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1 超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

國(guó)內(nèi)外目前對(duì)超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)還沒有一個(gè)嚴(yán)格的定義。一般認(rèn)為大面積混凝土結(jié)構(gòu)就是指以整澆混凝土樓面結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度或?qū)挾仁欠癯^規(guī)范不設(shè)縫的限制要求為標(biāo)準(zhǔn)的。這里的大面積混凝土結(jié)構(gòu)即為超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)。超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)包括以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：

1.1 樓面一個(gè)方向或兩個(gè)方向超長(zhǎng)，平面尺寸較大，樓板厚度＜200mm。

1.2 在混凝土收縮和溫度變化的作用下，混凝土澆筑后，樓面發(fā)生較大的變形，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生較大的應(yīng)力，從而導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

1.3 引起超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的主要原因包括溫度和收縮應(yīng)力。

2 超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)開裂的類型及原因分析

2.1 混凝土收縮引起的開裂

在混凝土結(jié)構(gòu)中，基礎(chǔ)、豎向構(gòu)件及混凝土內(nèi)鋼筋約束著混凝土的收縮變形，混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)混凝土中拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度或拉應(yīng)變超過混凝土的極限拉應(yīng)變，結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

由于混凝土材料本身所具有的一種物理化學(xué)特性，混凝土收縮與應(yīng)力無關(guān)。實(shí)踐證明，混凝土密實(shí)度、水泥品牌和數(shù)量及其質(zhì)量、外加劑的品種、性質(zhì)和用量、養(yǎng)護(hù)方法和齡期、環(huán)境溫度和濕度、體積和表面積之比等都是影響混凝土收縮的因素。

2.2 溫度應(yīng)力引起的裂縫

作為物體受溫度作用的一種自然現(xiàn)象——熱脹冷縮，我們不應(yīng)忽視其溫度作用對(duì)建筑物的影響。太陽(yáng)熱輻射和空氣溫度在建筑物表面產(chǎn)生的日照溫度構(gòu)成了建筑物的環(huán)境溫度。應(yīng)力會(huì)隨著結(jié)構(gòu)或構(gòu)件變形受約束時(shí)產(chǎn)生。依據(jù)鋼筋混凝土溫度應(yīng)力產(chǎn)生的原因，可將混凝土溫度應(yīng)力概括為以下2種：

2.2.1 外約束應(yīng)力。外約束應(yīng)力是由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的全部或部分受到外界約束，溫度收縮變形時(shí)不能自由變形而引起的。實(shí)踐中常見的有：梁和地基約束了基礎(chǔ)板受到、柱子約束了框架梁的變形、梁柱約束了樓板、地基基礎(chǔ)約束了框架變形、墻板受到基礎(chǔ)的約束等等。

2.2.2 自生應(yīng)力。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本身的約束而產(chǎn)生的，且在整個(gè)斷面上，產(chǎn)生的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力保持平衡的即為自生應(yīng)力。如在實(shí)踐中，當(dāng)混凝土冷卻的時(shí)候，由于內(nèi)外存在溫差，混凝土表面的溫度收縮變形收到內(nèi)部的約束，拉應(yīng)力就會(huì)在表面產(chǎn)生，從而出現(xiàn)內(nèi)部壓應(yīng)力現(xiàn)象；又如，內(nèi)部鋼筋在混凝土收縮時(shí)對(duì)其進(jìn)行制約等等。

綜上所述，約束在研究溫度對(duì)結(jié)構(gòu)變形影響方面，是一個(gè)不可忽視的基本概念。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，無論是外約束還是內(nèi)約束，對(duì)于超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)來說，因?yàn)闇夭町a(chǎn)生的溫度變形無法自由釋放，結(jié)構(gòu)都會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，此時(shí)，如果混凝土抗拉強(qiáng)度小于應(yīng)力，就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

3 抗裂措施

3.1 施加預(yù)應(yīng)力

新技術(shù)的應(yīng)用成為解決溫度應(yīng)力的技術(shù)措施，幾乎所有的超長(zhǎng)混凝土框架結(jié)構(gòu)抵抗溫度變形和混凝土收縮變形的主要措施都是采用都將預(yù)應(yīng)力。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中采用的是高強(qiáng)鋼筋，如果要使高強(qiáng)鋼筋的強(qiáng)度充分被利用，必須使其有很大的伸長(zhǎng)變形，鋼筋屈服后，構(gòu)件將出現(xiàn)不能允許的過寬裂縫和較大撓度，預(yù)應(yīng)力混凝土看作混凝土經(jīng)過預(yù)壓后，從原先抗拉弱抗壓強(qiáng)的脆性材料變?yōu)橐环N既能抗拉又能抗壓的彈性材料，溫度收縮應(yīng)力引起的拉應(yīng)力被預(yù)應(yīng)力所產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力所抵消，在正常使用狀態(tài)下，混凝土沒有裂縫出現(xiàn)，甚至沒有拉應(yīng)力出現(xiàn)。對(duì)于部分預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)，框架梁中配置拋物線型預(yù)應(yīng)力筋，同時(shí)抵抗豎向荷載以及水平方向的溫度和收縮變形，板中配置無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力直線溫度筋，如果結(jié)構(gòu)層高受到限制，通常采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力扁梁框架或無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)。

