減輕超靜定構(gòu)件溫度裂縫病害的初探

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時下許多超靜定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)水平構(gòu)件，在混凝土硬化過程中，收縮裂縫發(fā)生，這些收縮裂縫在降溫時的溫度應(yīng)力作用下發(fā)展。

鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的試驗研究表明，構(gòu)件在開裂時的彎矩只是破壞彎矩的20%左右。對于民用建筑工程，施工期間的構(gòu)件自重和施工荷產(chǎn)生的彎矩，已遠(yuǎn)大于此數(shù)值，所以許多一般水平受彎構(gòu)件在在填充墻砌筑之前，已經(jīng)開裂。

“由于結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的破壞和倒塌是從裂縫擴(kuò)展開始的，因此人們對裂縫往往產(chǎn)生一種建筑破壞的恐懼感，是可以理解的。早在1932年，前蘇聯(lián)А.флолейт教授的鋼筋混凝土強(qiáng)度理論就指出,如正常配筋受彎構(gòu)件的破壞狀態(tài)是指受拉區(qū)鋼筋到達(dá)屈服強(qiáng)度，受壓區(qū)混凝土到達(dá)受彎的抗壓強(qiáng)度，此狀態(tài)稱為承載力極限狀態(tài)。這一狀態(tài)全過程是伴隨著荷載的不斷增加，裂縫出現(xiàn)(鋼筋應(yīng)力只有40～60MPa)，裂縫擴(kuò)展，受壓區(qū)塑性不斷發(fā)展，最后達(dá)到完全破壞。此時破壞荷載往往是裂縫出現(xiàn)荷載時的3～5倍，因此，很多大型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，僅僅自重就超過了極限荷載的30%,在此條件下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)帶有輕微裂紋是完全正常的，結(jié)構(gòu)是安全的，恐懼是不必要的。”【1】

“大家知道，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是由石頭、砂子、水泥和水組成的，是一個混合起來的東西，相互之間有一定的縫隙。加上混凝土中的水??每立方米混凝土中有約200公斤的水，充滿在混凝土當(dāng)中，占用一定的空間。當(dāng)這些水揮發(fā)以后，就留下空間，形成實際上的縫。石頭有時候本身也有裂隙，因為它是泵上來的。由此看來，混凝土天生就是會產(chǎn)生縫隙的材料。

“我們再看看另一個原因，這是一個技術(shù)上的原因，是一個導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物產(chǎn)生裂縫的更重要的原因。

“大家知道混凝土是脆性材料，由鋼筋和混凝土結(jié)合在一塊的，但鋼筋卻是韌性材料，它們兩者在一起工作，彈性模量相差很大，如圖所示，這還只是一般的情況。至于兩者的強(qiáng)度差別就更大。因此，兩種材料在一起共同發(fā)揮作用，只有犧牲混凝土，這時就必然產(chǎn)生裂縫。請看圖，鋼筋在下面，要使鋼筋受力，如果每個平方公分受力1600～2000公斤，要保持不產(chǎn)生裂縫，那么彈性模量為1比5的話，混凝土必須承受400～500公斤的力，但我們知道一般的混凝土的抗壓強(qiáng)度為每平方公分20公斤左右，因此，要使鋼筋參加工作，比較多地承受力，混凝土勢必裂開。”【2】

超靜定鋼筋混凝土大梁裂縫較多，但情況一般并不嚴(yán)重，全部是發(fā)生在梁腹部的豎向裂縫，每條裂縫都是兩頭尖，中間寬呈橄欖狀，裂縫寬度一般為0.05～0.2mm。同一工程的裂縫寬度隨構(gòu)件所處的部位和混凝土的強(qiáng)度等級不同而不等。筆者在調(diào)研過程中，詳細(xì)量測了某5×5跨框架（南北方向進(jìn)深8.4m，由A、B、C、D、E、F等6榀框架；東西方向開間8m，由1、2、3、4、5、6等6榀框架）結(jié)構(gòu)的裂縫，在同一樓層，東西方向梁的裂縫比南北方向梁的裂縫數(shù)量多，且裂縫寬度寬；中部各跨梁的裂縫比內(nèi)部其他跨多而寬，邊跨最輕。裂縫寬度從寬到窄降量排列依次為C、D軸→3、4軸→B、E軸→2、5軸→A、F軸→1、6軸。筆者認(rèn)為這是符合超靜定結(jié)構(gòu)“作用按剛度分配的原則”??剛度愈大的分到的作用就愈大。這種現(xiàn)象在別墅類建筑的板類構(gòu)件溫度縫中也相當(dāng)明顯，即使雙向板兩個方向的尺寸只相差5%,也會發(fā)現(xiàn)平行于長邊方向的裂縫比平行于短邊方向的裂縫來得嚴(yán)重，或前者有、后者無，或前者寬、后者窄。另外我們還發(fā)現(xiàn)該工程3層梁的裂縫規(guī)律與其他各層相同，但是各部位的裂縫寬度都比其他樓層相應(yīng)部位的裂縫寬度大，后來了解到，當(dāng)時為搶進(jìn)度，將3層梁板的混凝土強(qiáng)度等級由其他樓層的C30提高到了C40。