超长结构温度应力控制措施
超长结构温度应力控制措施
1.超长结构必须采取抗裂措施
    随着建筑向大型化和多功能发展,超长(即超过温度伸缩缝间距)建筑不断出现,混凝土强度等级的提高,使超长混凝土结构易出现的温度收缩裂缝有逐渐增多的趋势。虽然这类裂缝属非结构性裂缝,一般不致影响构件承载力和结构安全,但却会影响结构的耐久性和整体性,对于超长结构必须采取有效措施防止裂缝产生和减小裂缝发展。
裂缝从对结构影响来分,可分为非结构性裂缝和结构裂缝;一般将混凝土材料在化合过程中产生的宽度小于0.05mm的微裂缝称之为非结构性裂缝;它是混凝土材料固有的一种物理性质,这种微裂缝的产生几乎是不可避免的,它的分布不规则且不贯通;这种细微裂缝如果不扩展或是扩展在一定范围的话,它对一般的工业和民用建筑的正常使用是不会造成危害的。但是,在实际使用过程中,因为混凝土结构的抗拉强度要比抗压强度低得多,所以在荷载作用下或是进一步产生温差和干缩的情况下,非结构性微裂缝会开始扩展并逐渐相互贯通,从而出现较大的、肉眼可见的裂缝,这种裂缝称之为结构裂缝,这种裂缝的宽度一般大于0.05mm。非结构性裂缝主要是由于水泥硬化干缩、外界温度和湿度变化、施工缝处理不当、钢筋腐蚀等原因造成的;钢筋混凝土结构破坏倒塌的工程质量事故,绝大多数是从裂缝的扩展开始的,随着裂缝的发展变化,结构构件的耐久性和适用性会不同程度的降低,严重的甚至会导致结构构件的破坏。所以在结构设计中应有必要措施控制非结构性裂缝发展为结构性裂缝,而目前设计人员中,通常认为温度应力产生的非结构性裂缝危害不大,其实对于超长结构必须采取相应措施控制裂缝发展。
当裂缝的宽度超过了一定的限值就成了有害裂缝;有害裂缝的存在严重影响构筑物的耐久性和适用性,而裂缝对结构的危害主要表现如下:
(1)对结构的整体性的影响
    当结构出现贯穿性裂缝以后, 要恢复结构的整体性是很困难的。裂缝开展得很宽将预示着结构临近破坏, 并且可能伴随着混凝土剥落。早期的温度裂缝直接影响到钢筋混凝土构件的完整性。当裂缝影响了剪应力的传递时, 它会影响到结构的安全。大多数裂缝并不会危及结构的安全, 但它们可能发展, 并引起严重的后果。
(2)对结构的耐久性的影响
    所有现行的标准和规范都把限制裂缝的宽度作为一项耐久性指标。混凝土一旦产生裂缝,水分就会乘虚而入,即使渗入不是很深,但当外界气温降到-2°C以下时,水分便会凝结成冰,水分结冰后体积膨胀约9%,导致裂缝边缘的散裂,而冰融循环一次这种散裂就发生一次,这样,裂缝将逐渐加宽。在较宽的裂缝处,如果有水和氧气侵入,钢筋首先发生个别点的坑蚀,继而逐渐形成“环蚀”;同时向缝两侧扩展,形成锈蚀面。因钢筋全面锈蚀引起混凝土结构的顺筋向开裂对结构的危害性更大,是目前影响结构耐久性的主要危险,具有一定厚度且密实的保护层,对防止混凝土顺筋方向开裂至关重要。钢筋表面生锈时,其体积要膨胀,在膨胀压力作用下混凝土保护层会因挤压而剥落,一旦保护层混凝土劈裂,钢筋与外界接触,甚至完全裸露于空气当中,导致锈蚀速度迅速加快,这对耐久性是很不利的。
(3)对建筑物渗漏,美观和使用功能的影响
    裂缝过多或过宽,常给人以不安全感和危险感,造成不良的视觉冲击力,影响了人们的感观舒适度,影响建筑物的美观形象,破坏了建筑物、构筑物的美感效果。在不仅追求混凝土内在质量好, 而且外观质量也倍受关注的今天,混凝土结构裂缝成了影响建筑物美观的疑难杂症。

