预应力混凝土裂缝控制措施及抗裂设计.pdf

邵 长军 ： 预应力混凝土裂缝控制措施及抗裂设计 1 2 3 预 应 力 混 凝 土 裂 缝 控 制措 施 及 抗 裂 设 计 邵长军 ( 山东科技大学土木建筑 学院 。 济南青 岛2 6 6 5 1 0) 【 摘要】 预应力混凝土具有建造跨度大、 自重轻、 结构寿命长 、 节约钢筋等优点。与此同时， 在荷载作用 下 ， 预应力混凝土结构与普通钢筋混凝土结构一样， 都不可避免的会 出现裂缝 ， 影响结构的耐久性和结构性能。 文 中根据 混凝土裂缝产生的原 因提 出了控 制预 应力混 凝土结 构裂缝 的措施 ， 以及在预 应力 混凝土 结构抗 裂设计 中所 采用 的设计方法并提 出了相关 的计算公 式。 【 关键词】 预应力混凝土结构； 裂缝控制； 设计建议 【 中图分类号】 T U 7 5 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 1 0 — 0 1 2 3 — 0 3 1 预应力混凝土结构裂缝的形成原 因 预应力结 构构 件几何 尺寸厚 大 ， 例 如预应 力大 梁 截面宽 度 一 般 在 4 0 0— 6 0 0 m m， 梁 高 多在 1 0 0 0 m m 以 上 ， 预应力结构不 仅具有跨 越能力 大 、 受 力性 能好 、 耐 久性高 、 轻 巧美 观等 特 点 ， 而 且较 为 经 济、 节材 、 和 节 能。现在 已被应用 到各个领 域 ， 但 已建成 的 预应力 混 凝土结构工程 中都 或多或 少地产 生 了裂 缝 ， 影 响 了结 构的耐久性 和结构 性能 ， 结 构产生 裂缝 的原 因主要 归 纳有 以下几个方面 ： 1 ． 1 预应力构件设计截 面尺 寸不合理 引起的裂缝 截面尺寸较大 的混 凝土 构件在 硬化 过程 中， 由于 截面尺寸设计不当引起较大的拉应力， 从而引起两种 裂缝 ， 失水干缩形成 的裂缝及 温度 变化 引起 的收缩裂 缝 ， 此外混凝土 内部产生 的水化 热导致 构件温度升高 ， 引起 内部混凝 土膨胀变形而产生 裂缝 。 1 ． 2 施工过程 中支撑体系不 当产 生的裂缝 由于混凝土硬化前 预应力 结构 跨度 较大 ， 构件截 面尺 寸大 ， 施 工荷载 也 大 ， 造成 支 撑体 系 的承载 力不 足 ， 脚 手支 架 沉降形 成裂 缝 ； 采 用 早拆模 板 施工 方法 时， 混凝土强度标准值达到设计强度的 1 1 5 ％ ， 但采用 建立预应力 ， 拆模后产生裂缝 。同时 ， 由于保 留的支撑 承载力不足也会产生裂缝 ， 此类裂缝在跨 中垂 直梁底 ， 下宽上窄 ， 呈正截面受弯裂缝 ， 两端为斜 向受剪 裂缝。 1 ． 3 混凝土材料本身引起 的收缩裂缝 混凝土是一种混合材料， 由水泥、 石、 砂、 水所组 成 ， 各材料 的物理化学性质不 同， 在混凝 土硬化 过程中 掺杂了气体和水 ， 因此混 凝土在 开始 时便具 有微 观裂 缝 和微 孔。现阶段工程 多采用商 品 混凝 土 ， 水灰 比比 较 小 ， 导致 塌落度大 ， 产生收缩裂缝 的几率增 大。 1 ． 4 预应力张拉工艺不当产生的裂缝 由于预应力钢筋锚 固区局部 受 压过 大 ， 在梁 端非 预应力区内产生拉剪裂 缝 ， 同时此处将 会 引起沿 钢筋 方向的纵 向裂缝。施工过程 中对预应力 钢筋施 加的应 力未达到设计值时引起拉应力而导致的裂缝。 2 裂缝对预应 力混凝土结构 的危害 2 ． 1 结构承载力下降 裂缝 的产生和发展 ， 即使没 有破坏 混凝 土结构 和 钢筋， 但削弱了局部构件截面的有效高度， 裂缝的产生 导致结构的实际承载力要 比理论计算得到的承载力 小 ， 结构的实际承载力的降低不能充分发挥结构性能 。 2 ． 