计算中难以用精确的图式进行模拟计算,一般根
5、据阅历设置受力钢筋。探讨说明,受力构件挖孔后,力流将产生绕射现象,在孔洞旁边密集,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,而在锚固断面旁边经常可以看到裂缝。因此,若处理不当,在这些结构的转角处或构件形态突变处、受力钢筋截断处简洁出现裂缝。 实际工程中,次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见缘由。次应力裂缝多属张拉、劈裂、剪切性质。 次应力裂缝也是由荷载引起,仅是按常规一般不计算,但随着现代计算手段的不断完善,次应力裂缝也是可以做到合理验算的。例如如今对预应力、徐变等产生的二次应力,不少平面杆系有限元程序均可正确计算,但在40年前却比较困难。 在设计上
6、,应留意避开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。荷载裂缝特征依荷载不同而异呈现不同的特点。这类裂缝多出如今受拉区、受剪区或振动严峻部位。但必需指出,假如受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝,往往是结构到达承载力极限的标记,是结构破坏的前兆,其缘由往往是截面尺寸偏小。 三根据结构不同受力方式,产生的裂缝特征如下: 1、中心受拉:裂缝贯穿构件横截面,间距大体相等,且垂直于受力方向。 接受螺纹钢筋时,裂缝之间出现位于钢筋旁边的次裂缝。 2、中心受压:沿构件出现平行于受力方向
7、的短而密的平行裂缝。 3、受弯:弯矩最大截面旁边从受拉区边沿起先出现与受拉方向垂直的裂缝,并慢慢向中和轴方向进展。接受螺纹钢筋时,裂缝间可见较短的次裂缝。当结构配筋较少时,裂缝少而宽,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方向的斜裂缝;当箍筋适当时发生剪压破坏,沿梁端中下部出现约45方向互相平行的斜裂缝。 7、受扭:构件一侧腹部先出现多条约45方向斜裂缝,并向相邻面以螺旋方向绽开。 8、受冲切
8、: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裂缝。 二、温度转变引起的裂缝 混凝土具有热胀冷缩性质,当外部环境或结构内部温度发生转变,混凝土将发生变形,若变形遭到约束,则在结构内将产生应力,当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大跨径梁中,温度应力可以到达甚至超出活载应力。温度裂缝区分其它裂缝最主要特征是将随温度转变而扩张或合拢。引起温度转变主要因素有:、水化热 出如今施工过程中,大体积混凝土浇筑之后由于水泥水化放热,致使内部温度很高,内外温差太大,致使外表出现裂缝。 施工中应根据实际状况,尽量选择水化热低的水泥品种矿
9、渣水泥,限制水泥单位用量运用减水剂,削减骨料入模温度冰水搅拌,降低内外温差通过外表保温,并缓慢降温,必要时可接受循环冷却系统预埋进行内部散热,或接受薄层连续浇筑以加快散热。 2、蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当,混凝土骤冷骤热,内外温度不均,易出现裂缝。 3、年温差 一年中四季温度不断转变,但转变相对缓慢,我国年温差一般以一月和七月月平均温度的作为转变幅度。考虑到混凝土的蠕变特性,年温差内力计算时混凝土弹性模量应考虑折减。 4、日照 屋面、墙面受太阳曝晒后,温度明显高于其它部位,温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用,导致局部拉应力较大,出现裂缝。日照和下述隧然降温是导致结构温度裂缝的最常
10、见缘由。 5、隧然降温 突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外外表温度突然下降,但因内部温度转变相对较慢而产生温度梯度。日照和隧然降温内力计算时可接受设计规范或参考实际资料进行,混凝土弹性模量不考虑折减。 6、钢制预埋件与钢筋或其它钢制件联结时,若焊接措施不当,铁件旁边混凝土简洁烧伤开裂。接受电热张拉法张拉预应力构件时,预应力钢材温度可上升至350,混凝土构件也简洁开裂。 试验探讨说明,由火灾等缘由引起高温烧伤的混凝土强度随温度的上升而明显降低,钢筋与混凝土的粘结力随之下降,混凝土温度到达300后抗拉强度下降50%,抗压强度下降60%,光圆钢筋与混凝土的粘结力下降80%;由于受热,混凝土体内
