淺析預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁張拉裂縫產(chǎn)生原因及控制措施 畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 同學(xué)：經(jīng)系（分院）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作小組研究，現(xiàn)確定你的畢業(yè)（設(shè)計(jì)/論文）題目為： 淺析預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁張拉裂縫產(chǎn)生原因及控制措施 其主要研究?jī)?nèi)容：1 張拉裂縫的定義2 張拉裂縫的成因3 控制張拉裂縫的措施需要查閱的參考文獻(xiàn)： 1 樓莊鴻，論預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋的裂縫 j公路交通科技，2000(6)2 斯世華 馬文彬 占江華，預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱粱裂縫成因及其預(yù)防措施j 2000(10) 3 李江山,預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題 j公路，2002(2)4 周吉森 曲德春,預(yù)應(yīng)力混凝土空心板裂縫分析與防治j黑龍江交通科技,2005,28(11) 進(jìn)度要求及工作內(nèi)容：1、開(kāi)題報(bào)

2、告階段：2010-03-3 2010-03-15 任務(wù)書、開(kāi)題報(bào)告2、資料查詢階段：2010-03-01 2010-05-06 實(shí)習(xí)、查找資料3、初稿階段： 2010-03-25 2010-05-23 撰寫論文，完成論文初稿寫作4修改定稿階段： 2010-05-24 2010-05-27 論文修改，裝訂成冊(cè)請(qǐng)你按畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）教學(xué)工作規(guī)范的要求，做好各項(xiàng)工作，確保任務(wù)的圓滿完成。 指導(dǎo)教師(簽名)： 2010 年 3 月 10 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告本課題研究的意義本課題主要是針對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁張拉時(shí)產(chǎn)生的張拉裂縫的控制進(jìn)行探討。在后張法預(yù)應(yīng)力梁體支座處、梁體或桿件的端部錨固區(qū)，經(jīng)常

3、見(jiàn)到一種順著預(yù)應(yīng)力的裂縫。該型裂縫的最大寬度為12mm，長(zhǎng)度為4060cm。這種裂縫中間局部集中，呈現(xiàn)一梭形，稱為“張拉裂縫”。 雖然在一般橋梁結(jié)構(gòu)中，寬度小于0.05mm的裂縫是肉眼看不出來(lái)的，對(duì)于使用來(lái)說(shuō)都無(wú)危險(xiǎn)性，但也只是相對(duì)的無(wú)大于0.05mm的初始裂縫的結(jié)構(gòu)，對(duì)于較大裂縫還是有著一定的安全隱患，所以必須從施工過(guò)程中對(duì)其重視。這些裂縫在保養(yǎng)期時(shí)，水就會(huì)滲出，對(duì)美觀也有著一定的影響本課題的基本內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)，擬采用的研究手段（途徑）本文主要對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁在張拉時(shí)產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行了一定的分析，并通過(guò)它的定義以及力學(xué)模型進(jìn)行了分析，從而在設(shè)計(jì)和施工兩方面得出了有效的控制措施。重點(diǎn)和難點(diǎn)

4、在于如何找出這些裂縫的原因以及控制措施。擬采用的研究手段：找工程案例分析，收集實(shí)習(xí)資料，查找參考文獻(xiàn)，咨詢實(shí)習(xí)指導(dǎo)老師。課題進(jìn)度計(jì)劃2010年3月3日 3月15日: 任務(wù)書、開(kāi)題報(bào)告2010年2月26日 5月6日: 實(shí)習(xí)、查找資料2010年3月25 日 5月23日: 寫畢業(yè)論文和完成實(shí)習(xí)報(bào)告2010年5月24日 5月30日: 整理和修改畢業(yè)論文及實(shí)習(xí)報(bào)告參考文獻(xiàn)資料1 樓莊鴻，論預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋的裂縫 j公路交通科技，2000(6)2 斯世華 馬文彬 占江華，預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱粱裂縫成因及其預(yù)防措施j 2000(10) 3 李江山,預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題 j公路，2002(2)4 周吉森