2冻蚀 影响 水 分通过裂缝进入到混凝 土结构 中 ， 当气温 在 0 。 以下时 ， 渗入混凝土中的水分结冰膨胀 ， 从 内部破坏混 凝土的微观结构， 引起原有裂缝的进一步扩展， 特别当 冻融现象比较频繁时， 损伤积累将使混凝土剥落酥裂， 裂缝宽度 将逐渐加宽 ， 强度降低 。 2 ． 3钢筋 腐蚀 影响 在一般环境下， 预应力钢筋的腐蚀通常由两种作 用 引起 ， 一种是碳 化作用 ， 另一种 是氯离 子 的侵蚀 ， 这 两种作用 都破坏 了受力 筋 的钝化 膜 ， 通过 两种 作用 的 腐蚀的机理可知诱发受力筋腐蚀应 同时具备以下三 个条件： ①受力筋表面钝化膜的破坏； ②适宜的湿度 ( R H= 6 0 ％ ～ 8 5 ％) ； ③充足氧气的供应。因此混凝土 在产生裂缝的同时， 为受力筋的腐蚀提供 了有利的条 件 ， 钢筋 的受力 面积 比实际计 算受力面积要小 ， 随着 裂 缝 的开展逐 渐减小了钢筋和混凝土的粘结力。 2 ． 4 其它 方面 裂缝 的产 生引起 混凝 土的脱 落 ， 导致 混凝 土性能 得不到充分 的发挥 ， 降低混凝土的抗疲劳 、 抗 渗能力和 结构 的耐久性 。同时结构或构件产生的表面裂纹对于 使用 阶段并 没有 太大 的危害 ， 但影 响美观 让人们 在视 觉上不能 接受 ， 产生的负面作用也是需要考虑的。 3预应力混凝土结构裂缝控制措施 目前我 国对 于预 应力 混 凝 土裂缝 控 制 等级 划分 如表 1 。在 结构设 计 时 ， 要严 格遵 守规 范对 裂缝 宽度 的要求 ， 同时要 考虑混凝土与周 围环境条件的关系 ， 重 1 2 4 低温建筑技术 2 0 1 0年第 】 O 期( 总第 1 4 8 期) 视普通 钢筋对控制裂缝 的影响 ， 纵 向预应力 钢筋对裂 缝的作 用 ， 正确考虑结构与荷载的状态关 系， 这些都对 裂缝控 制有很大影响 ， 应予 以重视 。 表 1 裂缝控制等级划分 3 ， 1 混凝土配 比设计方面 设计人员在混凝土配 比设计 时， 应 综合考虑 各种 因素对混凝土裂缝的影 响 ， 特别是截 面尺寸过大 的构 件应正确合理的设 计混凝 土配合 比， 减少 水泥 的用 量 以减少水灰比， 达到减少混凝土体积收缩。尽量避免 选用含碱性的骨料， 因为混凝土内部发生碱骨料反应， 会导致混凝土发生膨胀 引起裂缝 。 3 ． 2 支撑体系施工方面 超载预压可以有效地控制因模板支撑体系施工 不 当而引起 的混凝 土裂缝 ， 就是对 脚手支架 在浇筑混 凝土前仿施工步骤进行加载。为了使支架在施工过程 中不发生不均匀沉降， 消除支架的非弹性变形。在超 载预压的过程 中要 同时测出脚 手支 架的弹性 变形 ， 在 脚手架施工 时对支 架 预先起 拱 可以达 到设 计要求 的 线型不致产生混凝土裂缝 。 采用早拆模板 方法施工 时 ， 支 架 的拆 除要根据 现 场施工情况， 如跨度大小、 养护时间、 规范要求等。拆 除支架时要以对称、 均匀、 有序为原则， 对于未拆除的 支撑体系必须对支撑进行验算和加固， 因为部分支架 的拆除会影响剩余支撑的稳定性和刚度， 降低了支撑 体系的承载力 。 3 ． 3 混凝 土浇筑方面 浇筑混凝土要做到分层 对称浇筑 ， 振 捣要及 时到 位， 若浇筑混凝土量较大时， 应把浇筑的间隔时间控制 合理 ， 否则会影响混凝土浇筑质量， 使前后混凝土的凝 固时间相差较大 ， 造成混凝 土的收缩变形不一致 ， 导致 混凝土产生裂缝 。 3 ． 4张拉工艺方 面 控制好预应力钢筋锚 固 区的挤 压力 ， 以降低 预压 总应力 。为 了有效地保 证结构不开裂 ， 可 以在设计 时 考虑当混凝土强度达到某 一值时 ， 对结 构进行一 次预 应力张拉 ， 以避免混凝 土初期产生裂缝 。 