3.2 后澆帶的設(shè)置

施工中，應(yīng)加強(qiáng)和控制后澆帶的施工質(zhì)量。所謂后澆帶，就是指在建筑施工中為防止現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于溫度、收縮不均可能產(chǎn)生的有害裂縫，按照設(shè)計(jì)或施工規(guī)范要求，在基礎(chǔ)底板、墻、梁相應(yīng)位置留設(shè)臨時(shí)施工縫，將結(jié)構(gòu)暫時(shí)劃分為若干部分，經(jīng)過構(gòu)件內(nèi)部收縮，在若干時(shí)間后再澆搗該施工縫混凝土，將結(jié)構(gòu)連成整體。如果施工中處理不好后澆帶，非但工程達(dá)不到預(yù)期效果，而且還會(huì)致使結(jié)構(gòu)存在安全隱患，從而使結(jié)構(gòu)防水效果大打折扣。實(shí)踐中，我們總結(jié)了以下幾種方法，對(duì)后澆帶間混凝土進(jìn)行加強(qiáng)控制：為了提高其抗裂能力，相對(duì)于先澆混凝土，后澆帶處的混凝土應(yīng)相應(yīng)地提高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)；為了防止因?yàn)闈仓r(shí)間差導(dǎo)致后澆帶混凝土與后澆帶兩側(cè)主體結(jié)構(gòu)混凝土（兩側(cè)混凝土已完成一部分收縮）形成較大的收縮差，應(yīng)采用補(bǔ)償收縮混凝土、低收縮混凝土、膨脹劑摻量較周圍混凝土大的補(bǔ)償收縮混凝土；為了使新混凝土和舊混凝土之間緊密結(jié)合，防止在交界面出現(xiàn)裂縫，應(yīng)利用預(yù)應(yīng)力筋在后澆帶處交叉搭接。后澆帶處混凝土的施工質(zhì)量十分重要，是確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵。兩側(cè)混凝土結(jié)合面需按施工縫處理，兩側(cè)混凝土做成企口形式，其接縫要嚴(yán)格按照施工圖施工。后澆帶兩側(cè)混凝土應(yīng)在施工前鑿毛，然后再清理沖刷干凈后澆帶，為了便于粘結(jié)，再均勻涂刷一層水泥漿或與混凝土內(nèi)成分相同的水泥砂漿，最后進(jìn)行不少于15d的潮濕養(yǎng)護(hù)，以確?；炷恋臐仓|(zhì)量。需要重視的是：為了減少后澆帶封閉后的溫度變化，后澆帶澆筑混凝土?xí)r的溫度不應(yīng)大于主體澆筑混凝土的溫度，其主要目的是降低后澆帶處溫度應(yīng)力，減少開裂。

3.3 添加膨脹劑

部分工程為了補(bǔ)償混凝土收縮的影響，需要在混凝土中添加膨脹劑，膨脹劑的功能主要發(fā)揮于早期，初期時(shí)混凝土收縮變形比較大，早期裂縫能被解決，中國(guó)建筑科學(xué)研究院的UEA補(bǔ)償收縮混凝土在實(shí)踐中是首選，在水泥中摻入10～12UEA膨脹劑拌而制成的補(bǔ)償收縮混凝土，其限制膨脹率為2～4×10，在鄰位的和鋼筋約束下，可在結(jié)構(gòu)中建立0.2～O.7MPa的預(yù)壓應(yīng)力，混凝土硬化過程中干燥和水化熱引起的拉應(yīng)力能大致可以被抵消。

3.4 釋放約束

由于混凝土收縮和溫度變化，邊緣部分的大面積混凝土結(jié)構(gòu)變形最大，為此，橫向開裂可能在邊柱處出現(xiàn)，所以，為了提高柱子的變形能力或者降低柱子的抗側(cè)剛度，大部分的工程都需要采取一定的措施加以補(bǔ)償，例如：把邊柱與混凝土梁板結(jié)構(gòu)之間做成鉸接，把一個(gè)大柱在原位分成兩個(gè)小柱或者采用鋼柱；為了釋放水平剪力，減少結(jié)構(gòu)受約束的長(zhǎng)度，使得溫度應(yīng)力降低，亦可安裝適當(dāng)數(shù)量的橡膠支座在結(jié)構(gòu)的兩端。對(duì)于100米長(zhǎng)的框架，跨度均為10米，在結(jié)構(gòu)的兩端各放松一根柱子，則結(jié)構(gòu)的有效約束長(zhǎng)度為原來的0.8倍，溫度應(yīng)力的降低幅度為0.3～0.5，這對(duì)解決超長(zhǎng)框架的溫度應(yīng)力有顯著的影響。

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