试析温度和收缩裂缝控制措施在超长混凝土框架结构中的应用--中国期刊网

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试析温度和收缩裂缝控制措施在超长混凝土框架结构中的应用

发表时间：2020/9/3 来源：《基层建设》2020年第10期作者：程光亮

[导读] 摘要：本文分析了超长混凝土框架结构产生裂缝的原因，并根据具体工程实例展开说明温度和收缩裂缝控制措施的应用，其中包括收缩砼的补偿、预应力技术应用、后浇带设置和约束力释放等，以期为相关人员提供参考。

        上海锦都建设（集团）有限公司
        摘要：本文分析了超长混凝土框架结构产生裂缝的原因，并根据具体工程实例展开说明温度和收缩裂缝控制措施的应用，其中包括收缩砼的补偿、预应力技术应用、后浇带设置和约束力释放等，以期为相关人员提供参考。
        关键词：温度；收缩裂缝；超长混凝土框架结构
        引言：目前，我国的建筑物不仅在高度上有所增加，在长度上也实现了一定程度的突破。为了保证超长建筑物的美观和防水性能，通常不建议设置伸缩缝。然而，由于受到外界环境或自身收缩等影响，结构内部会产生较大的应力，其中横向结构的拉应力会导致大量裂缝的出现，渗漏、钢筋生锈等问题随即发生，不仅影响美观还存在安全隐患。基于此，温度和收缩裂缝控制措施的应用应引起重视。
        1工程实例
        某外资工程俯视图呈矩形，采用460m超长砼框架结构。长度和宽度均比规范尺寸大，为现浇混凝土框架结构，抗震设防程度为Ⅶ度，等级为二级，桩柱的设置采用混凝土灌注桩方案，其中浇筑混凝土强度为C35，楼盖浇筑混凝土为C30。受到温度和收缩作用影响，当梁板实际产生的应力超出所能承受的最大范围将会出现开裂，而此项工程对于质量和防水性能有很高的要求，为此需要对该建筑的温度影响因素进行分析，以便能够控制裂缝产生。
        2超长混凝土框架结构裂缝产生原因分析
        通过查找相关资料得知，目前引起混凝土结构出现裂缝的原因主要有沉降过程中的不均匀、温度变化产生的收缩和膨胀、结构次应力以及较大的载荷等，其中，前两种影响较大。不管裂缝由以上哪种原因引起，归根结底都和材料质量、施工技术以及结构的设计有关。当环境存在明显的温差时会产生伸缩变形，当变形受到束缚时，超长混凝土内部就会出现较大应力，如果超出抗拉极限便会产生裂缝。
        2.1温度应力
        建筑物经常会受到自然环境的影响，比如温度、光照强度、昼夜温差等，此类影响会产生于整个工程进程中。混凝土结构温度应力产生的原因主要是温度的突然变化，其中包括季节变化产生的温差和短期内日照强度变化产生的温差。其中，季节性温差会对混凝土结构造成非常严重的影响，一旦发生将难以解决，对于其它温差则可以通过采用保温隔热等措施加以控制。由于温度变化会发生热胀冷缩现象，因此建筑物会在变化中出现一定变形，如果变形发生于墙、柱等纵向部位，对于结构影响不会太大，而且此类变形也较为灵活；若变形发生于梁、板等横向部位处，在纵向部件的压迫下就会使结构内部产生应力，即所谓的温度应力。混凝土能够承受较强的压力，但是其抗拉能力却很弱，温度应力的产生会给混凝土结构造成一定拉应力，一旦该力超出混凝土可以承受的最大范围将会导致裂缝的产生，对于超长混凝土来说，裂缝问题更容易出现。此外，如果温度变形得不到有效控制，结构内部的约束力会进一步加强，最终出现极为严重的裂变[1]。
        2.2混凝土收缩和徐变
        混凝土收缩长期存在于内部结构中，在纵向构件的束缚下，横向结构发生收缩时会产生拉应变，从而产生拉应力。该应力与由温度所引起的应力原理等效，可以设置等量应变，并根据相应的温差来解释混凝土因收缩而产生的裂变。参考有关算法，可以计算出一定条件状态下混凝土的最大收缩应变，发现不同材料对其产生不同影响，且影响是以乘积方式展现的。
        此外，混凝土内部结构还会产生一定的徐变，在徐变作用下，混凝土结构内部的受力将重新分布，此时，温度应力影响会被削弱。受到徐变的影响，混凝土内部的实际受力会比理论分析结果小很多。
        3超长混凝土框架结构中温度和收缩裂缝控制措施的应用
        3.1收缩砼的补偿
        在实际施工过程中，施工人员往往通过补偿收缩砼的方式实现对于裂缝的控制，同时减小后浇带对工程造成的影响，保证按时完成任务。在设计过程中，尽量降低拉应力的影响，充分运用收缩砼硬化过程中发生的膨胀，通过设置预压应力进行拉应力的补偿，避免产生严重的裂缝而对建筑造成危害。为了减小横向构件变形产生的影响，需要在楼板中加入适量膨胀剂，比例控制在12%左右即可，同时每隔固定距离设置一定宽度的膨胀加强带，并向砼中加入比例为15%左右的膨胀剂，加强带两端设置钢丝网，避免砼渗入其中。