4预应力混凝土结构抗裂设计建议 现阶段对 于部分预 应力混 凝土构件 的裂缝控制 ， 国内外大致 常用 以下 四种计算 方法 ： ① 根据规 范直接 计算裂缝宽度 ， 并校核裂缝宽度； ②通过计算预应力混 凝土梁受拉边缘的名义拉应力的大小， 间接控制裂缝 的宽度 ； ③控制消压后受拉钢筋的应力或应变增多； ④ 采用索梁分载法对裂缝控制验算进行简化。设计人员 可以参考这四种裂缝控制方法进行预应力混凝土结 构的抗 裂设计 。 4 ． 1 规范法 我 国规范 G B 5 0 0 1 0—2 0 0 2是 按 荷载 效应 的标 准 组合并考虑长期作用影响给出的最大裂缝宽度计算 公式 ： 一 [ 1 ] o J , ⋯ =a c r ~ b ( 1 ． 9 e+0 ． 0 8 ) D s t e 且 应符合 表 1 规定的 O ．9 ≥∞ 一 ， 此公式考 虑了裂 缝的不均匀性是合理适用的。 但该公式在实际计算时 比较复杂， 尤其是对纵向受拉钢筋的应力 or 。 的计算， 另外该公式与国外规范相比较， 预应力混凝土结构构 件在正常使用状态下抗裂控制的规定明显偏于严格。 4 ． 2 名义拉应力法 名义拉应力一方面是把开裂 的混凝土截面当作 不开裂匀质截面来计算 出截面受拉边缘最大名义拉 应力 另一方面根据大量试验数据建立起与允许的 最大裂缝宽度[ ] ， 相对应的混凝土受拉边缘的允 许名义拉应力[ or ] ， 考虑非预应力筋和截面高度影响 后与某一裂缝宽度相对应的计算允许名义拉应力的 表达式为 ： [ or 。 ]=口 [ 。 ]+1 0 0 p 。 o r 。 式中： 为截面高度对允许名义拉应力的修正系 数， o i 为与张拉工艺有关的值 ， 对于后张法构件取 4 ． 0N／mm2 ，对于先 张法构件取 3 ． 0 N ／ ra m ， P 为非预应 力筋的有效配筋率， [ 。 ]为未考虑截面高度和拉区 非预应力筋影 响的允许名义拉应力 。 采用名义 拉应 力法控 制裂 缝 宽度能 够满 足工 程 设计 的要求 ， 是一种简便 的计算方法 ， 但该方法在应用 过程中， 需要考虑混凝土构件的截面高度、 混凝土强度 等级、 非预应力筋配筋率以及预应力钢筋的张拉方法 等影响 因素 。 4 ． 3 控制应力增量法 裂缝的控制可以采用控制消压后的受拉钢筋应 力增量 但在实际计算时会发现， 计算 。 是比较繁 琐 的 ， 为此建立 以名义拉应力 表示的 。 计算 公式 ， 可 以简化 的计算， 且符合工程实际的精度H ] 。 4 ． 4 索梁分载法 索梁分载法是把一个预应力混凝土结构离散为 预应力索结构和普 通钢筋混凝土 结构 ， 共 同承担结构 荷载。裂缝 宽度与荷载效应作 用力 与普通钢筋应力是 王海涛 ： 半刚性基层沥青路 面旌 工质量控制措施 1 2 5 半 刚性基层 沥青路 面施 工质量控 制措施 王海涛 ， 邓小军 ， 刘 肖群 ( 1 山东交通工程监理咨询公司 ， 济南2 5 0 0 1 4； 2 ．山东交通职业 学院 。 山东潍坊2 6 1 2 0 6) 【 摘要】 介绍了半刚性基层沥青路面存在的问题， 对施工过程中存在的问题提出了自己的见解 ，具有 一定 的参考价值 。 【 关键词】 半刚性基层； 施工特点； 防治措施 【 中图分类号】 U 4 1 7 ． 6 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 1 0 — 0 1 2 5 — 0 2 半刚性路 面 的承 载 能力 取 决 于半 刚性 基层 和半 刚性底 基层混合料 的强 度 和厚度 ， 这两个 结构层 是半 刚性路 面的关 键层 次， 它犹 如桥梁 和房屋 等结构 的基 层 ， 一旦 出现问题 ， 整个结构物就会 出现问题 。由于半 刚性基 层是最 主要的承重层 ， 而且 直接位于面层 之下 ， 因此 ， 基层材料的性质和基层的整体质量， 对路面的使 用性质 和寿命 都有十分重要的作用 。