朱守萍++王勇

摘 要：近年來，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國大中城市出現(xiàn)了許多大型建筑，這些建筑物平面尺寸超大，多采用超長混凝土結(jié)構(gòu)。由于超長混凝土結(jié)構(gòu)中未設置伸縮縫，溫度變形及混凝土收縮等因素將引起結(jié)構(gòu)大面積的開裂，必須通過采取合理的設計及施工措施以達到裂縫控制的目的，本文將從裂縫的成因及控制方法兩個方面進行討論。

關(guān)鍵詞：超長混凝土結(jié)構(gòu) 裂縫 控制措施 應力

中圖分類號：TU77 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（b）-0052-01

1 超長混凝土結(jié)構(gòu)

進入21世紀以來，隨著我國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展和城市建設的不斷加快，各種超大型的建筑物越來越多的出現(xiàn)。這些建筑物平面尺寸大，遠遠超過了《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50010—2010）所規(guī)定的伸縮縫間距限定值。我們將這種建筑物長度超過規(guī)范規(guī)定的設置溫度伸縮縫或防震縫的最大長度，但是不設置任何形式永久縫的混凝土結(jié)構(gòu)稱為“超長混凝土結(jié)構(gòu)”。

大型建筑結(jié)構(gòu)設置伸縮縫，不僅會給建筑的抗震要求、設備安裝等帶來了很多問題，另外對結(jié)構(gòu)的耐久性、耐火性、水密性、施工性和維修性等方面也會產(chǎn)生問題，影響結(jié)構(gòu)使用功能、立面造型、象征意義的要求。同時，設縫的結(jié)構(gòu)不利于抗震，關(guān)于多次地震震害統(tǒng)計的結(jié)果顯示，設縫的高層建筑在地震時大都發(fā)生了相互碰撞，產(chǎn)生不同程度的震害。所以，在大型建筑物中采用超長不設縫混凝土結(jié)構(gòu)對建筑結(jié)構(gòu)有著至關(guān)重要的現(xiàn)實意義，是未來的發(fā)展趨勢。

2 超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是指混凝土硬化過程中，由于混凝土脫水，引起收縮，或者受溫度、濕度、不均勻沉降等變形荷載的影響而產(chǎn)生的裂縫。我們在工程實踐發(fā)現(xiàn)，很多結(jié)構(gòu)，雖然長度遠遠大于規(guī)范要求不設縫的長度，但是在使用過程中卻沒有產(chǎn)生裂縫；與之相反的是，有些結(jié)構(gòu)雖然長度不大，符合規(guī)范不設縫要求，但是卻產(chǎn)生了裂縫。由此得出，結(jié)構(gòu)是否會產(chǎn)生裂縫，并不取決于結(jié)構(gòu)的單體長度，而是由約束條件、幾何形式、環(huán)境溫度、收縮情況等因素共同影響。

理論研究表明，混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因比較復雜，按其成因有兩大類。

2.1 直接荷載作用引起的裂縫

直接荷載引起的裂縫是指外荷載引起的直接應力產(chǎn)生的裂縫，當荷載應力大于混凝土的抗拉強度時，即會產(chǎn)生裂縫。

2.2 非直接荷載因素引起的裂縫

2.2.1 溫度的影響

混凝土會隨著溫度的變化而發(fā)生體積變形，在變形時會受到一定的“約束”或“抑制”的作用而產(chǎn)生應力。對于超長混凝土來說，它總是置于一定的基底之上，必然受到約束，當約束產(chǎn)生的應力大于混凝土的抗拉強度時，混凝土表面發(fā)生強度破壞，產(chǎn)生裂縫。

2.2.2 濕度的影響

混凝土在干燥過程中會產(chǎn)生水分蒸發(fā)，另由于其內(nèi)部含濕量的不均勻分布，會形成濕度變化梯度即結(jié)構(gòu)的濕度場，引起收縮應力，并使混凝土結(jié)構(gòu)的表面產(chǎn)生裂縫。

2.2.3 混凝土收縮

在混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土的收縮變形受到基礎、豎向構(gòu)件及混凝土內(nèi)部鋼筋的約束，會在混凝土中產(chǎn)生拉應力，當拉應力超過其抗拉強度或拉應變超過其極限拉應變，結(jié)構(gòu)就會開裂?；炷潦湛s的影響因素有很多：水泥等級、水泥質(zhì)量、配合比、混凝土密實度、環(huán)境溫濕度、養(yǎng)護方法、體表面積比、外加劑的品種、性質(zhì)和用量等都會產(chǎn)生影響。

