鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因及加固設(shè)計(jì)常用方法分析

陳深求

【摘要】鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是當(dāng)前建筑領(lǐng)域使用量最大和應(yīng)用范圍最為廣泛的建筑結(jié)構(gòu)類型。受到環(huán)境因素、人為因素等諸多因素的制約和影響，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)有不同程度的變形、破壞，從而影響其正常使用，甚至結(jié)構(gòu)安全。結(jié)構(gòu)試驗(yàn)表明，裂縫的出現(xiàn)是結(jié)構(gòu)破壞的先兆。本文先分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的主要成因，再介紹鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)常用的加固方法，分析各加固方法的優(yōu)缺點(diǎn)及加固設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的常見問題。

【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；裂縫；加固設(shè)計(jì)；常用方法

引言

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是一種經(jīng)過特殊加工、灌注和處理的建筑材料，在各個(gè)工序中難免會(huì)因外部因素和內(nèi)部原因的干擾而導(dǎo)致出現(xiàn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫。裂縫的出現(xiàn)及發(fā)展造成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性下降，同時(shí)影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全與功能，甚至?xí)斐山ㄖ锲茐?。因此加固設(shè)計(jì)須從裂縫分析出發(fā)，根據(jù)現(xiàn)狀分析裂縫的成因，評(píng)定裂縫的危害等級(jí)，才能采取相應(yīng)的加固設(shè)計(jì)方法。

1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的主要成因

1.1 鋼筋混凝土材料質(zhì)量

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在澆筑、硬化的過程中會(huì)產(chǎn)生各種應(yīng)力，如果對(duì)鋼筋混凝土材料不進(jìn)行全面的控制，當(dāng)應(yīng)力超出鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)裂縫。主要的材料因素有：第一，水泥和集料中存在大量的泥沙、氯離子、硫酸根離子，這會(huì)導(dǎo)致鋼筋混凝土強(qiáng)度不足，在脆弱的地方會(huì)出現(xiàn)裂縫。第二，水泥水化熱過高，并且沒有應(yīng)用適合的外加劑，這會(huì)造成鋼筋混凝土出現(xiàn)早強(qiáng)性裂縫。

1.2 鋼筋混凝土施工工藝

工藝是導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的主要原因。如果鋼筋混凝土施工工藝不能按規(guī)范進(jìn)行，出現(xiàn)模板搭建不當(dāng)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)支撐不足、模板拆除過早、保濕保溫不利等問題，都會(huì)導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。

1.3 鋼筋混凝土施工溫度

鋼筋混凝土中水泥在水化和硬化的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱性能差，會(huì)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生溫度與熱量的積累，進(jìn)而出現(xiàn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力與形變趨勢，如果這種趨勢超出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)裂縫。

1.4 鋼筋混凝土濕度

鋼筋混凝土在硬化的過程中會(huì)出現(xiàn)水分蒸發(fā)，如果不及時(shí)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行保濕處理，則會(huì)產(chǎn)生干縮的趨勢，在水分流失嚴(yán)重的情況下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面會(huì)產(chǎn)生干縮裂縫，不但影響鋼筋混凝土表面質(zhì)量，也會(huì)影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固方法

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固方法有很多，在實(shí)際的加固工程中，外粘鋼板加固法和增大截面加固法是最為常見、傳統(tǒng)的加固方法，而外貼纖維復(fù)合材料加固法則是近年新興的加固方法。

2.1外粘鋼板加固法

最為常見的一種加固方法就是外貼鋼板加固法。這種加固的方法就是用建筑結(jié)構(gòu)膠將鋼板粘貼到出現(xiàn)裂紋需要加固的結(jié)構(gòu)表面。這種加固結(jié)構(gòu)通過使用鋼板承受開裂結(jié)構(gòu)側(cè)面的剪力以及沿鋼板方向的拉力，實(shí)現(xiàn)截面受彎及受拉承載力的提高。這種結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）方法簡單容易實(shí)現(xiàn)，使用的鋼板和混凝土能夠形成一個(gè)整體。（2）鋼板加固施工時(shí)間短，能夠快速實(shí)現(xiàn)加固，不影響正常的使用。（3）這種加固的效果很明顯，能夠有效提高結(jié)構(gòu)的剛度。當(dāng)然這種加固方法也有自己的缺點(diǎn)，主要的不足之處有：（1）裂縫處自身剛度沒有實(shí)質(zhì)上的提高。（2）建筑結(jié)構(gòu)膠的長期持荷強(qiáng)度較低及容易老化，對(duì)環(huán)境濕度有一定要求。（3）不適用于承受動(dòng)力疲勞荷載及設(shè)計(jì)使用年限較長的新建工程加固。