11、游离水大量蒸发也可产生急剧收缩。 三、收缩引起的裂缝 在实际工程中,混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中,塑性收缩和干缩是发生混凝土体积变形的主要缘由,另外还有自生收缩和碳化收缩。 1、塑性收缩 发生在施工过程中、混凝土浇筑后45小时左右,此时水泥水化反应激烈,分子链慢慢形成,出现泌水和水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,同时骨料因自重下沉,因此时混凝土尚未硬化,称为塑性收缩。 塑性收缩所产生量级很大,可达1%左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡,便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处如T梁、箱梁腹板与顶底板交接处,因硬化前沉实不均匀将发生外表的顺腹板方向裂缝。 为减小混凝土塑
12、性收缩,施工时应限制水灰比,避开过长时间的搅拌,下料不宜太快,振捣要密实,竖向变截面处宜分层浇筑。 2、干缩 混凝土结硬以后,随着表层水分逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小,称为干缩缩水收缩。因混凝土表层水分损失快,内部损失慢,因此产生外表收缩大、内部收缩小的不均匀收缩,外表收缩变形受到内部混凝土的约束,致使外表混凝土承受拉力,当外表混凝土承受拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是干缩。如配筋率较大的构件超过3%,钢筋对混凝土收缩的约束比较明显,混凝土外表简洁出现龟裂裂纹。 3、自生收缩 自生收缩是混凝土在硬化过程中,水泥与水发生水化反应,这种收缩与外界湿度无关,且
13、可以是正的即收缩,如一般硅酸盐水泥混凝土,也可以是负的即膨胀,如掺膨胀剂的膨胀水泥混凝土。 4、碳化收缩 大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。碳化收缩只有在湿度50%左右才能发生,且随二氧化碳的浓度的增加而加快。碳化收缩一般不做计算。 混凝土收缩裂缝的特点是大部分属外表裂缝,裂缝宽度较细,且犬牙交叉,成龟裂状,形态没有任何规律。 但收缩值累积过大,也会造成混凝土的贯穿裂缝断板。例如:大面积水泥混凝土楼地面,假如不刚好切割伸缩缝,必定断板。探讨说明,影响混凝土收缩裂缝的主要因素有: 水泥品种、标号及用量 矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高,一般水泥、火山灰水泥、矾
14、土水泥混凝土收缩性较低。另外水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度越大,则混凝土收缩越大,且发生收缩时间越长。例如,为了提高混凝土的强度,施工时经常接受强行增加水泥用量的做法,结果收缩应力明显加大。 骨料品种 骨料中石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等吸水率较小、收缩性较低;而砂岩、板岩、角闪岩等吸水率较大、收缩性较高。另外骨料粒径大收缩小,含水量大收缩越大。 水灰比 用水量越大,水灰比越高,混凝土收缩越大。 外掺剂 外掺剂保水性越好,则混凝土收缩越小。 外掺料 外掺料的细度越高,混凝土收缩越大。外掺料的掺量越大,混凝土收缩越大。一般商品泵送混凝土都含有较大掺量15%30%的粉煤灰,混凝土收缩
15、较大,所以接受商品泵送混凝土的工程比较简洁开裂。养护方法 良好的养护可加速混凝土的水化反应,获得较高的混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长,则混凝土收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。 外界环境 大气中湿度小、空气枯燥、温度高、风速大,则混凝土水分蒸发快,混凝土收缩越快。 振捣方式刚好间 机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。振捣时间应根据机械性能确定,一般以515s/次为宜。时间太短,振捣不密实,形成混凝土强度缺乏或不均匀;时间太长,造成分层,粗骨料沉入底层,细骨料留在上层,强度不均匀,上层易发生收缩裂缝。对于温度和收缩引起的裂缝,增配构造钢筋可明显提
16、高混凝土的抗裂性,尤其是薄壁结构壁厚2060cm。构造上配筋宜优先接受小直径钢筋(814)、小间距布置(1015cm),全截面构造配筋率不宜低于0.3%,一般可接受0.3%0.5%。 四、地基础变形引起的裂缝 由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移,使结构中产生附加应力,超出混凝土结构的抗拉实力,导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要缘由有: 1、地质勘察精度不够、试验资料不准 在没有充分驾驭地质状况就设计、施工,这是造成地基不均匀沉降的主要缘由。比方丘陵区或山岭区桥梁,勘察时钻孔间距太远,而地基岩面起伏又大,勘察报告不能充分反映实际地质状况。 2、地基地质差异太大 建立在山区沟谷的建筑物,河沟处的
