梁裂缝分析和处理

对钢筋混凝土梁裂缝的分析与处理裂缝是固体材料中的某种不连续现象，属于材料强度理论范畴。工程裂缝现象是各类建(构)筑物中普遍存在的一种质量缺陷。裂缝及其扩展是结构破坏和倒塌的先兆，裂缝降低了结构的承载力，裂缝引起钢筋锈蚀、混凝土碳化、保护层脱落、渗漏及构件持久强度的降低等。对混凝土的细观研究及工程实践证明，裂缝是难于避免的，是一种材料特征，如对建筑物抗裂要求过高，将会付出巨大的经济代价。结构设计是以极限承载力为基础，但大多数工程的适用标准却是由裂缝控制，世界上绝大多数国家都是以其经济能力来决定对建筑物裂缝控制的宽严程度。裂缝按成因分为主应力裂缝、次应力裂缝和变形(温度、湿度、地基变形)裂缝；按形状分为表面裂缝、贯穿裂缝、竖向裂缝、水平裂缝、斜裂缝、外宽内窄裂缝、上宽下窄裂缝、上窄下宽裂缝、枣核形裂缝和对角线式裂缝；按裂缝扩展状态分为愈合裂缝、闭合裂缝、运动裂缝、稳定裂缝和不稳定裂缝。按极限状态设计理论，工程设计必须满足承载力极限状态和正常使用极限状态。承载力极限状态是建筑物安全需要，正常使用极限状态是从生产、生活、精神方面的要求。混凝土结构最大裂缝宽度控制标准根据环境和使用条件来制定(无腐蚀介质、无防渗要求时为0.3—0.4mm；轻微腐蚀、无防渗要求时为0.2—0.3mm；严重腐蚀、有防渗要求时为0.1—0.2mm)。普通钢筋混凝土构件内力接近30％极限荷载(混凝土应力达到抗拉强度、钢筋应力达到50一60MPa)时出现裂缝，裂缝宽度在0.05—0.1mm，这种裂缝不影响结构安全，还可承受70％-一80％极限荷载；许多工程的梁式结构、框架结构仅在自重作用下出现受拉区开裂或剪力区主拉应力裂缝；有的因拆模过早、抗拉强度不足，裂缝是常见的，但其极限承载力不会降低，总的安全度不变。变形裂缝较多出现在刚架、特种结构、组合结构等超静定结构中，但这类结构承载力安全储备充足，韧性良好，能适应较大变形而不致倒塌。处理这类裂缝时，可根据裂缝出现后应力衰减情况从宽控制。实践表明，有些裂缝是无害的，或者其害处是可为人类所控制的。对工程结构裂缝特征、机理和控制的研究，是有现实意义的。虽然，国内外的专家、学者在这方面积累了一些经验和技术资料，但尚嫌不足，为此，本文作者经长期系统地试验和整理，并提升到理论高度进行了综合分析。现就对于混凝土梁裂缝特征、开裂原因的分析和裂缝处理方法总结如下。2钢筋混凝土梁式构件裂缝与处理2．1钢筋混凝土梁侧面竖向裂缝和龟裂缝钢筋混凝土梁侧面竖向裂缝和龟裂缝如图1所示。这类裂缝特征：竖向裂缝一般沿梁长度方向基本等距，裂缝高度多在梁高中部，呈中间大两头小的趋势，深浅不一，严重时，裂缝深度可达100—200mm，更严重时，则出现穿透裂缝；龟裂缝多在梁上下边缘出现，且沿梁长非均匀分布，裂缝深度浅，为表层裂缝。开裂原因：产生竖向裂缝的原因是混凝土养护时浇水不够，特别是在拆模后未做潮湿养护，夏季施工时易于发生，是一种干缩裂缝；产生龟裂缝的原因是模板浇水不够，特别是采用未经水湿透的木模时，容易产生这种裂缝。