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        現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板溫度收縮裂縫計算分析

        2012-02-26 03:35:56鐘健生
        關(guān)鍵詞:板底板面預(yù)埋

        鐘健生

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        現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板溫度收縮裂縫計算分析

        鐘健生

        (漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系,福建 漳州 363000)

        以實際工程為例,對現(xiàn)澆樓板跨中產(chǎn)生的溫度收縮裂縫進行了調(diào)查研究,結(jié)合溫度收縮應(yīng)力計算、應(yīng)力集中分析,從理論上驗證板中預(yù)埋線管處應(yīng)力的集中,引起局部溫度收縮應(yīng)力過大,誘發(fā)產(chǎn)生溫度收縮裂縫的現(xiàn)象,為今后的樓板裂縫控制提供了有益的參考。

        混凝土樓板;溫度收縮應(yīng)力;裂縫;應(yīng)力集中

        1 工程概況

        閩南某小區(qū)12層高層住宅,短肢剪力墻結(jié)構(gòu),坐北朝南,普通板式樓房。

        裂縫情況調(diào)查:樓板大部分于夏季澆筑,氣溫較高,當(dāng)年未發(fā)現(xiàn)樓板裂縫。次年2月,進行裝修工程施工,陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些板角斜裂縫。7月氣候漸漸炎熱,室內(nèi)地面的建筑垃圾和落地灰也基本清理完畢。朝南臥室跨中部位,發(fā)現(xiàn)有一些板面橫向裂縫。開始,僅少量在板面出現(xiàn),板底未見開裂,隨著時間的推移,板底也逐漸開裂,且數(shù)量不斷增長。在板面進行澆水試驗,發(fā)現(xiàn)板裂縫已經(jīng)貫穿。詳見圖1標(biāo)準(zhǔn)層裂縫平面示意圖。

        裂縫原因初步判斷:此處貫穿裂縫呈中間寬、兩端窄的棗核型;板面裂縫較板底先開裂,寬度也更大,與以往所見溫度收縮裂縫相似。進行了結(jié)構(gòu)檢測,混凝土強度、樓板厚度、鋼筋掃描檢測,合格。但平均裂縫寬度0.4mm,最寬處2mm,為有害裂縫。從裂縫形態(tài)和走向看,不是雙向板破壞形式,是非荷載裂縫,為溫度收縮應(yīng)力引起,不會對結(jié)構(gòu)安全造成影響,但會影響結(jié)構(gòu)的耐久性和引起滲漏,必須進行裂縫灌漿封閉。

        圖1標(biāo)準(zhǔn)層裂縫平面示意圖

        2 溫度應(yīng)力計算分析(縱向)

        取標(biāo)準(zhǔn)層該處樓板作為研究對象,梁板混凝土強度等級在6層以上時均為C25,板平面尺寸為3300mm×3900mm(凈跨),板厚100mm,板底筋為?8@160雙向,面筋從梁邊伸入板中1/4短跨長度,截面尺寸為200mm×600mm,配筋率約為1.2%。取板L=3300mm,H=3900mm。

        2.1梁板相對收縮當(dāng)量溫差T1

        根據(jù)王鐵夢《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[1]》一書中,有關(guān)混凝土收縮量的計算公式,收縮量:

        式中各修正系數(shù)按參考文獻[1]表2-1~2-5查得:

        b——經(jīng)驗系數(shù),梁取0.01,板養(yǎng)護較差取0.03;

        ——考慮各種非標(biāo)準(zhǔn)條件的修正系數(shù):泵送C25商品混凝土,:水泥品種,取1.0;:水泥細度,取1.35;:骨料取1.00;:水灰比為0.4,取1.0;:設(shè)計水泥漿量為26%,取1.25;:自然養(yǎng)護30天,取0.93;:環(huán)境相對濕度為60~70%,取0.7;:板的水力半徑倒數(shù)為,取1.0,梁的水力半徑倒數(shù)為,取0.08;:機械振搗,取1.0;:不同配筋率修正系數(shù),板取0.93;梁配筋率為1.2%,取0.79。

        代入式(1)計算:

