地下室溫度收縮裂縫成因的理論分析及控制措施

1、地下室溫度收縮裂縫成因的理論分析及控制措施        摘 要:混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的主流,針對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的地下室進(jìn)行研究,地下室裂縫產(chǎn)生的主要原因是由于混凝土的變形變化受到約束作用而產(chǎn)生的,引起變形變化的原因主要有溫度變化,對(duì)形成地下室收縮裂縫的樁底板等的約束作用和構(gòu)件的自約束應(yīng)力進(jìn)行了理論分析,分析了由溫度引起的裂縫,并提出控制措施 關(guān)鍵詞:地下室;收縮裂縫;控制 地下室結(jié)構(gòu)一般都是由鋼筋混凝土墻圍合而成,在設(shè)計(jì)荷載所用下,鋼筋混凝土墻一般是不會(huì)產(chǎn)生裂縫的,然而高層建筑地下室墻壁開裂現(xiàn)象比較普遍,尤其

2、在施工階段,混凝土早期裂縫出現(xiàn)幾率比較高,并且?guī)缀醵疾皇怯珊奢d作用而引起的,由此就必須對(duì)非荷載作用下地下室墻壁裂縫原因進(jìn)行分析除地下室墻體會(huì)開裂外,地下室底板,頂板都會(huì)產(chǎn)生非荷載裂縫根據(jù)20012006年的統(tǒng)計(jì)資料,高層建筑地下室大底板出現(xiàn)裂縫的數(shù)量占底板總數(shù)的10%,而地下室外墻的開裂數(shù)量占被調(diào)查工程總數(shù)的85%以上控制外墻裂縫技術(shù)難度很大,在國(guó)內(nèi)外的工程實(shí)踐中還沒有非常成熟有效的技術(shù)措施,本文擬對(duì)此作探討 1 地下室的外部約束分析 地下室是結(jié)構(gòu)物比較特殊的一部,它位于結(jié)構(gòu)的底部,并且與基礎(chǔ)相連接,這樣地下室通過基礎(chǔ)或者直接與地基相互作用對(duì)于地下室來說,地基或者地基與基礎(chǔ)共同對(duì)地下室的作用就

3、成為本文所說的地下室外部約束 (1)地基對(duì)地下室地板的約束 地下室底板澆注在地基上,地基和底板之間有粘結(jié)摩擦作用當(dāng)?shù)装灏l(fā)生溫度變形或者收縮變形時(shí),底板和地基之間將產(chǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng),但由于粘結(jié)作用和摩擦作用的存在,地基將阻止底板的相對(duì)運(yùn)動(dòng),在地基與底板接觸面上必然會(huì)產(chǎn)生剪應(yīng)力,這個(gè)剪應(yīng)力就是地基對(duì)底板的約束作用 由于地基條件的多樣性,底板界面尺寸的變化,底板上的結(jié)構(gòu)形式和荷載的變化等,底板與地基之間的剪應(yīng)力變化是比較復(fù)雜的,只有通過近似簡(jiǎn)化的方式來求解此剪應(yīng)力假定某點(diǎn)的剪應(yīng)力z與該點(diǎn)水平位移u成正比: (2)樁基礎(chǔ)對(duì)結(jié)構(gòu)的約束 樁基礎(chǔ)是一種承載性能高穩(wěn)定性好沉降及差異變形小沉降穩(wěn)定快抗震能力強(qiáng)及能適應(yīng)

4、各種復(fù)雜地質(zhì)條件且適用范圍廣的基礎(chǔ)形式,因而在工程中的運(yùn)用愈來愈廣泛在分析地下室結(jié)構(gòu)的約束時(shí),必然要考慮樁基的存在所來帶的約束作用 在相關(guān)資料上把樁的約束作用均勻分配到每根樁所分擔(dān)的地基面積上,然后與地基對(duì)底板的約束進(jìn)行疊加,其單位面積地基上樁的阻力Cx,為: 2 混凝土溫度收縮應(yīng)力的理論計(jì)算公式 混凝土裂縫的產(chǎn)生可以從兩個(gè)指標(biāo)來進(jìn)行判別:其一就是混凝土的拉應(yīng)力超過了混凝土的抗拉強(qiáng)度;其二是混凝土的拉應(yīng)變超過了混凝土的極限拉應(yīng)變混凝土的極限拉應(yīng)變不容易測(cè)得,因而用混凝土的拉應(yīng)力是否達(dá)到混凝上的抗拉強(qiáng)度作為判斷混凝土的是否開裂的依據(jù)比較方便,運(yùn)用也比較普遍這樣,計(jì)算混凝土溫度收縮應(yīng)力就非常必要的

