現(xiàn)澆板早期防裂設(shè)計(jì)方法研究現(xiàn)狀

徐靜偉

[摘要]本文介紹現(xiàn)澆板早期防裂設(shè)計(jì)方法的研究現(xiàn)狀及存在問題?，F(xiàn)澆板的早期開裂是較普遍的現(xiàn)象，這也是長期困擾建筑工程技術(shù)人員的技術(shù)難題。人們積極尋求能夠有效估測開裂風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)用方法，以及控制早期開裂的措施和途徑。

[關(guān)鍵詞]現(xiàn)澆板；早期開裂；防裂設(shè)計(jì)；方法

在設(shè)計(jì)方法上，國內(nèi)相關(guān)規(guī)范、規(guī)程乃至參考書中都很難找到針對現(xiàn)澆板早期防裂具體完善的設(shè)計(jì)方法，現(xiàn)行規(guī)范也沒有計(jì)入溫度荷載的影響，工程設(shè)計(jì)人員一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或粗略估算的方法來考慮溫度收縮對此類結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響，為基于應(yīng)力的開裂評價(jià)準(zhǔn)則，對結(jié)構(gòu)只做構(gòu)造上的要求。

1混凝土早期的定義

對于混凝土早期開裂問題，“早期”（EaAyage）的概念一直較為模糊，目前尚無被廣泛接受的明確統(tǒng)一的定義。參照相關(guān)專著的建議，這里對于混凝土早期開裂的研究主要是針對混凝土終凝完成至澆筑后這一時(shí)段而言。此階段具有兩個(gè)特點(diǎn)，即伴隨水泥水化過程的進(jìn)行，混凝土微觀結(jié)構(gòu)逐步形成，內(nèi)部溫、濕度場隨齡期發(fā)展變化較大，引起收縮變形、溫度變形和徐變等一系列體積變形；混凝土彈性模量隨時(shí)間而迅速增長。而早期裂縫的生成和發(fā)展，正是這些體積變形作用的結(jié)果。

2國內(nèi)外規(guī)范對于早期裂縫控制的研究現(xiàn)狀

我國在混凝土現(xiàn)澆板方面已有大量的工程實(shí)踐，并從已建工程中取得了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)，對于現(xiàn)澆板裂縫（包括荷載裂縫和非荷載原因引起的變形裂縫）的產(chǎn)生機(jī)理和抗裂理論，國內(nèi)外已有不少研究，但主要成果（形成規(guī)范的）還是集中于荷載裂縫方面。對于早期變形裂縫（包括溫度、濕度和地基變形等引起的裂縫），現(xiàn)行規(guī)范尚缺乏這方面的反映，缺少明確的規(guī)定，甚至缺少賴以進(jìn)行定量分析的理論，使得該問題的理論研究大大滯后于工程實(shí)踐，缺乏相關(guān)的規(guī)范和規(guī)程。

世界多個(gè)國家的混凝土規(guī)范已把早期裂縫控制作為其規(guī)范的一項(xiàng)重要內(nèi)容，如美國混凝土規(guī)范（ACl318M-05），歐洲規(guī)范（Eurocode），英國混凝土規(guī)范（British Standard 8110）以及俄羅斯、新西蘭等國家的規(guī)范。各國規(guī)范對于混凝土早期開裂問題關(guān)注的程度不同，但無一例外的是國外很多規(guī)范已經(jīng)將早期開裂問題列入其規(guī)范中，并對早期開裂問題給出了定性或定量的建議，但大都是針對設(shè)計(jì)方面的規(guī)定及建議，未形成具體的規(guī)定，對很多具體的早期裂縫問題尚未能給出更深一步的方法，在設(shè)計(jì)方面尚無成熟有效的規(guī)范規(guī)定，大多僅靠經(jīng)驗(yàn)來施工。

我國現(xiàn)行規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》（GB50010-2010）對于早期裂縫防裂設(shè)計(jì)，也未給出具體的計(jì)算方法，使得設(shè)計(jì)人員多參照已建工程得到的經(jīng)驗(yàn)，一般通過設(shè)計(jì)和施工中的一些規(guī)定，如改善構(gòu)造、設(shè)置伸縮縫、加強(qiáng)施工養(yǎng)護(hù)等措施來控制，其依據(jù)主要是實(shí)際工程積累的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)缺乏相應(yīng)的理論依據(jù)。

3目前主要研究方法

目前對該問題的研究方法大致分為兩類，一類是借助數(shù)值分析方法如有限單元法展開研究，其結(jié)果較為精確，但有限元方法也存在一些不利的方面。在有限元方法中，如何正確考慮混凝土的收縮，如何考慮鋼筋的作用，這些內(nèi)容的研究目前還很不成熟，因此目前有限元方法還很難精確預(yù)測鋼筋混凝土構(gòu)件的早期裂縫。一些設(shè)計(jì)單位常利用結(jié)構(gòu)分析軟件（ANSYS，PKPM等）或采用自編有限元程序計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，來得到一些有用的結(jié)果，但應(yīng)力計(jì)算在建筑結(jié)構(gòu)中對配筋沒有指導(dǎo)作用，而且對于建筑構(gòu)造及形式復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，采用有限元計(jì)算有一定的難度，因而這種應(yīng)用推廣不是很廣泛。此外，鋼筋混凝土現(xiàn)澆板的裂縫位置絕大部分出現(xiàn)在外角，部分出現(xiàn)在梁邊和跨中，因此采用有限元方法進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算來預(yù)測裂縫位置的必要性不大，而且也不適合于不規(guī)則結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆板的早期裂縫出現(xiàn)位置的預(yù)測。因此，一種簡單、有效、實(shí)用的簡化計(jì)算方法，是廣大工程設(shè)計(jì)人員迫切需要的。

另一類是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和修正系數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算過程較為簡便，易于工程實(shí)踐。以往有關(guān)專家學(xué)者針對該問題也展開了相關(guān)研究，也提出了一些經(jīng)驗(yàn)公式。在中，王鐵夢教授利用彈性地基上一長條板均勻受力計(jì)算模型，推導(dǎo)了“連續(xù)式約束邊的長墻及地基板的溫度收縮應(yīng)力”基本公式，用于現(xiàn)澆混凝土樓板的干縮和溫度變形應(yīng)力驗(yàn)算，在國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛；其他計(jì)算方法大都是在王鐵夢所建計(jì)算模式基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，從應(yīng)力分析的角度出發(fā)，推導(dǎo)了現(xiàn)澆板溫度一收縮應(yīng)力計(jì)算的簡化公式，但在精度上存在一定誤差；提出了鋼筋混凝土樓板早期開裂計(jì)算模型，通過逐步迭代計(jì)算，但沒有考慮早期的收縮與徐變，僅為早期溫度應(yīng)力，與工程實(shí)際不吻合。上述計(jì)算方法都是基于這樣的理論標(biāo)準(zhǔn)而建立的：當(dāng)混凝土在齡期時(shí)的溫度收縮應(yīng)力超過混凝土在該齡期的抗拉強(qiáng)度，就發(fā)生開裂。

4結(jié)語

綜上所述，相關(guān)專家學(xué)者根據(jù)研究也提出了一些計(jì)算方法，但真正能夠?yàn)閷?shí)際工程設(shè)計(jì)所用的并不多，而且計(jì)算過程復(fù)雜，計(jì)算結(jié)果也較為粗糙?；谝陨显?，探明現(xiàn)澆板早期開裂機(jī)理，更新評價(jià)和預(yù)測現(xiàn)澆板早期開裂風(fēng)險(xiǎn)的方法，成為十分必要和急迫的問題。endprint