鐘健生

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現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板溫度收縮裂縫計(jì)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(shí)際工程為例，對現(xiàn)澆樓板跨中產(chǎn)生的溫度收縮裂縫進(jìn)行了調(diào)查研究，結(jié)合溫度收縮應(yīng)力計(jì)算、應(yīng)力集中分析，從理論上驗(yàn)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(jìn)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(shí)間的推移，板底也逐漸開裂，且數(shù)量不斷增長。在板面進(jìn)行澆水試驗(yàn)，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(jìn)行了結(jié)構(gòu)檢測，混凝土強(qiáng)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(huì)對結(jié)構(gòu)安全造成影響，但會(huì)影響結(jié)構(gòu)的耐久性和引起滲漏，必須進(jìn)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(jì)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(qiáng)度等級在6層以上時(shí)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(jì)算公式，收縮量：

式中各修正系數(shù)按參考文獻(xiàn)[1]表2-1～2-5查得：

b——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，梁取0.01，板養(yǎng)護(hù)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(xì)度，取1.35；：骨料取1.00；：水灰比為0.4，取1.0；：設(shè)計(jì)水泥漿量為26％，取1.25；：自然養(yǎng)護(hù)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(jī)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(jì)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(shí)，受到太陽輻射的影響，中心溫度升至峰值，達(dá)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(jì)算

立即進(jìn)行測量放線作業(yè)，未能及時(shí)覆蓋養(yǎng)護(hù)，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(qiáng)電、弱電線路，常常會(huì)在板中預(yù)先埋設(shè)各種線路的PVC套管。而板負(fù)筋長度通常只伸出梁或支座邊1/4板短跨計(jì)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(dá)到最大[5][6]，代回2.4.1節(jié)，將普通情況下計(jì)算所得溫度拉應(yīng)力放大2.63倍，可得實(shí)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?。话迕姹劝宓卓p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(shí)，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(jìn)作用。

4 結(jié)語

通過對溫度收縮裂縫的細(xì)致調(diào)查，結(jié)合溫度收縮應(yīng)力計(jì)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(jì)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(huì)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