因此我们在路 面 施工 时 ， 应 十分重视基 层材料 的级配控制 ， 基层材料强 度 的均匀性 ， 碾压层 的厚 度和含水量 ， 基层 的压实度和 整体性 以及养 生。 1 半刚性基层 的特点及存在 的问题 1 ． 1 半刚性基层 的特点 半刚性基层具有 以下特 点 ： 强度 高、 稳定 性好 、 承 载能力高 、 工程造价较 低 。但 半 刚性路 面也存 在 自身 的不足， 由于无机结合料稳定材料抗温、 抗湿变形能力 较差 ， 易形成 干缩裂缝及温缩 裂缝 ， 进而使路面产 生开 裂损坏 。 1 ． 2 半 刚性基层路面存在 的问题 ( 1 ) 基层局部没有形成完 好 的整 体 ， 甚 至松散 ， 使局部路面的承载能力显著不足。局部路面产生网 裂 、 形 变等早期破坏。 ( 2 ) 基层混合料不均匀性大， 使基层整体的强 度产生 不均匀性。行 车道的轮迹 带上产生盆状低洼形 变 ， 并逐渐发 展成坑 洞。 ( 3 ) 基层表层没有与其下部形成整体， 容易脱 皮， 或表层强度显著不足 ， 容易被压碎 ， 并引起冲刷、 唧 泥和坑洞 等路 面早期破坏现象 ， 影 响路 面的使用寿命 。 ( 4 ) 基层表面有外来素 土薄层 ， 或砂 土薄层 ( 水 泥稳 定粒料 ) ， 或二灰薄层( 二灰稳定 粒料 ) ， 影 响面层 与基 层间 的粘结 ， 特别 是面层较 薄情 况下 容易 引起 滑 移裂缝或冲刷、 唧泥和坑洞等路面早期破坏现象。 2 消 除基层质量不 好导致沥青面层 早期破坏的措施 成正 比的 ， 通 过实验归 纳荷载 与普 通钢筋 应力 与裂缝 [ 3 ] 彭国 勇， 刘会， 陈光明． 预应力混凝土梁裂缝的预防及处理 限值的关系， 则可以简化裂缝控制验算过程。 [ J ] 交通科 技与 经济， 2 0 0 6 ， ( 6 ) - 对 于现浇预应力 混凝 土实 心板 设计 ， 板厚不 大于 [ 4 ] 于琦， 孟少平 部分预应力混凝土受弯构件裂缝宽度计算方 2 00 一 ，筋 距 不 大 于 2 时 ，按 极 限 承 载 力 设 计 配 [ ] 冀 缝 控 制 和 抗 裂 设 计 [ J]． 建 筋 ， 不 必验算裂缝 宽度 。 筑科学 ，1 9 9 7 ， ( 3 ) ． 5 结{ 吾 [ 6 ] 于英哲， 曹薇． 名义拉应力法控制预应力构件裂缝宽度[ J ] ． 预应力混凝土裂缝在工程中是普遍存在的， 对结 低温 建筑技术， 2 0 0 5 ， ( 5 ) ． 构会产生不利 的影 响 ， 因此 我们 要针对 结构 的特点 采 [ 7 ] 雷文军， 凌育 洪 预应力混凝土的裂缝控制[ J ] ． 昆明： 昆明 取相应 的裂缝控制措施 与处 理方法 。在结构设计 中进 理工大 学学报， o o ， ( ) 行抗裂设计时 ， 根据 工程实 际采 取适 当的裂缝 控制 方 L - a - i - 构裂 缝成 因分 析 与抗裂 措施 研究 法 ， 以达到计算简便 ， 符合工 程 实际精 度 的要 求 ， 也要 [ 9 ] 谢醒悔 ，庄一 舟 ．预 混 凝 土结 构裂 缝 控制 验算 的简 化 在科学技术进步的同时， 不断的发现一些更好的控制 [ J ] ． 基建优化， 2 0 0 5 ， ( 4 ) ． 裂缝宽 度的有效方法 。 参考 文献 [ 1 ] G B 5 0 0 1 0—2 0 0 2， 混凝土结构设计规 范[ s ] ． [ 2 ] 孙宝俊 ， 郑文忠 ， 吕志涛 ．部分预应力混凝土裂缝控 制设计建 议 [ J ] ．中国公路学报 ， 1 9 9 5 ， 8 ( 2) ． [ 收稿 日期 】 2 0 1 0— 0 6—1 2 [ 作者简 介] 邵长军 ( 1 9 8 4一)， 男 ， 黑龙 江齐齐 哈尔人 ， 硕 士 研究生 ， 研究方向 ： 结构抗震理论与加固。