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        3.2预应力技术应用
        预应力技术能够很好地解决温度应力带来的问题，该技术已经成为控制超长混凝土框架结构温度和收缩裂缝的主要手段，并且明显突出了高强钢筋的作用。当建筑物的横向构件发生形变时，钢筋会收缩，产生预应力，在钢筋作用下整个横向结构的抗拉性能显著增强，从宏观上来看，即由原来的低抗性材料转变为抗拉性能较强的材料，此时预应力完全可以中和温度应力，结构裂变最终得到有效缓解。除此以外，在部分超长混凝土框架结构中，梁部分的钢筋可以将其变成抛物线形状，以便同时抵抗横向和纵向载荷，进一步加强了对于裂缝的控制；楼板内设置无预应力钢筋，如果在楼层高度方面有限制，可以采用无粘结预应力楼板和扁梁。需要注意的是，采用预应力技术时，技术人员需要充分考虑柱网尺寸、系统结构等数据，据此选择最佳钢筋布设位置和钢筋类型[2]。
        3.3后浇带设置
        后浇带对于超长混凝土框架结构的裂缝控制也能起到一定作用，实际工程中，此种方法较为常见。采取钢筋混凝土结构的现浇方式，在后浇带处理上只保留临时变形缝，并且根据实际施工进度将其进行一段时期的保留，最后实施封闭操作，实现整体的无缝处理。最初阶段，混凝土结构变形程度较大，相应地，应力也随之加强，此时需要细致划分结构，使后浇带能够介于两分段之间。在正式进行封闭以前，混凝土结构已经发生了较大的变形，因此，基本上不会对整体结构构成威胁，有效解决了收缩应力的影响。待60天左右，正式封闭后浇带，使之与之前浇筑好的部分连接成为整体，之后由于受到温差及其他影响会再次产生收缩应力。当混凝土结构的抗拉承受能力超过拉伸应力时，其中的温度及收缩裂缝问题便能有所缓解。该施工中，后浇带的位置和间隔距离是需要考虑的重点，通过设置合适的间距可以实现单次张拉单元长度的科学划分。在后浇带的位置选择上，相关技术人员通常将其设置在受力较小的部位，以此提升预应力效果。
        3.4约束力释放
        在超长混凝土框架结构中，边缘部分受到形变影响最为严重，尤其在边柱部位存在较大可能的横向开裂，因此，需要对约束进行释放，以便提升边柱的抗形变性能，减小刚度。实际施工中，相关人员往往把楼板和梁以及边柱的中间位置作为分界，以此划分两个小柱。为了释放水平方向上的切应力，施工人员需要在结构两侧设置橡胶支座，有效减小了超长结构所受的约束影响，有利于降低温度应力。通常情况下，120m左右的框架其跨度大约为9m。将柱子安装在两端可以对温度应力产生一定的控制作用，能够有效解决超长混凝土框架结构中的裂缝问题。另外，通过减小纵向构件的尺寸来降低对于梁、楼板等横向部件的约束力，但是该方法存在一定缺陷，减小尺寸就会降低结构刚度。实际施工中会设置伸缩缝，永久性伸缩缝的确能够避免超长混凝土结构出现裂缝，但是对于整体的抗震能力会产生不利影响，而且伸缩缝有可能增加渗漏，施工具有一定难度。
        3.5“抗”和“放”相结合
        如果单纯采用增强结构抗拉性能的方式，虽然对于裂缝控制起到一定的作用，但是难以达到预期效果，并且实际操作过程中还需要增加投入，代价较大。因此，“抗”和“放”相结合的方式得到了广泛应用。实际工程中，需要采取混合膨胀剂、增加钢筋数量和设置后浇带等措施，在相互配合作用下，裂缝问题得到显著控制，企业所需投入的成本有所降低，起到了一箭双雕的作用。
        3.6其他方法
        第一，在结构布置方面尽量做到科学合理，在承受能力和刚度满足要求的基础上，对柱子截面进行优化，减小刚度，以此降低纵向部件对横向结构的约束力。第二，增加配筋率，屋面板和二层楼板应该多设置钢筋，并且双层双向设置，认真分析温度应力参数，据此合理增加配筋率；横向和纵向梁结构均需设置通长筋，腰筋的搭接方式同受扭钢筋相同。第三，在楼板的混凝土中添加外加剂聚丙纤维，以提升混凝土的抗性。第四，加强保温，采用保温板等铺设于墙面，以此隔离外界温度变化，尽量减小建筑物受温度影响程度[3]。
        结论：我国的超长混凝土框架结构已经得到广泛的应用，为了提升建筑物的稳定性，固定外形，需要对其采取温度及收缩裂缝控制措施。实际应用中应该增加横向结构的抗性，通过设置预应力补偿收缩应力，此外，设置后浇带也经常出现在施工中；增加抗性的同时也要对约束力进行释放，实现“抗”和“放”的互相结合。希望专业人员能够不断完善相应理论，为建筑业提供理论和技术支持。
        参考文献
        [1]邓德君.某超长结构温度和收缩应力计算与控制研究[J].建筑与装饰,2019,000(002):P.147-148.
        [2]王晓辉,邱超宇,何文涛.超长混凝土结构温度应力及裂缝控制研究[J].工程建设与设计,2019,406(08):173-174.
        [3]蒋标,王廷廷.某超长混凝土结构的温度应力分析及裂缝控制[J].建材与装饰,2019,571(10):78-79.