5、了 2.1 溫度收縮應(yīng)力計(jì)算的公式 假定:(1)結(jié)構(gòu)物同地基接觸面上的剪應(yīng)力與水平變位成線性比例: 上式中T底板與地基結(jié)束面上的剪應(yīng)力; Cx水平阻力系數(shù),即產(chǎn)生單位位移的剪應(yīng)力,取值同前文所述; U產(chǎn)生剪應(yīng)力:的地基水平位移; (2)結(jié)構(gòu)物為地基上的長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)物一薄板矮墻等,板厚或者墻高與長(zhǎng)度之比HlL<_0.20 (3)結(jié)構(gòu)物厚度t均勻,高度H均勻,受力沿高度和厚度均勻,結(jié)構(gòu)物相對(duì)地基有溫差T,計(jì)算的是只考慮對(duì)貫穿裂縫起控制作用的平均拉應(yīng)力計(jì)算公式為: 2.2 溫度收縮應(yīng)力的有限元計(jì)算 對(duì)于單一的混凝土構(gòu)件,譬如一片規(guī)則的墻體或是一塊規(guī)則的混凝土底板受到均勻的約束及均勻的溫度收縮變形

6、的作用時(shí),運(yùn)用上一小節(jié)的理論計(jì)算公式時(shí)比較方便的,但當(dāng)我們面對(duì)的是一片不規(guī)則的墻體,不規(guī)則的底板,不均勻的約束和荷載時(shí),運(yùn)用以上的理論公式就比較難以反映構(gòu)件的真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)更只得我們注意的是,當(dāng)我們要掌握整個(gè)結(jié)構(gòu)在溫度收縮變形作用下的應(yīng)力分布狀態(tài)時(shí),用以上的理論公式時(shí)難以得到比較滿意的結(jié)果 隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展,有限元理論的完善,相應(yīng)有限元軟件的精度也在提高,這樣,選擇運(yùn)用可信有限元軟件對(duì)我們所要研究的結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件進(jìn)行有限元分析是比較方便,且其分析結(jié)果也是可供參考的         3 地下室溫度收縮裂縫控制的措施 針對(duì)

7、溫度收縮變形的特點(diǎn),以上具體的分析了影響溫度收縮變化的具體因素,為有效的控制地下室裂縫的產(chǎn)生與擴(kuò)展,相應(yīng)的從結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料質(zhì)量施工措施三個(gè)方面來考慮裂縫的控制措施 3.1 結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面 (1)減少結(jié)構(gòu)約束 約束是變形變化產(chǎn)生裂縫的必要條件,假如沒有約束存在,那么變形彎化不會(huì)使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生應(yīng)力,亦不會(huì)使結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件開裂地下室底板的變形變化受到地基墊層樁基礎(chǔ)等的約束,地下室側(cè)墻受到地基基礎(chǔ)底板頂板的約束,頂板受到側(cè)墻的約束減小結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件受到的約束程度可以相應(yīng)的減小結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的約束應(yīng)力為了減小地基對(duì)底板造成的外部約束,可以在地基與底板之間設(shè)置滑動(dòng)層或者緩沖層,緩沖層用于構(gòu)件局部突出嵌

8、入巖石的情況在地板和墊層之間設(shè)置滑動(dòng)層,減小底板受到的約束程度,讓地板在變形變化作用下有更大的伸縮的自由度,以至于可以釋放有變形變化所引起的應(yīng)力 (2)設(shè)置伸縮縫 設(shè)置伸縮縫就是把長(zhǎng)度比較大的結(jié)構(gòu)分成若干個(gè)長(zhǎng)度比較小的單元結(jié)構(gòu),其本質(zhì)就是減小獨(dú)立結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度,從一定意義上說,就通過減小結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度來減小約束作用縮縫間距可以釋放一定的溫度收縮變形引起的變形變化,使由于約束產(chǎn)生的應(yīng)力不致使結(jié)構(gòu)開裂但伸縮縫的設(shè)置會(huì)破壞結(jié)構(gòu)的整體性,對(duì)施工維護(hù)和結(jié)構(gòu)抗震度是不利的,對(duì)于地下室,還會(huì)帶來使用上的不便,而且容易發(fā)生諸如滲漏等的使用隱患 (3)設(shè)置后澆帶 設(shè)置后澆帶是目前運(yùn)用比較廣泛的防止溫度收縮變形產(chǎn)生裂縫的