5、曲德春,預(yù)應(yīng)力混凝土空心板裂縫分析與防治j黑龍江交通科技,2005,28(11)指導(dǎo)教師意見(jiàn)（對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)）指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日系（分院）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作小組意見(jiàn)組長(zhǎng)（簽名）：年 月 日淺析預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁張拉裂縫產(chǎn)生原因及控制措施 摘 要：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁張拉施工中出現(xiàn)的裂縫是一個(gè)復(fù)雜而常見(jiàn)的問(wèn)題。本文通過(guò)分析張拉裂縫的特征、開(kāi)裂原因?qū)δ壳皹蛄侯A(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁體張拉施工中的裂縫防治措施提出了可操作性的方法。關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土梁；預(yù)應(yīng)力張拉；裂縫；產(chǎn)生原因；控制措施0 引言近年來(lái)隨著預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的高速發(fā)展和各種形式的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁的大量應(yīng)用，張拉

6、施工中的裂縫問(wèn)題變得更為常見(jiàn)、復(fù)雜而又難以控制。目前關(guān)于混凝土的亞微觀研究以及大量的工程實(shí)踐所提供的的經(jīng)驗(yàn)都說(shuō)明：從混凝土結(jié)構(gòu)的彈塑性、非均質(zhì)性本質(zhì)來(lái)說(shuō)，內(nèi)應(yīng)力及殘余應(yīng)力是必然存在的，因而混凝土梁在張拉過(guò)程中的細(xì)微裂縫的發(fā)展總是避免不了。微裂的擴(kuò)展程度就是材料破損程度的標(biāo)志，同時(shí)，微裂的存在也是材料本身固有的一中物理性質(zhì)。一般橋梁結(jié)構(gòu)中，寬度小于0.05mm的裂縫是肉眼看不出來(lái)的，對(duì)于使用來(lái)說(shuō)都無(wú)危險(xiǎn)性，故所謂不允許裂縫設(shè)計(jì)，也只是相對(duì)的無(wú)大于0.05mm的初始裂縫的結(jié)構(gòu)?？梢哉J(rèn)為，混凝土結(jié)構(gòu)有裂縫是絕對(duì)的，無(wú)裂縫是相對(duì)的，所謂結(jié)構(gòu)的防裂控制只是防止粗裂縫的產(chǎn)生，對(duì)于微裂，則只能根據(jù)施工中的具

7、體情況，將其控制在一定的范圍內(nèi)。1 張拉產(chǎn)生裂縫分析1.1 張拉裂縫的發(fā)生部位及特征在后張法預(yù)應(yīng)力梁體支座處、梁體或桿件的端部錨固區(qū)，經(jīng)常見(jiàn)到一種順著預(yù)應(yīng)力的裂縫。該型裂縫的最大寬度為12mm，長(zhǎng)度為4060cm。這種裂縫中間局部集中，呈現(xiàn)一梭形，稱為“張拉裂縫”。對(duì)于先張法的預(yù)應(yīng)力梁，在靠近中軸線處梁端面上經(jīng)常出現(xiàn)一種水平裂縫，這種裂縫的最大寬度為0.52mm，長(zhǎng)度為6080cm。該型裂縫位于預(yù)加應(yīng)力荷載的上部區(qū)域，大體與荷載軸線平行，稱為 “端面裂縫”。1.2 張拉裂縫的成因混凝土構(gòu)件的裂縫成因不外乎以下兩種情況：1、由外荷載（包括靜荷載、動(dòng)荷載等）作用，主要應(yīng)力或結(jié)構(gòu)次應(yīng)力（如彎矩和剪切