17、地质与山坡处转变较大,河沟中甚至存在软弱地基,地基土由于不同压缩性引起不均匀沉降。 3、结构荷载差异太大 在地质状况比较一样条件下,各部分基础荷载差异太大时,有可能引起不均匀沉降,例如高层建筑的主楼比周边裙房的荷载要大,中部的沉降就要比周边大。 4、结构基础类型差异大 同一建筑群中,混合运用不同基础如条形基础和桩基础,或同时接受桩基础但桩径或桩长差异大时,也可能引起地基不均匀沉降。 5、分期建立的基础 老建筑物的扩建,新扩建建筑物或基础处理时引起地基土重新固结,均可能对原有建筑物的基础造成较大沉降。 6、地基冻胀 在低于零度的条件下含水率较高的地基土因冰冻膨胀;一旦温度回升,冻土溶化,地基下沉
18、。因此地基的冰冻或溶化均可造成不均匀沉降。 五、钢筋锈蚀引起的裂缝 由于混凝土质量较差或爱惜层厚度缺乏,混凝土爱惜层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋外表,使钢筋四周混凝土碱度降低,或由于氯化物介入,钢筋四周氯离子含量较高,均可引起钢筋外表氧化膜破坏,钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应,其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约24倍,从而对四周混凝土产生膨胀应力,导致爱惜层混凝土开裂、剥离,沿钢筋纵向产生裂缝,并有锈迹渗到混凝土外表。由于锈蚀,使得钢筋有效断面面积减小,钢筋与混凝土握裹力减弱,结构承载力下降,并将诱发其它形式的裂缝,加剧钢筋锈蚀,导致结构破坏。 要防止钢筋锈蚀,设计时应根据规范
19、要求限制裂缝宽度、接受足够的爱惜层厚度当然爱惜层亦不能太厚,否则构件有效高度减小,受力时将加大裂缝宽度;施工时应限制混凝土的水灰比,加强振捣,保证混凝土的密实性,防止氧气侵入,同时严格限制含氯盐的外加剂用量,沿海地区或其它存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎重。 密实混凝土外表的防腐涂料-也是一种有效手段! 六、冻胀引起的裂缝 大气气温低于零度时,吸水饱和的混凝土出现冰冻,游离的水转变成冰,体积膨胀9%,因此混凝土产生膨胀应力;同时混凝土凝胶孔中的过冷水在微观结构中迁移和重分布引起渗透压,使混凝土中膨胀力加大,混凝土强度降低,并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严峻,成龄后混凝土强度损失
20、可达30%50%。 温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件。当混凝土中骨料空隙多、吸水性强;骨料中含泥土等杂质过多;混凝土水灰比偏大、振捣不密实;养护不力使混凝土早期受冻等,均可能导致混凝土冻胀裂缝。 冬季施工时,接受电气加热法、暖棚法、地下蓄热法、蒸汽加热法养护以及在混凝土拌和水中掺入防冻剂但氯盐不宜运用,可保证混凝土在低温或负温条件下硬化。 七、施工材料质量引起的裂缝 混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水、掺合撩及外加剂组成。配置混凝土所接受材料质量不合格,可能导致结构出现裂缝。 1、水泥 1、水泥安定性不合格,水泥中游离的氧化钙含量超标。氧化钙在凝聚过程中水化很慢,在水泥混凝
21、土凝聚后照旧接着起水化作用,可破坏已硬化的水泥石,使混凝土抗拉强度下降。 2、水泥出厂时强度缺乏,水泥受潮或过期,可能使混凝土强度缺乏,从而导致混凝土开裂。 3、当水泥含碱量较高例如超过0.6%,同时又运用含有碱活性的骨料,可能导致碱骨料反应。 2、砂、石骨料 1、砂石的粒径、级配、杂质含量 砂石粒径太小、级配不良、空隙率大,将导致水泥和拌和水用量加大,影响混凝土的强度,使混凝土收缩加大,假如运用超出规定的特细砂,后果更严峻。 砂石中云母的含量较高,将减弱水泥与骨料的粘结力,降低混凝土强度。砂石中含泥量高,不仅将造成水泥和拌和水用量加大,而且还降低混凝土强度和抗冻性、抗渗性。 砂石中有机质和轻
22、物质过多,将延缓水泥的硬化过程,降低混凝土强度,特别是早期强度。 砂石中硫化物可与水泥中的铝酸三钙发生化学反应,体积膨胀2.5倍。2、碱骨料反应 碱骨料反应有三种类型: 、碱硅酸反应 参与这种反应的骨料有流纹岩、安山岩、凝灰岩、蛋白石、黑硅石、燧石、鳞石英、玻璃质火山岩、玉髓及微晶或变质石英等。反应发生于碱与微晶氧化硅之间,其生成物硅胶体遇水膨胀,在混凝土中产生很大的内应力,可导致混凝土突然爆裂。这类反应是碱骨料反应的主要形式。、碱硅酸盐反应 参与这种反应的骨料有粘土质岩石、千枚岩、硬砂岩、粉砂岩等。此类反应的特点是膨胀速度特殊缓慢,混凝土从膨胀到开裂,能渗出的凝胶很少。、碱碳酸岩反应 多数碳
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- 2023 裂缝 分析
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