淺談混凝土梁裂縫及撓度的預(yù)防與控制

任正勃

河南省第一建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司（450014）

通過大型有限元軟件對單根混凝土梁的開裂過程進(jìn)行分析和討論，我們會發(fā)現(xiàn)在混凝土梁開裂過程中，存在著明顯的規(guī)律性。據(jù)此，我們建立混凝土梁開裂的預(yù)防機(jī)制并采取一些預(yù)防開裂破壞的措施，從而可有效提高混凝土梁的抗開裂性能。

1 混凝土梁的有限元分析

1.1 基本假設(shè)

1）鋼筋彌散在混凝土之中，且鋼筋混凝土采用SOLID65單元。2）混凝土為各向同性材料，不考慮混凝土的壓碎。3）材料具有非線性特征,構(gòu)件發(fā)生大位移變形。

1.2 混凝土梁的相關(guān)數(shù)據(jù)

該混凝土梁跨度6 m，截面尺寸300 mm×600 mm，混凝土標(biāo)號C30，并配有4B14的鋼筋，梁兩端采用固端約束。其中梁的混凝土彈性模量E=30 GPa，泊松比 ν=0.2，軸心抗拉強(qiáng)度 ft=1.54 MPa，裂縫張開傳遞系數(shù)為0.125,閉合裂縫傳遞系數(shù)為0.9；鋼筋的彈性模量為200 GPa，泊松比ν=0.25，屈服應(yīng)力 σ0.2=360 MPa。

1.3 分析結(jié)果

通過圖1可以發(fā)現(xiàn),隨著豎向荷載的增大，材料的塑性裂縫呈“八”字形分布，以受力拱的形式向下傳遞。裂縫主要集中在支座（剪切斜裂縫）和梁的底部（受拉裂縫）。

圖1 混凝土梁的裂縫分布形式

實(shí)際施工中如果管理不善、提前拆模、施工荷載超過設(shè)計(jì)荷載或混凝土強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)規(guī)定，抗剪鋼筋配置不足，箍筋沒有加密，使用了低劣的鋼筋（受拉強(qiáng)度不足）等會造成梁抗剪、抗拉強(qiáng)度不足從而產(chǎn)生剪切裂縫與受拉裂縫。梁支座裂縫可用粘結(jié)漿液壓注處理,受拉區(qū)裂縫一般采用水泥漿封閉，防止鋼筋銹蝕，再根據(jù)具體情況做補(bǔ)強(qiáng)加固處理。

通過圖2位移的傳遞流可以看出，均布荷載作用下，在梁的中部位移產(chǎn)生最大，在支座處的位移相對比較小并逐漸趨于零。可以發(fā)現(xiàn)位移的傳遞呈現(xiàn)一種二次拋物線的形式，由中間向兩邊過度。并產(chǎn)生一種位移的疊加，逐步向下擴(kuò)散。

圖2 梁的豎向位移傳遞云圖

實(shí)際中混凝土梁的撓曲線變形過大直接影響著使用功能，因此對于混凝土梁的使用和設(shè)計(jì)程中應(yīng)該加強(qiáng)以下幾個方面的問題[1]。

1）合理布置梁的荷載和支座，荷載的位置和支座的配置方式直接影響著梁內(nèi)最大彎矩和最大剪力。應(yīng)該根據(jù)梁的受彎形式，直接配置一種合理的結(jié)構(gòu)形式,然后結(jié)合該種形式布設(shè)結(jié)構(gòu)的外加荷載。

2）合理選取截面形狀。截面的形狀也同樣決定著梁內(nèi)的最大應(yīng)力和梁的最大撓曲程度，截面形狀盡量采用離中性軸比較大的形式，這樣可以確保所采用的梁最大外緣的應(yīng)力保持最小。

3）合理設(shè)計(jì)梁的外形。結(jié)合彎曲受力應(yīng)該采用魚腹式的梁，最大限度的采用截面形狀降低結(jié)構(gòu)的撓曲變形。

2 混凝土梁開裂的一些預(yù)防措施及處理方法

2.1 混凝土梁的一些預(yù)防措施[3]

1）加強(qiáng)原材料的進(jìn)場驗(yàn)收管理，嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范選用水泥、砂石、鋼筋。

2）結(jié)合具體的構(gòu)件形式以及使用部位，合理的選擇水泥、標(biāo)號，確定養(yǎng)護(hù)時間及配合比。

3）混凝土在施工時注意布料、振搗、養(yǎng)護(hù)等具體施工方法，嚴(yán)格按照相關(guān)施工工藝操作。

2.2 混凝土梁裂縫的一些處理方法[2]

1）表面涂抹法：對于一些細(xì)而淺的微裂縫，深度不大、不伸縮的裂縫比較適宜于采用表面涂抹的方式。

2）灌漿法：此法應(yīng)用范圍廣,從細(xì)微裂縫到大裂縫均可適用,處理效果好。對于承受大載荷的結(jié)構(gòu)梁,應(yīng)使用水泥漿（水泥：膨脹劑=9：1攪成）在裂縫處搓抹。

3）填充法：可以采用修補(bǔ)材料直接填充裂縫,故一般用來修補(bǔ)較寬的裂縫(0.3 mm),作業(yè)簡單,費(fèi)用低、施工迅速。而對于寬度小于0.3 mm，較淺的裂縫、用灌漿法很難達(dá)到效果的裂縫、以及小規(guī)模裂縫的簡易處理可采取開V型槽，然后作填充處理。

以上是對混凝土梁裂縫產(chǎn)生的原因做了初步分析，提出了一些相應(yīng)的預(yù)防及處理措施，我們在現(xiàn)場施工中要根據(jù)不同的情況、不同的施工方法有效的控制混凝土梁裂縫的產(chǎn)生，預(yù)防為主，防治結(jié)合，從而減少或避免混凝土梁帶裂縫工作影響使用功能。

[1]孫訓(xùn)方.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社,137～139.

[2]趙敏娟,蒲明賢.淺談混凝土裂縫原因及防治[J],山西建筑,2008(10),177～178.

[3]吉喆.混凝土裂縫的預(yù)防與處理[J].安陽師范學(xué)報(bào),2007,143～144.