8、）引起的裂縫；2、由變形變化引起的荷載作用而導(dǎo)致的裂縫。第二種情況的裂縫產(chǎn)生條件是結(jié)構(gòu)首先要求變形，而且不是一個(gè)瞬時(shí)過(guò)程。顯然，張拉裂縫屬于第一種情況，即外荷載引起的裂縫。1.3 張拉裂縫的力學(xué)模型分析首先分析一下梁體端部局部錨固區(qū)的應(yīng)力分布規(guī)律：根據(jù)圣維南原理可忽略另一端影響，即假定另一端無(wú)限延伸，只考慮一端集中力引起的內(nèi)力。預(yù)應(yīng)力筋對(duì)梁體的作用就是預(yù)應(yīng)力筋縮短時(shí)的某一變形受到混凝土梁約束，從而使混凝土梁體端部受一集中力n作用。為簡(jiǎn)化計(jì)算，還近似地按平面問(wèn)題忽略鋼筋彎起角，取平均厚度進(jìn)行分析，同時(shí)考慮錨固區(qū)應(yīng)力集中對(duì)劈裂應(yīng)力的影響，計(jì)算模型如圖1、2所示。待添加的隱藏文字內(nèi)容3 圖1 預(yù)應(yīng)力

9、梁端部裂縫示意圖 圖2 裂縫應(yīng)力示意圖通過(guò)對(duì)模型分析得出以下結(jié)論：1、靠近錨具附近0.1h0.2h處是壓應(yīng)力區(qū)，混凝土雙向受壓。2、離開(kāi)錨具0.3h0.4h處存在著與預(yù)應(yīng)力筋相垂直的拉應(yīng)力區(qū)。拉應(yīng)力最大值約在離開(kāi)錨具0.3h0.4h位置，拉應(yīng)力圖形呈梭形。3、拉應(yīng)力即劈裂應(yīng)力，其最大值可按如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：max=(0.462-1.3+1.1)n/bh (1)拉應(yīng)力的合力為：s=(0.43+1.52-1.57+0.71)n (2)4、拉應(yīng)力的圖形和部位同裂縫的方向、部位和形狀基本吻合。5、當(dāng)預(yù)應(yīng)力梁采用自錨時(shí)，應(yīng)力圖形不變，其數(shù)量比采取表面錨具高約30%。6、直接影響這種應(yīng)力的因素是張拉力n及

10、錨板集中系數(shù)（即錨板高度和梁高之比，亦稱為荷載集中系數(shù)，=a/h）。該值越小，劈裂應(yīng)力越高，即錨具越集中，劈裂應(yīng)力越高。上述簡(jiǎn)化計(jì)算的公式適用于0.30.7的范圍。7、預(yù)應(yīng)力孔道的存在對(duì)應(yīng)力分布沒(méi)有多大的影響。對(duì)于先張法施工的高強(qiáng)鋼絲預(yù)應(yīng)力梁，梁斷面較高，張拉控制應(yīng)力亦較高。因此，沿梁高離開(kāi)預(yù)應(yīng)力筋一段距離，靠近中軸線附近，在梁端面上出現(xiàn)拉應(yīng)力y 常引起端頭水平裂縫，即端面裂縫。裂縫一般位于荷載的上部區(qū)域，大體與荷載平行。該裂縫的數(shù)量很大，幾乎占整個(gè)工程構(gòu)件數(shù)量的80%以上。關(guān)于這種裂縫，根據(jù)我國(guó)曾經(jīng)進(jìn)行的研究，通過(guò)20余根梁的模擬試驗(yàn)，建立了端面最大拉應(yīng)力的計(jì)算公式：ymax=k0 (3)

11、上式中0為梁端橫截面上平均壓應(yīng)力；0=n/a（a為梁端橫截面積；等于bh）；k為應(yīng)力系數(shù)。在工程中經(jīng)常遇到的情況下，k值可近似表達(dá)為：k=1/（18（e/h）2+0.25） (4) e為集中力的偏心距。裂縫產(chǎn)生的位置c（即裂縫與梁底面的距離）：c=（eh）1/2 (5) 梁的抗裂性驗(yàn)算，必須滿足以下要求：ymaxrt (6)其中，rt為混凝土抗拉強(qiáng)度；為塑性系數(shù)（一般取1.7）。2 張拉裂縫的控制措施由力學(xué)模型的分析可知，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁的張拉裂縫是一個(gè)較復(fù)雜的問(wèn)題，它涉及到設(shè)計(jì)梁體的構(gòu)性、預(yù)加應(yīng)力、混凝土的材性和施工環(huán)境等諸多方面因素。下面針對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁的特點(diǎn)，提出以下控制措施：2

