混凝土受弯构件因自重荷载引起裂缝研究

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1、混凝土受弯构件因自重荷载引起裂缝研究　　摘要：混凝土受弯构件常出现因自重引起的裂缝，影响构件的正常使用，本文通过对裂缝形成的过程和对自重荷载作用下钢筋混凝土梁底部裂缝规律的初步认识，研究了板底出现裂缝的情况，并提出处理裂缝的方法。关键词：裂缝；混凝土；受弯构件；自重中图分类号：TV543文献标识码：A文章编号：引言混凝土材料均存在抗拉强度低、脆性大、易开裂等问题，限制了它在工程中的更广泛应用，混凝土开裂已成为一个很突出的问题。桥梁工程中混凝土开裂是一个非常普遍的现象，它不仅影响桥梁外观，而且严重影响了桥梁的耐久性。有些梁通常在施工过程中或交付使用

2、前就发生了开裂，原因难以分辨，常常导致混凝土供应商、施工方和设计方之间争吵不休。而近来河南一工地发现部分预制的钢筋混凝土梁板，在起吊、运输、安装的过程中因自重荷载不同程度的引起梁板底出现裂缝。缝宽肉眼可见，每块构件的裂缝有的仅1-2道，有的多达7-8道，有的缝长十几厘米，有的整个底面横向贯通，个别的延长十几厘米到上侧面几厘米，这个案例警示我们要重视混凝土受弯构件中的裂缝问题。1.裂缝形成的过程6普通钢筋混凝土梁的裂缝发展可以分为发生、发展以及稳定三个阶段：1.1裂缝的发生混凝土裂缝发生是指荷载加到梁体开裂荷载时，混凝土应力超过混凝土极限抗拉应力，

3、混凝土产生开裂，产生首批裂缝。这批裂缝随着荷载增大而不断发展，在达到极限状态时通常是发展高度最高，宽度最宽的裂缝。裂缝产生瞬时，裂缝产生处以及相邻裂缝之间的混凝土应力得到不同程度释放，而裂缝处以及相邻裂缝之间的钢筋应力有不同程度的增加。1.2裂缝的发展阶段随着荷载增加，最先产生的首批裂缝继续发展。同时之前由于混凝土开裂而得到一定应力释放的裂缝之间的混凝土应力也逐步增大，当混凝土应力达到混凝土抗拉强度时，在首批裂缝相邻两裂缝中间位置附近混凝土再次产生开裂，此时产生的裂缝可以称为次裂缝。裂缝发展阶段是一个裂缝数目逐渐增多，长度逐渐增长，宽度逐渐增宽，

4、间距逐渐减小的过程。1.3裂缝的稳定阶段6裂缝的数量基本不再增加，只是随着荷载的增大，原有裂缝在宽度、长度上有一定的发展，此时裂缝进入稳定阶段。设计时，假设混凝土是匀质材料的弹性体，当前公路桥梁的设计方法是极限状态法，对于受弯构件都以三阶段工作状态(图1)为建立计算方法的依据，不过是容许应力法是依据第Ⅱ阶段，极限状态法是依据第Ⅲ阶段。这种细微裂缝应该出现在第Ⅱ阶段。因为，第Ⅰ阶段，当在较小荷载的作用下，整个受弯截面参加工作，受拉区的拉力由钢筋和混凝土共同承担，一直到混凝土达到抗拉极限强度之前(即受拉区混凝土边缘出现裂缝的临界点)。第Ⅱ阶段是荷载继

5、续增加，受拉区混凝土应力超过抗拉极限强度而出现裂缝，并随着荷载的继续增加而扩大增多，受拉区混凝土逐步失去作用，全部拉力转由钢筋承担。钢筋和混凝土在第Ⅰ阶段共同受力，并不等于钢筋和混凝土两者的应力相等。原因在于两者弹性模量相差很大，两者应变不同，处在同一截面中的钢筋和混凝土，就像一个超静定结构，任何一个力的位移都会使力系重新调整，钢筋和混凝土分担的力的大小和他们各自的变形密切相关。钢筋受力后产生的变形，决定混凝土的变形以及相应的混凝土拉应力。所以，只有当钢筋引起的变形达到混凝土的极限变形值时，混凝土的应力才能达到极限抗拉强度，进入开裂状态。2.钢筋

6、混凝土受弯构件裂缝成因从变形的角度看，混凝土的极限拉应变是相当小的。由于混凝土组成材料的不均匀性，构成了混凝土在6临近破坏阶段时测试数据的不稳定，再加上目前的测试手段还不完善，在受拉破坏临界点附近的应力和应变变化范围很大。试验值高出计算值(也是目前所使用的)很多。可达到4.4-1.7倍，之所以这样是为设计留安全余量。由钢筋在弹性阶段应力和应变成比例关系推论可得:当钢筋拉应力达到其抗拉强度的11.7%-17.6%时，其相应的混凝土拉应变已经达到混凝土弯拉极限应变值εh=2×10-4-3×10-4。如构件荷载继续增加使钢筋拉应力和应变同时增加时，混凝

7、土截面的最薄弱部位必将开裂而出现裂缝。根据《公路桥规》及上述数据试算的两组结果比较，按规范Rwl值计算的要低得多些，最大值接近于按变形分析值11.7%-17.6%范围的低值;按前苏联参考值计算的结果，更为接近一些，但可以概括为当实际荷载达到接近百分之十几时，受拉区边缘的混凝土就会开裂。混凝土因抗拉能力低会过早地出现裂缝，究竟实际荷载达到什么程度时混凝土会开裂，由于问题比较复杂，难以取得精确数据。经过对一些实例的分析研究，大体上可以认为当实际荷载达到设计荷载的10%-20%时，就有可能出现裂缝，这些刚出现的裂缝，肉眼是难以察觉3.自重作用下受弯构件

8、的开裂规律表1各种结构型式的钢筋混凝土梁、板桥的梁板自重弯矩占设计最大弯矩[M]的百分比6根据表1数据，则可知构件有一部分会出现裂缝，但