2. 防止和减轻超长混凝土结构温度收缩裂缝的控制措施

    设置后浇带分段施工,“以放为主”控制温度收缩应力的措施
设置后浇带是目前设计中常采用的方法,后浇带利用混凝土早期收缩量大,让其释放早期收缩应力,减小以收缩为主的变形。后浇带间距按照高规规定为30m~40m,具体工程应结合建筑物长度、气候环境特点综合考虑,一般应控制在30m左右。后浇带的宽度应考虑便于施工操作,并按结构构造要求而定,一般宽度以800-1000 毫米为宜,预留的宽度同时要考虑满足钢筋错开搭接要求。施工后浇带的位置选择应根据工程结构布置的具体情况确定,同时考虑以下因素:
①选在结构受力较小的部位。一般在梁板跨度内的三分之一处;也可选在梁板的中部(此位置弯矩虽大,但剪力很小)。
②平面布置时,梁的布置宜平行于后浇带(以免梁截断太多)。
③视具体情况可沿平面曲折通过。
后浇带浇筑时间宜在两个月后且浇筑时的温度宜低于主体混凝土浇筑时的温度。由于混凝土早期收缩量大,相对一年的收缩量,半月约占30~40%;1个月约占45~55%;2个月约占65~75%;半年约占80~90%,故应按规范执行,一般应保证两个月后浇筑。 
 
    采取能减小砼温度变化或收缩的措施,如采用UEA补偿收缩混凝土
    “以抗为主”利用UEA补偿收缩混凝土在硬化过程产生的膨胀作用,在结构中产生少量预压应力用来补偿混凝土在硬化过程中产生的温度和收缩拉应力,从而防止收缩裂缝或把裂缝控制在无害裂缝范围内。用UEA膨胀剂加强带取代后浇缝(沉降缝除外),实现砼连续浇注超长结构的设计施工,在结构收缩应力最大的地方给予较大的膨胀应力。具体做法:加强带一般设在后浇缝处。带宽2~3m,带的两侧分别架设密孔铁丝网,目的是防止不同配比的砼流入加强带内。施工时,现浇带外小膨胀砼(掺入10~12%UEA),浇到加强带时,改用大膨胀砼(掺入14~15%UEA),该处砼强度等级比两侧砼高0.5个等级。如此连续浇注下去,实现无缝施工,该技术已在全国50多个重大工程中应用,由于这种方法,规范未列入,施工要求严,气候环境影响大,潮湿地区膨胀可保持,干躁地区会存在问题,最好在有条件保湿养护的地下结构中采用,施工时要严格保湿养护。
    采用专门的预加应力措施
千赢国际官网混凝土可增强梁板刚度,梁板中所产生的预压应力可抵消由于混凝土温度变化和收缩产生的轴向拉应力,从而达到扩大温度伸缩缝间距不设后浇带的目的。当为满足建筑层高要求而采用千赢国际官网技术时,可考虑在采用必要的控制和抵抗温度应力的具体措施后增大温度伸缩缝的间距,千赢国际官网技术在抵消温度变化和收缩产生的轴向拉应力的同时还可承担部分强度,减小普通钢筋配筋量。
 

3. 工程实例

工程实例一:深圳机场航站区T3航站楼

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    深圳机场航站区T3航站楼建筑面积45万平方米,主体结构型式为钢筋混凝土框架结构,主楼地上4层(局部5层),指廊部分地上3层,基本柱网9m×9m、18m×18m。航站楼南北长约1000米,宽约600米,属超长结构,为减少超长混凝土结构开裂问题,本工程部分楼层梁和板内布置千赢国际官网筋,根据建筑层高要求,部分楼层梁及转换梁采用千赢国际官网混凝土结构。

工程实例二:昆明新机场航站楼


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    昆明新机场航站楼地下三层、地上三层,建筑面积约54.8万平方米。中心区长宽约324m×244m,属超长结构,为控制楼板的收缩及板的表面裂缝,在梁、板内布置了无粘结千赢国际官网筋,另外为控制托柱梁的变形,托柱梁内布设了有粘结千赢国际官网筋。

工程实例三:重庆至贵阳铁路扩能改造工程重庆西站站房及相关工程

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    重庆西站建筑面积6万平方米,站房地上2层(局部3层),高架候车区地上2层,基本柱网9m×10.5m、21m×21m,属超长结构;主体结构型式为钢筋混凝土框架结构,为减少超长混凝土结构开裂问题,本工程楼层梁板内配置无粘结千赢国际官网筋。

4. 总结
 
   
温度收缩裂缝是超长混凝土结构中较常见且日趋增多的裂缝,由于该裂缝的危害性及规范的局限性,设计人员应予以足够重视。
    控制现浇板混凝土强度等级不宜大于C35,后浇带列入高层规程后已在大量工程中广泛使用。前已述及,其主要作用是减小混凝土早期以收缩为主的变形。因此,超长混凝土结构温度收缩裂缝的预防不能仅靠设置后浇带来解决,必须采取上述“放”、“防”、“抗”相结合的综合措施。根据我们的经验一些较大型的超长建筑中,根据具体工程各自的特点多次采用了上述综合措施。实践证明比较有效。考虑目前混凝土温度收缩裂缝的趋于增多以及超长混凝土结构的抗震性能。建议采用上述综合措施。