12、.1 設(shè)計(jì)方面主要原則就是減少劈裂應(yīng)力和端截面的平均壓應(yīng)力。1、 設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量減少預(yù)應(yīng)力束在梁端的偏心程度，即增大e/h。因?yàn)殚_(kāi)裂荷載與e/h接近于平方關(guān)系。2、 降低預(yù)壓應(yīng)力，即減少?gòu)埨瓚?yīng)力或增大梁端面的寬度。對(duì)先張法構(gòu)件，在保證支座錨固要求的前提下，可將部分預(yù)應(yīng)力鋼筋在梁端部區(qū)域做成無(wú)粘結(jié)力筋。3、對(duì)錨固區(qū)位置及其集中程度作優(yōu)化設(shè)計(jì)，張拉程序也應(yīng)作嚴(yán)格規(guī)定，保證分階段均勻加載。4、在劈裂應(yīng)力區(qū)增配鋼筋，如內(nèi)部已設(shè)有構(gòu)造筋，出現(xiàn)裂縫后逐漸穩(wěn)定，則一般不降低承載力。在梁體端部增加抵抗橫向拉力的鋼筋網(wǎng)片，以控制端面裂縫（見(jiàn)圖3）。5、在設(shè)計(jì)上本著滿足施工工藝的前提下，盡量進(jìn)行混凝土配合比的優(yōu)化設(shè)

13、計(jì)。 圖3 通過(guò)配筋控制預(yù)應(yīng)力梁端部開(kāi)裂示意圖2.2 施工方面：主要原則就是保證混凝土質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性。1、 在施工過(guò)程中要注意嚴(yán)格控制混凝土原材料的質(zhì)量，特別是骨料含泥量（我國(guó)砂、石標(biāo)準(zhǔn)對(duì)含泥量的限制較寬松，對(duì)裂縫控制不利）應(yīng)盡量減少，因?yàn)楹嗔康脑黾邮够炷量估瓘?qiáng)度大幅度降低。2、 加強(qiáng)施工管理，嚴(yán)格控制混凝土配合比，加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)工作。3、 混凝土澆注中振搗應(yīng)密實(shí)，在施工條件允許的情況下，宜進(jìn)行二次振搗，以改善混凝土強(qiáng)度，提高抗裂性。4、 在張拉施工中，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)程序進(jìn)行張拉，并嚴(yán)格控制張拉力。5、 盡可能在混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%以上或更高之后，再進(jìn)行張拉施工，以盡量提高張拉時(shí)的混

14、凝土強(qiáng)度，減少非主要因素影響。3 結(jié)語(yǔ)雖然張拉裂縫問(wèn)題是個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，但只要采取有效的控制措施，一般也不會(huì)出現(xiàn)較大問(wèn)題。在設(shè)計(jì)上，對(duì)計(jì)算模型應(yīng)考慮各個(gè)因素反復(fù)驗(yàn)算，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在施工中，應(yīng)以預(yù)防為主，進(jìn)行裂縫的控制。對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)生的寬度大于0.2mm的有害裂縫，應(yīng)“對(duì)癥下藥”進(jìn)行及時(shí)修補(bǔ)?？傊灰O(shè)計(jì)考慮周全、嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，是可以實(shí)現(xiàn)對(duì)張拉裂縫的有效控制的。值得一提的是，本文所論述的是在預(yù)應(yīng)力張拉這一特定施工過(guò)程中出現(xiàn)的裂縫，它屬于“早期裂縫”的范疇。而在張拉施工過(guò)程中，因其他因素影響也會(huì)出現(xiàn)一些其他性質(zhì)的“早期裂縫”。在一些大型橋梁工程的建設(shè)中，預(yù)應(yīng)力預(yù)制梁等大型構(gòu)件預(yù)制后因露天堆放，構(gòu)件承受不均勻收縮而產(chǎn)生表面的溫度裂縫和收縮