2.2.4 約束

混凝土溫度和變化收縮引起的裂縫是由于變形受到約束引起的，沒有約束就不會有裂縫產(chǎn)生。按照作用性質(zhì)約束可分為兩種：（1）外約束—— 結(jié)構(gòu)之間、構(gòu)件之間的相互作用；（2）內(nèi)約束—— 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件內(nèi)部在變形過程中的相互作用。在超長混凝土結(jié)構(gòu)中，多數(shù)情況構(gòu)件受到外約束與內(nèi)約束的共同作用。

3 裂縫控制方法分析

對于混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制措施，總結(jié)處理裂縫的經(jīng)驗，王鐵夢教授提出了“抗”與“放”的設計原則。所謂“放”就是采取措施減少溫度及混凝土收縮應變的措施，比如設置后澆帶減少混凝土早期收縮和溫度應變；而所謂“抗”就是通過采取各種措施抵抗溫度應力，使混凝土內(nèi)部的應力小于開裂應力，以達到控制裂縫的目的。

3.1 施加預應力

《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50010—2010）中指出，為了控制超長結(jié)構(gòu)因為溫度影響及混凝土收縮而產(chǎn)生的裂縫，可通過施加預應力減少其在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的拉應力，這里提到的預應力措施，是指專門用來抵消溫度及混凝土收縮應力的預應力措施。呂志濤院士指出：“預應力技術(shù)在解決大、高、重、新建筑工程的設計和建造難題中將繼續(xù)發(fā)揮其獨特的優(yōu)勢，并且它也是調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力，減少甚至取消大面積工程伸縮縫，防止開裂的重要手段?！笔┘宇A應力是超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制的有效方法，其施加的預應力與溫度及混凝土收縮產(chǎn)生的拉應力相互抵消，減小混凝土開裂的可能。在設計計算時，可根據(jù)規(guī)范中裂縫控制等級的要求，采用相應的設計公式并同時解決由于預應力的增加而產(chǎn)生的不利影響。

3.2 設置后澆帶

從結(jié)構(gòu)裂縫控制角度來看，混凝土的收縮計算相對來說具有一定的不確定性，可以通過設置后澆帶，減小收縮應力來減小收縮計算不確定性的影響，同時可以盡可能采取定性的措施減少混凝土結(jié)構(gòu)的收縮。設置后澆帶，是將結(jié)構(gòu)劃分為幾個小部分，在后澆帶封閉前，結(jié)構(gòu)可自由完成收縮變形，一段時間之后澆筑后澆帶，可減少混凝土收縮變形對結(jié)構(gòu)的影響。

3.3 優(yōu)化混凝土材料控制裂縫出現(xiàn)

減少混凝土收縮值、提高混凝土材料本身的抗裂能力有助于解決超長混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制問題。優(yōu)化混凝土的配合比，配置低收縮混凝土或采用補償收縮混凝土，減少混凝土收縮；采用摻加各種纖維的纖維混凝土，提高混凝土的抗裂能力；對水平構(gòu)件梁板等采用低中強度等級混凝土，減少混凝土的開裂可能性。

3.4 加強混凝土養(yǎng)護

養(yǎng)護條件、養(yǎng)護效果對混凝土的收縮影響很大，環(huán)境的相對濕度越大，混凝土的收縮越小，對于補償收縮混凝土更是如此。在補償收縮混混凝土澆筑后，須在潮濕的環(huán)境中才能發(fā)生膨脹，一般要求在澆筑完成后連續(xù)澆水養(yǎng)護，只有養(yǎng)護措施到位，才可充分發(fā)揮補償收縮混凝土的膨脹補償作用，避免或減少超長結(jié)構(gòu)的裂縫出現(xiàn)。

4 結(jié)論

對于超長結(jié)構(gòu)的裂縫控制來說，采用綜合控制方法，應從減小溫度及收縮作用，及從利用預應力或其他措施抵抗溫度及收縮拉應力這兩方面為切入點，解決混凝土抗裂問題。這就要求工程技術(shù)人員在設計、施工全過程中綜合各類影響因素，采取相應措施，進行嚴格的過程控制，才能徹底解決超長混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制問題。

參考文獻

[1] 李明.預應力控制超長結(jié)構(gòu)裂縫的研究[D].上海：同濟大學，2007.

[2] 張玉明.超長混凝土框架結(jié)構(gòu)裂縫控制研究[D].南京：東南大學，2006.endprint