发表论文：浅谈预应力板梁裂缝的原因及控制措施__墨水学术,论文

所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:209

副标题#e#[提  要]：预应力板梁出现裂缝的影响因素很多，是一个比较复杂的技术问题，文章侧重于施工中板梁裂缝出现的问题，并结合理论进行了初步分析，提出了预防构件裂纹、开裂的措施。
[关键词]：预应力  裂缝  张拉  砼构件 
一、引言
随着科学技术的不断发展，预应力砼构件在工程建设中得到广泛地应用。由于预应力砼构件技术要求高，工艺复杂，施工难度大，故预应力砼构件从设计到施工需要一批专业熟练的队伍，但是在实际工作中，仍普遍存在预应力砼构件出现裂缝问题，这对板梁的正常使用及耐久性具有直接影响。
预应力砼构件中裂缝现象很普遍，尽管多数裂缝宽度在0.2㎜以下，不会影响它的使用功能，但对预应力构件的重要性而言，出现裂缝易引起业主和监理的担心与不满，甚至引发法律纠纷，裂缝毕竟是不利的，直接影响构件的耐久性，不管何种原因产生的裂缝，都应引起工程建设人员的重视，把裂缝作为主要通病之一进行综合防治，减少和避免裂缝现象的出现。
预应力砼构件出现裂缝是个综合性问题，其影响因素很多，如结构设计、技术要求、施工工艺、材料性能、施工管理等，为了便于分析问题，又因我国预应力砼板梁主要是采用直线配筋，并以先张法施工为主，现在我们举一个典型的先张法预应力砼空心梁的施工后端部开裂的实例，并加以分析。
    二、工程实例
    阜阳市一家预制厂，今年7月份生产318块预应力砼空心板梁，其中跨径为7.5m的正交板32块，板高40㎝，跨径为12.5m的正交板58块，斜度为500的斜交板32块，斜度为800斜交板52块，板高均为60㎝，跨径为15m的正交板31块，板高60cm，斜度为500的斜交板31块，板高为80cm，跨径为17.5m，斜度为500斜交板88块，板高80㎝。我们对其进行质量抽查，发现除跨径7.5㎝板梁质量较好外，其余跨径12.5m、15m、17.5m板梁，大多数在端部出现不同程度的裂纹、裂缝现象，对跨径为12.5m的正交板梁抽查58块有49块端部有裂纹裂缝，占抽查数的84.48％，对跨径为15m的正、斜交板梁62块全部检查，有54块端部有裂纹、裂缝，占检查数的87.10％，对跨径为17.5m的斜交板梁88块全部抽查，87块端部都有裂纹、裂缝占检查数的98.86％，共抽查208块板梁，有190块端部有裂纹、裂缝现象，占抽查总数的91.35％，这些裂纹、裂缝，虽然有轻有重，形式各异，但所占数目之多，比例之大，不可小视，但实际表明随着跨径的增加，端部开裂的比例也在增大，其端部产生裂缝的集中部位有三种：
（a）端部板面在端头1m范围内有横向裂纹、裂缝，有的贯通，有的不贯通，经测定，缝宽多数在0.2㎜以下，个别宽达0.3㎜。
（b）端部板底沿预应力筋方向有数量不等，长短不一的纵向水平裂纹、裂缝、缝宽在0.15㎜以下，长度多数在1m范围内，个别超过1m。
（c）端部顶面出现不同形式的裂纹、裂缝，一是在端面中部，即孔两边最簿弱处有横向裂纹、裂缝、测得缝宽在0.2㎜以下；二是预应力钢筋砼数量较多，间距较小的沿预应力筋布置的方向上在裂纹、裂缝,缝宽大部分在1㎜以内，个别达2㎜。
三、预应力砼空心板梁端部开裂原因
1. 从受力角度来分析：
1.1预应力度过大，将容易导致板端底面纵向水平裂缝，经验表明，过大的预应力将使构件砼的横向拉应变超过极限值，从而产生沿预应力钢筋砼方向的纵向水平裂纹、裂缝和构件端面裂纹、裂缝。