2.2增大截面加固法

對(duì)鋼筋混凝土裂縫的處理方法中還有一種常見的加固方法就是增大截面加固法。這種方法顧名思義就是通過加大受彎構(gòu)件的橫截面積，達(dá)到提高截面承載力和構(gòu)件剛度的目的。這種結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件，自身的受力性能隨著使用鋼筋橫截面積的增大而加強(qiáng)。這種加固方法的優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：（1）使用壽命比較長，在使用過程中對(duì)結(jié)構(gòu)的維護(hù)費(fèi)用比較低。（2）加大橫截面積能夠明顯的提高受力結(jié)構(gòu)的受力性能，是受力結(jié)構(gòu)能夠承受更大的負(fù)載。（3）這種加固方法的實(shí)際施工過程比較簡單，工藝比較成熟，能夠很好的保證施工的質(zhì)量，一般來說，這種結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的使用性。當(dāng)然這種加固方法也有自身的缺點(diǎn)，其主要的缺點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：（1）受力構(gòu)件橫截面積的增加，直接影響建筑結(jié)構(gòu)整體美觀。（2）一定程度上增加了結(jié)構(gòu)自身的自重。（3）新加大的結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)時(shí)間長，造成施工工期較長，對(duì)建筑的正常使用有一定的影響。

2.3外貼纖維復(fù)合材料加固法

在建筑鋼筋混凝土加固方法中，有一種比較特殊的方法就是外貼纖維復(fù)合材料加固法。這種加固方法的原理就是在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)裂縫的地方用結(jié)構(gòu)膠粘貼碳纖維、玻璃纖維等纖維復(fù)合材料，通過纖維復(fù)合材料的膠結(jié)作用，使裂縫處的橫截面積受拉力作用，進(jìn)而提高結(jié)構(gòu)受彎、受剪及混凝土抗壓強(qiáng)度。這種加固方法的主要優(yōu)點(diǎn)有：（1）纖維復(fù)合材料有一定的抗腐蝕作用，能適應(yīng)潮濕的環(huán)境。（2）纖維復(fù)合材料的質(zhì)量很輕，幾乎不增加結(jié)構(gòu)的自重。（3）纖維復(fù)合材料的使用壽命比較長，平時(shí)使用過程中的維護(hù)比較簡單，維護(hù)需要的成本比較低。不過外貼纖維復(fù)合材料加固法有自身的缺點(diǎn)，主要的缺點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：（1）由于纖維復(fù)合材料是有機(jī)材料，防火性能比較差，耐高溫性能也不佳。（2）有一定的受力極限，當(dāng)纖維復(fù)合材料受到的變形比較大的時(shí)候，材料的內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象。（3）纖維復(fù)合材料有一定的彈性限度，不適合使用在高剛度要求的結(jié)構(gòu)中。

3加固設(shè)計(jì)中需要注意的問題

（1）在設(shè)計(jì)單位的選擇方面，要選擇那些有設(shè)計(jì)資質(zhì)的單位，有一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累的單位優(yōu)先考慮使用。設(shè)計(jì)單位要對(duì)設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)自身的安全性和可靠性方面負(fù)責(zé)。

（2）優(yōu)先考慮使用新工藝和新技術(shù)。一般來說，相對(duì)成熟的新工藝和新技術(shù)都能夠達(dá)到改善結(jié)構(gòu)抗震性能，提高結(jié)構(gòu)抗震能力的目的。不過使用的新工藝和新技術(shù)須經(jīng)過正式的技術(shù)鑒定。

（3）由專業(yè)人員對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的研究，充分考慮加固施工的可行性和安全經(jīng)濟(jì)性，結(jié)合具體情況選擇技術(shù)好、施工簡單、效果好、滿足現(xiàn)場施工要求的技術(shù)方案?？紤]設(shè)計(jì)方案的實(shí)際施工效益。

（4）設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)僅局限于考慮單個(gè)構(gòu)件的安全性，同時(shí)還應(yīng)從整個(gè)結(jié)構(gòu)體系性能的變化的角度來考慮整體結(jié)構(gòu)的安全。如：加固后的構(gòu)件剛度和強(qiáng)度的變化，會(huì)引起整體結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度分布的變化，自振周期變化，須注意避免新的薄弱層的出現(xiàn)，避免強(qiáng)梁弱柱、強(qiáng)構(gòu)件弱節(jié)點(diǎn)等的不利于抗震的受理狀態(tài)。

4 結(jié)語

綜上所述，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因外部因素和內(nèi)部原因產(chǎn)生裂縫，在進(jìn)行加固修復(fù)時(shí)，不僅要修復(fù)消除引起傷害的根源，還要對(duì)產(chǎn)生裂縫的地方進(jìn)行合理科學(xué)的加固處理，從而恢復(fù)構(gòu)件的受力性能，保證構(gòu)件能夠在建筑結(jié)構(gòu)整體中發(fā)揮自身的實(shí)際作用。但同時(shí)，我們不應(yīng)片面地滿足單個(gè)構(gòu)件的安全性，亦應(yīng)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分析，綜合考慮加固方案的可行性、合理性、安全性、經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)實(shí)際的需要選擇最合理的加固方案。

參考文獻(xiàn)

[1]黃志濤.建筑工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)常見方法探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014（17）：80.

[2]劉衛(wèi)國.鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)加固工程的質(zhì)量控制[J].建設(shè)監(jiān)理，2009（12）：77-78+85.

[3]楊小怡，王東潔.建筑工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫原因及處理措施探析[J].河南建材，2013（06）：92-94.

[4]鐘肇悅.房建項(xiàng)目鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固工程技術(shù)探討[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013（11）：81-82.