控制处理：对这类裂缝，裂缝宽度小于0.1mm的可不处理；裂缝宽度为0.1～0.3mm的作表面封闭处理；裂缝宽度为0.3～1.0mm的可用环氧树脂浆液灌注；裂缝宽度大于1．0mm的可用微膨胀水泥浆液修补，修补前，应在裂缝表面涂刷一层水泥浆界面剂。对比较严重的龟裂缝，因其混凝土强度较低，甚至出现剥皮掉角现象，则应将疏松部分清除并凿毛，用高强度水泥砂浆嵌补。2．2钢筋混凝土梁水平顺筋裂缝钢筋混凝土梁水平顺筋裂缝如图2所示。这类裂缝特征：裂缝与钢筋方向一致，较多出现在已交工使用一段时间后的钢筋混凝土梁上，随着时间的推移，有逐渐发展的趋势。裂缝原因：钢筋锈蚀、氧化铁膨胀所致，更进一步是混凝土保护层过薄，使用了含氯外加剂，使用环境中富含腐蚀性气体或液体侵入混凝土，工业厂房中常见这种裂缝。钢筋混凝土梁水平顺筋裂缝会导致钢筋和混凝土之间的粘结率降低，甚至危及结构安全和耐久性，因此，需进行补强加固处理。预防措施包括：设计时，考虑加大保护层厚度；施工时，将钢筋骨架固定好后，主筋下部加垫块，确保混凝土保护层厚度；使用不含氯化物的外加剂；对钢筋混凝土梁做好防腐处理并做好维护。加固处理：一般情况下，先将裂缝用环氧胶泥嵌补，然后，采用外包型钢加固、外包钢筋混凝土套加固、预应力水平拉杆加固、预应力下撑式拉杆加固、粘钢加固等技术措施进行加固处理。2．3钢筋混凝土梁集中荷载处的裂缝钢筋混凝土梁集中荷载处的裂缝如图3所示。这类裂缝特征：在次梁与主梁交接处，次梁下面两侧出现斜向裂缝，属荷载作用裂缝。裂缝原因：设计或施工混凝土强度过低，设计加密箍筋或吊筋配筋不足，施工时钢筋上移。预防措施：按规范规定设计横向钢筋，施工时，应保证混凝土施工质量和钢筋定位准确。这类裂缝通常需进行加固处理。处理方法：采用粘钢板加固技术措施进行加固处理。2．4钢筋混凝土主梁两端上部斜裂缝钢筋混凝土主梁两端上部斜裂缝如图4所示。这类裂缝特征：裂缝分布在主梁两端上部，呈斜向裂缝，裂缝宽度表现为上口大下口小；裂缝多在交工使用后出现。裂缝原因：主梁两端有较强约束造成，如薄腹梁两端上部有刚性较大的天窗架，由于天窗架与薄腹梁两端预埋件焊牢，则当薄腹主梁在荷载作用下变形时，在梁两端产生一定的弯矩和剪力，造成梁端出现裂缝。预防措施：在梁端配置一定数量的构造钢筋。处理方法：一般情况下，采用粘钢加固技术措施进行加固处理。2．5钢筋混凝土连续梁负弯矩裂缝钢筋混凝土连续梁负弯矩裂缝如图5所示。这类裂缝特征：裂缝出现在近支座部位或主次梁交接部位，裂缝宽度上大下小，至梁下口受拉主筋处闭合。裂缝原因：钢筋混凝土梁上口负弯矩过大，导致负弯矩受拉区开裂。预防措施：在梁端配置一定数量的构造钢筋。处理方法：采用粘钢加固技术措施进行加固处理。2．6钢筋混凝土梁垂直裂缝和斜裂缝钢筋混凝土梁垂直裂缝和斜裂缝如图6所示。这类裂缝特征：垂直裂缝多出现在梁跨中部位，钢筋混凝土梁垂直裂缝和斜裂缝多出现在梁两端；这类裂缝多在施工阶段或使用阶段出现，属典型的荷载裂缝。