        2.2季節(jié)性溫差T2

        樓板大部分在夏天澆筑完成,第二年春夏季節(jié)開裂。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料,夏季室外白天平均氣溫為28℃,冬季室外平均氣溫12℃。經(jīng)現(xiàn)場測溫,板在澆筑后的2~3天時,受到太陽輻射的影響,中心溫度升至峰值,達到50℃,冬季室內(nèi)板中心的平均溫度為12℃,即夏季到冬季的季節(jié)性溫差取為T2=50℃-12℃=38℃。

        2.3綜合溫差T

        T=T-1+T-2=10.9+38=48.9℃

        2.4混凝土內(nèi)外綜合溫差T,引起的縱向最大拉應(yīng)力計算

        立即進行測量放線作業(yè),未能及時覆蓋養(yǎng)護,取為0.8;

        ——鋼筋混凝土板的極限拉伸;

        N/mm3;

        ——系數(shù),

        K——抗裂系數(shù),一般取1.25。

        考慮配筋影響,按齊斯克列里公式[1]:

        2.4.3安全系數(shù)K值

        3預(yù)埋管處應(yīng)力集中引發(fā)樓板開裂

        在現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)中,為了布設(shè)強電、弱電線路,常常會在板中預(yù)先埋設(shè)各種線路的PVC套管。而板負筋長度通常只伸出梁或支座邊1/4板短跨計算長度,造成板面中部1/2范圍沒有配筋,類似素混凝土,混凝土一旦開裂,沒有鋼筋參與受力,裂縫寬度加大。與鋼管不同,PVC管外表光滑,與混凝土不易粘結(jié),所以容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象[3]。

        圖2 (a)(b)(c)圓孔的位置對應(yīng)力集中的影響(d)含雙孔板的拉伸

        一般情況下,溫度收縮應(yīng)力沿板長中部附近達到最大[5][6],代回2.4.1節(jié),將普通情況下計算所得溫度拉應(yīng)力放大2.63倍,可得實際預(yù)埋管處最大溫度拉應(yīng)力:

        同理,安全系數(shù)K:

        這與現(xiàn)場檢查情況吻合:貫穿裂縫呈中間寬、兩端窄的棗核型,是由于裂縫兩頭受到梁或墻的約束,寬度較中間小;板面比板底縫寬,且先出現(xiàn)。這是由于板底配有鋼筋,能限制或延緩裂縫的發(fā)展。同時,還應(yīng)該注意到,雙向板底部跨中拉應(yīng)力最大,板的自重荷載和施工活荷載也對裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展起了促進作用。

        4 結(jié)語

        通過對溫度收縮裂縫的細致調(diào)查,結(jié)合溫度收縮應(yīng)力計算、應(yīng)力集中分析,得出了是由于板中預(yù)埋線管處應(yīng)力的集中,引起局部溫度收縮應(yīng)力過大,在板跨中誘發(fā)產(chǎn)生了溫度收縮裂縫,為今后的樓板裂縫控制提供了有益的參考。

        [1] 王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:中國建筑工業(yè)出社,1997:106-117.

        [2] 高慶,等.工程斷裂力學(xué)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,1986.

        [3] 余天慶,錢濟成.損傷理論及其應(yīng)用[M].北京:國防工業(yè)出版社,1993.

        [4] 劉一華.應(yīng)力集中與失效分析[C].2006全國兄弟省市理化檢測與質(zhì)量控制學(xué)術(shù)交流會論文集,2006.

        [5] 何星華,高小旺.建筑工程裂縫防治指南[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006.

        [6] 劉興法.混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力分析[M].北京:人民交通出版社,1991.

        Calculation Analysis of Temperature-shrinkage Stress for Reinforced Concrete Slabs

        ZHONG Jian-sheng

        (Department of Building Engineering, Zhangzhou Institute of Technology, Zhangzhou 363000,China)

        This paper took practical engineering as an example, studied the temperature-shrinkage crack of cast-in-place reinforced concrete slabs, and verified the appearance of temperature-shrinkage crack caused by stress concentration in the pre-embedded pipe by calculating the temperature-shrinkage stress and analyzing the stress concentration. These conclusions are useful to the crack control of the slabs.

        R.C. slabs; temperature-shrinkage stress; crack; stress concentration

        (責(zé)任編輯:季平)

        2012-04-15

        鐘健生(1982— ),江西贛州人,助教,碩士研究生,主要從事土木工程和巖土工程方面的研究。

        TU375.2

        A

        1673-1417(2012)02-0032-05

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