9、一種方法并且是擴(kuò)大伸縮縫間距或者取消伸縮縫的有效措施后澆帶是施工期間設(shè)置的臨時(shí)變形縫,其目的是釋放早期的溫度收縮變形變化早期混凝土的收縮量比較大且溫度場(chǎng)相對(duì)不穩(wěn)定,后澆帶必須留置一定的時(shí)間,根據(jù)具體的情況,留置時(shí)間可不同,但從理論上說后澆帶留置時(shí)間盡可能長(zhǎng)些,溫度收縮變形釋放的比較充分,效果比較好后澆帶要有一定的寬度,一般規(guī)定是0.81.0m但這寬度范圍并不是不可以突破的,在已經(jīng)發(fā)表的文章中作者指出只要施工條件允許,應(yīng)將后澆帶寬度盡量取的大些后澆帶是為了釋放變形產(chǎn)生的約束應(yīng)力,所以穿越后澆帶的連續(xù)鋼筋總量越少越好 (4)配置一定量的構(gòu)造鋼筋 合理的配置構(gòu)造鋼筋是可以比較有效的限制裂縫的擴(kuò)展,但

10、配筋不能防止裂縫的出現(xiàn)配筋的總的原則是細(xì)而密,一般來說,在實(shí)際工程中,所選用的鋼筋直徑在8-16范圍內(nèi),鋼筋間距一般在100200mm之間 配置的構(gòu)造鋼筋需要有一定的量,可以用配筋率作為一個(gè)重要的衡量指標(biāo)對(duì)于怎樣的配筋率才是有效而又經(jīng)濟(jì)沒有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)從文獻(xiàn)可得到通常配筋率在0.2%1%之間變化,且在此范圍內(nèi),隨配筋率的增加對(duì)裂縫寬度的控制效果也相應(yīng)的提升;研究者傾向于采用 0.8%1%之間的配筋率,這是值得參考的;對(duì)于超過1%的配筋率,隨著配筋率的增加裂縫控制的效果不明顯 (5)采用專門的預(yù)加力措施,如采用預(yù)應(yīng)力控制地下室外墻裂縫 3.2 材料質(zhì)量方面的措施 混凝土材料自身的質(zhì)量嚴(yán)重的影響

11、著混凝土的性能,從材料方面對(duì)混凝土質(zhì)量進(jìn)行控制,是一個(gè)有效的防裂措施,具體如下: (1)減小混凝土的收縮減小混凝土的收縮可以選用收縮值比較小的水泥,例如礦渣水泥>普通硅酸鹽水泥>粉煤灰水泥;采用水泥細(xì)度相對(duì)較大的水泥;采用較低的水灰比;降低砂率,選用質(zhì)量比較高的骨料及良好的粗骨料的級(jí)配:利用混凝土的后期強(qiáng)度,盡可能的選用強(qiáng)度等級(jí)比較低的混凝土;適當(dāng)?shù)倪x用外加劑和摻合料 (2)減小混凝土產(chǎn)生的水化熱減小混凝土水化熱可以通過減少水泥用量,采用低水化熱水泥和標(biāo)號(hào)比較低的水泥 (3)選用質(zhì)量良好的外加劑,并且適當(dāng)正確的使用如采用膨脹劑配置的補(bǔ)償收縮混凝土可以提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗裂能力 (4)混

12、凝土的抗拉性能比較差是由混凝土自身的組成決定的,所以首先要保證混凝土的質(zhì)量,讓混凝土充分的發(fā)展自身的強(qiáng)度:其次就是可以加入纖維來改善混凝土的受拉性能 3.3 施工方面的措施 施工措施對(duì)混凝土的防裂是非常重要的混凝土的澆注方案對(duì)混凝土的溫度應(yīng)力和溫度裂縫產(chǎn)生較大的影響;確定合理的施工方案,選擇合適的澆注時(shí)間(如避免高溫天氣),保證現(xiàn)場(chǎng)混凝土質(zhì)量,混凝土的澆注質(zhì)量,尤其是對(duì)新澆混凝土的養(yǎng)護(hù)是非常關(guān)鍵的混凝土的養(yǎng)護(hù)直接影響著混凝土的早期收縮,混凝土的內(nèi)外溫度差以及混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng),總的說來,就是養(yǎng)護(hù)可以給混凝土營(yíng)造一個(gè)有利于混凝土性能發(fā)揮的良好的外部環(huán)境對(duì)于地下室的側(cè)墻養(yǎng)護(hù)相對(duì)比較困難,這需要采取一些措施給予解決 參考文