裂缝原因：主要有设计和施工两个方面的原因，设计截面尺寸选择不当、正截面受拉主筋配筋不足、斜截面横向箍筋配筋不足等因素，均可导致产生钢筋混凝土梁垂直裂缝和斜裂缝；施工时，混凝土实际强度偏低、受拉主筋上浮移位或少放、斜截面横向箍筋少放、施工荷载超载等因素，也会导致产生钢筋混凝土梁垂直裂缝和斜裂缝；使用荷载过大，也会产生这类裂缝。钢筋混凝土梁垂直裂缝和斜裂缝是典型的荷载裂缝，严重时，将危及结构安全使用，因此，需查明产生裂缝的原因，针对不同情况和危害程度进行补强加固处理。处理方法：一般情况下，先将裂缝用环氧胶泥嵌补，然后，采用外包型钢加固、外包钢筋混凝土套加固、预应力水平拉杆加固、预应力下撑式拉杆加固、粘钢加固、u形箍加固等技术措施进行加固处理。2．7钢筋混凝土梁受压区裂缝钢筋混凝土梁受压区层状裂缝如图7所示。这类裂缝特征：裂缝出现在钢筋混凝土梁受压区附近，水平裂缝和垂直裂缝交织，形成网状。裂缝原因：钢筋混凝土梁受压区配筋不足，设计截面尺寸选择不当；施工时，混凝土实际强度偏低，受压区主筋下浮移位或少放，施工荷载超载，使用荷载过大，也会产生这类裂缝。钢筋混凝土梁受压区层状裂缝，是典型的荷载裂缝，严重时，将危及结构安全使用。处理方法：一般情况下，在受压区采用粘钢加固技术措施进行加固处理。2．8钢筋混凝土圈梁、框架梁、基础梁斜裂缝如图8所示，这类裂缝特征一般呈斜向裂缝，较集中在跨中部位，但有时也可能出现在端部(如框架梁)，且贯穿整个梁高。裂缝原因：主要是基础不均匀沉降所引起，裂缝高端指向地基不均匀沉降方向。图8所示钢筋混凝土圈梁、框架梁、基础梁斜裂缝，是比较典型的基础不均匀沉降裂缝，严重时，将危及建筑物安全使用。因此，在处理这类裂缝以前，首先应查明基础下沉的原因，并采取措施确保地基不再继续下沉，再进行补强加固处理。处理方法：采用外包型钢加固和粘钢板加固技术措施进行加固处理。2．9钢筋混凝土屋面梁温度裂缝对176根屋面大梁检查，其中，82根薄腹梁、88根花篮梁、6根预制装配梁均有贯穿性裂缝。用矩形梁和花篮梁比对试验，结果矩形梁因表面用油毡隔离、屋面板热膨胀而梁温度应力极小而未开裂，花篮梁开裂。裂缝形态如图9所示。A型裂缝，原因是梁的跨度大而配筋率较小，裂缝一直延伸到梁底，裂缝间距0.7～1.0m左右，跨中集中，最大宽度1～2mm，大梁初看很危险，其实裂缝对大梁挠度的增加相对于正常使用荷载下的挠度仍很小。B型裂缝主要出现在跨度较小、配筋率较高的大梁上，裂缝宽度较小，间距0.7～1.0m左右，形状两头小中间大。C型裂缝主要出现在跨度小、配筋高的大梁上，裂缝宽度小于0.3mm，间距一般均在0.7～1.0m左右，裂缝位置均在主筋以上。治理方案：可增加屋面大梁的配筋率，缩小开间，在梁底端部增加正弯矩钢筋在梁的腹部增加温度筋，梁板问用油毡作隔离层，消除温度应力的影响，裂缝超过规范要求时，则用粘接材料修补，以免钢筋锈蚀。3小结以上对工程中常见的钢筋混凝土梁式结构裂缝进行了归纳，对其裂缝特征、开裂原因、预防措施和治理方法进行了总结，对钢筋混凝土梁式结构裂缝控制技术的研究，在实际过程中积极预防，对已出现的质量问题有针对性的进行处理，保证工程施工质量。