1.2 端部在预应力等局部荷载作用下，砼将产生竖向拉应力，剪应力和主拉应力，因为端部受力比较复杂，所以局部荷载有可能达到开裂荷载，这样砼就可能产生局部裂纹、裂缝，荷载继续增加，裂纹、裂缝将不断延伸。
1.3 由于先张法预应力砼空心板梁是采用直线配筋，如不采取措施，则全部预应力筋都通过板端部#p#副标题#e#，这样板端部支点或吊点附近负弯距就有可能过大，从而导致板上缘开裂，下缘超压。
1.4 预应力钢筋砼在应力传递过程中，构件端部由于钢筋砼内缩、滑动，使传递长度范围内的胶结力的一部分遭到破坏，但钢筋的内缩使其直径变粗，且愈近端点愈粗，形成锚楔的作用，同时由于周围砼限制其直径变粗而引起较大的径向压力，当其超过砼的开裂应力时，则板梁端部将沿预应力筋方向产生纵向水平开裂而形成纵向裂缝，或沿预应力筋布置方向产生横向开裂而形成横向裂缝。
2.从施工角度来分析
2.1 原材料的材质对预应力砼构件有一定影响，原材料性能好，能减小或避免因材质引起预应力砼构件开裂，反之则导致或加速其裂缝发展，砼配合比等也影响预应力砼构件开裂，在预应力工程中,通常对砼强度要求较高,多采用商品砼,使砼中水泥用量多，坍落度大，则预应力砼构件将有收缩、徐变、开裂可能，从而导致裂缝的发展。
2.2 施工不当将直接导致预应力砼构件的开裂，如混合材料和不均匀，砼振捣不密实，养护不认真等将直接影响构件的质量，从而导致预应力砼构件的开裂。
2.3 预应力砼空心板梁的吊点或支点在运输安装阶段常因施工因素，使吊点或支点向跨中方向移动一些，这样也会导致自重弯距由正弯距变为负弯距，再加上预应力使其上缘受拉，下缘超压，还会导致板梁上缘开裂。
2.4 为减少支点区段预应力措施，从计算理论上要求将一部分预应力钢筋进行失效处理，如果施工处理不好，将使板端预应力过大，将引起端部砼开裂。
2.5 先张法预应力砼构件由于是先张拉钢筋，再浇灌砼，待砼达到一定强度后，再放张钢筋，但钢筋的放张过程对板梁端部开裂有直接影响，由于预应力钢筋放张时，将对构件端部产生一定冲击力，当冲击力及预应力之和超过砼的开裂荷载时，经常会引起砼构件端部开裂，构件翅曲及预应力钢筋断裂等危害。
3.由于预应力构件截面尺寸尺较大引起的裂缝
3.1截面较大构件在砼硬化过程中，其体积收缩量也大，产生轴向拉应力，在结构体系的约束下形成凝缩裂缝。
3.2大截面构件凝固过程中产生的水化热使构件温度升高，若过早拆除其侧模板，构件温度急降，会出现温度差应力，同时构件表面水分迅速风干，砼收缩加剧，形成冷缩裂缝。                       
3.3 经凿除裂缝处表面砼发现多处裂缝发生在箍筋位置处，说明这种裂缝与箍筋存在一定的联系，大梁所选用的箍筋规格较大，箍筋外的砼保护层变薄，形成了相对含砂多，含砂咬合性差的砂浆层，从而导致裂缝。
4. 温差、砼收缩徐变等因素的影响
预应力砼空心板梁常因温度差、砼收缩、徐变差等因素存在而引起板梁端部开裂，因为这些因素直接影响砼内部应力分布，要精确计算，尚做不到，这容易使预应力取值过大，尤其端部受力又很复杂，往往使预应力过早达到开裂荷载，从而导致端部开裂。
四、防止预应力砼空心板梁端部开裂的措施
预应力砼空心板梁端部受力比较复杂，开裂因较多，为此采取以下几点措施，加以防治。
1.避免过大预应力
国内外经验表明，不论是先张法还是后张法，过大的预压应力都将给梁板带来危害，所以在施工中规定了压应力限值。
2.严格进行局部承压计算
预应力砼构件端部在预应力作用下将局部承受压力；此时构件端部可能因此产生开裂，为此须严格计算端部砼的各种应力值，以限制局部荷载，并检算端部砼的抗裂性能，保证在传递长度范围内砼的局部容许承压能力，使其不大于实际承压能力，并有足够的安全度，同时配置足够的钢筋以限制其裂缝的出现。
3.从构造上采取措施
3.1先张法预应力砼构件中预应力筋或埋入式锚具的保护层#p#副标题#e#不小于2.5㎝，这样可防止因保护层不够使砼构件开裂。
3.2在先张法预应力砼构件中，预应力粗钢筋端部周围的砼应采取局部加强措施：第一，对于单根预应力钢筋，其端部宜设置长度不小于15㎝的螺旋筋；第二，对于多根预应力钢筋，其端部在10d（d为钢筋直径）范围内，应设置了3-5片钢筋网，防止局部荷载引起的板梁开裂。
3.3在预应力砼梁支承处应设置钢筋网，以防止应力集中导致砼开裂。
3.4先张法预应力砼梁端上面应配置一定数量的负弯矩钢筋来控制其上缘砼的最大拉应力，防止开裂。
3.5为了避免先张法预应力砼构件端部预应力过于集中，应采取减少预应力措施，将一部分预应力钢筋进行失效处理，其方法：（a）将失效部位预应力钢筋用套管套住，使之与现浇砼隔离，底板预留孔洞，以便在放松全部钢筋后切断；（b）对失效部位的预应力钢筋用沥青或其它材料抹平螺纹面，再用塑料布将预应力钢筋在失效长度内裹住，使钢筋与砼间无粘结力，以达到失效的目的。
4.在施工过程中采取措施
制作预应力砼构件技术要求高，施工难度大，所以要求配备专用的施工设备，加强施工管理，改进施工工艺，严格选取材料，防止因施工不当造成预应力构件开裂。
4.1选用优质坚硬骨料，选用良好级配，尽可采用高标号水泥减少水泥用量，在满足浇筑要求的前提下，坍落度应尽量小，以期达到高标号砼，并精心施工和养护。
4.2通常情况下，收缩裂缝发生在砼凝固的初期，特别是砼浇筑后一周左右，实践证明，加强砼早期的养护工作，是克服这类裂缝最有效的办法。
4.3先张法预应力砼构件要避免一次性放张对构件端部产生过大的冲击力，而引起构件端部开裂等危害，建议采用楔块或砂箱装置等新工艺进行缓慢放张，严格按设计和施工规范要求施工，确保工程质量。
4.4可采用底、侧模联合振捣新工艺，保证梁体质量，提高砼抗裂性能。
5.做好砼配合比设计工作
 厚大构件的砼配合比设计，应考虑减少砼体积收缩的措施，力求降低水泥用量，减少水灰比，有条件者可适当掺加改性外加剂。
6.合理控制拆模时间
大截面构件为减少模板对梁的约束，防止预应力损失，规范规定要在预应力张拉前拆除其侧面模板，大梁侧模应依据执行，并尽量可能推迟。
7.应确保箍筋外的保护层厚度
对较粗直径的箍筋而言，应保证箍筋外砼不少于15㎜（最好为17㎜）来确定主筋保护层，增加箍筋外砼抗裂能力。
五、结语：
裂缝现象在预应力构件中很普遍，但对裂缝的认识、控制和处理还存在不足，对施工中出现的裂缝或视而不见，或谈裂色变，验收时裂缝难以定性。对此应建立裂缝观测台帐制度，对构件裂缝进行系统全面的观测，在分析研究的基础上，找出原因，并对有害裂缝进行必要的控制和处理，出具构件裂缝检测检验报告，作为构件验收时的一项重要内容。
近年来，从国内外的试验资料表明，当压应力值在0.3-0.5Ra之间时，砼内部的微裂纹开始发展，当压应力值增至0.7-0.8Ra时，内部微裂纹，已贯穿成连续裂纹并发展到砼表面，所以要防止砼表面出现裂纹，砼压应力值不应大于0.7-0.8Ra，而如取值过低，将使构件截面尺寸加大，梁自重增加，因此我们在工作中要把握适度。  
  
参考资料：
1、王铁梦  工程结构裂缝控制  北京中国建筑工业出版社1997年 
    2、史尔毅：中国预应力砼公路桥   人民交通出版社1986
    3、公路钢筋砼预应力桥涵设计规范JTJ023—85   人民交通出版社1985