■羅羽令 ■貴州大學(xué)土木工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003

混凝土的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其抗壓強(qiáng)度，這使得混凝土構(gòu)件即便承受不大的拉力作用也會(huì)產(chǎn)生裂縫。所以實(shí)際工程中混凝土在受拉部位帶裂縫工作屬于不可避免的正?，F(xiàn)象。但是如果裂縫寬度過大，腐蝕性氣體或水極易接觸內(nèi)部鋼筋而引發(fā)銹蝕。這不僅間接地使鋼筋的橫截面積減小還會(huì)使其體積膨脹引起保護(hù)層脫落，最終降低了構(gòu)件的承載力，影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。有些特殊結(jié)構(gòu)比如:核電站安全殼、水池等嚴(yán)格要求不產(chǎn)生裂縫。裂縫除了對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的安全造成威脅外還會(huì)影響建筑物的外部美觀和人的心理感受，有研究表明大多數(shù)人對(duì)寬度超過0．3mm的裂縫明顯感到心理壓力。

對(duì)于正截面的抗裂度驗(yàn)算以《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010)為例作簡(jiǎn)要介紹。(1)一級(jí)——嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，即按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算時(shí)，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不產(chǎn)生拉應(yīng)力。(2)二級(jí)——一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，即按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算時(shí)，構(gòu)件受拉邊緣混凝土允許產(chǎn)生拉應(yīng)力，但拉應(yīng)力不應(yīng)超過混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。(3)三級(jí)——允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，鋼筋混凝土構(gòu)件的最大裂縫寬度可按荷載準(zhǔn)永久組合并考慮長(zhǎng)期作用影響的效應(yīng)計(jì)算，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的最大裂縫寬度可按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長(zhǎng)期作用影響的效應(yīng)計(jì)算。且其最大裂縫寬度應(yīng)不超過最大裂縫寬度限值。特別的對(duì)于二a類環(huán)境的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，尚應(yīng)按荷載準(zhǔn)永久組合計(jì)算，且構(gòu)件受拉邊緣混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力應(yīng)小于混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。而對(duì)于受彎構(gòu)件斜截面的抗裂度驗(yàn)算并未驗(yàn)算裂縫的寬度而是驗(yàn)算在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下構(gòu)件斜截面的主拉應(yīng)力，因?yàn)橹骼瓚?yīng)力值過大其裂縫寬度就很有可能超過裂縫的寬度要求。我們實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)往往不希望構(gòu)件出現(xiàn)剪切破壞。因?yàn)榧羟衅茐膶儆诖嘈云茐模茐臎]有明顯預(yù)兆危害較大。而受彎破壞的延性較大屬于塑性破壞，所以構(gòu)件的受彎正截面破壞先于斜截面破壞發(fā)生。對(duì)于斜截面的抗裂度驗(yàn)算仍以《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010)為例作簡(jiǎn)要介紹。(1)一級(jí)——嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，即主拉應(yīng)力不應(yīng)超過混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0．85倍。(2)二級(jí)——一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，即主拉應(yīng)力不應(yīng)超過混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0．95倍。3．對(duì)于裂縫控制等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)的構(gòu)件，其主壓應(yīng)力不應(yīng)超過混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0．60倍。

對(duì)于允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，我們要對(duì)裂縫的寬度嚴(yán)格加以控制并建立裂縫寬度的計(jì)算理論。橫向受力裂縫寬度計(jì)算的理論有兩種。第一種理論是粘結(jié)滑移理論，這是根據(jù)軸心受拉試驗(yàn)結(jié)果提出的，該理論的基本假定是開裂后混凝土退出工作，鋼筋與混凝土的變形不再協(xié)調(diào)，鋼筋伸長(zhǎng)、混凝土收縮，兩者之間發(fā)生相對(duì)滑移，并認(rèn)為構(gòu)件表面的裂縫寬度與內(nèi)部鋼筋表面處的裂縫寬度相同。在此基礎(chǔ)上裂縫的寬度就等于一個(gè)裂縫間距范圍內(nèi)鋼筋與混凝土的變形差值。但是粘結(jié)滑移理論對(duì)開裂截面應(yīng)變分布和裂縫形狀的假定與實(shí)際情況有一定的出入，于是第二種無滑移理論應(yīng)運(yùn)而生。該理論認(rèn)為構(gòu)件表面裂縫寬度主要是由開裂截面的應(yīng)變梯度所控制，即裂縫寬度隨與鋼筋距離的增大而增大。鋼筋與混凝土之間無相對(duì)滑移，鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度是控制裂縫寬度的關(guān)鍵因素。但是按照這種理論裂縫寬度與鋼筋的粗細(xì)及配筋率都沒有關(guān)系，這顯然與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不相符。綜上所述，兩種理論和實(shí)際情況均有一定的差距。將兩種理論結(jié)合，即考慮鋼筋與混凝土之間發(fā)生的相對(duì)滑移也考慮了混凝土保護(hù)層厚度和鋼筋的有效約束對(duì)裂縫寬度的影響?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010)中所提出的裂縫寬度的計(jì)算公式就是以粘結(jié)滑移理論為基礎(chǔ)，并同時(shí)考慮了混凝土保護(hù)層厚度及鋼筋有效約束區(qū)的影響。由此可以推導(dǎo)出裂縫寬度的平均值。但是對(duì)于最簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)支靜定結(jié)構(gòu)來講，如果有一個(gè)截面破壞則整個(gè)結(jié)構(gòu)就會(huì)破壞，所以控制最大裂縫寬度的意義重大。通過大量試驗(yàn)的實(shí)測(cè)結(jié)果，分析裂縫寬度的統(tǒng)計(jì)特性并取保證率為95%可得:對(duì)于受彎構(gòu)件、偏心受壓構(gòu)件裂縫寬度的頻率基本上呈正態(tài)分布，且最大裂縫寬度為平均裂縫寬度的1．66倍。對(duì)于軸心受拉、偏心受拉構(gòu)件裂縫寬度的頻率呈偏態(tài)分布，且最大裂縫寬度為平均裂縫寬度的1．9倍。并考慮到長(zhǎng)期荷載作用下，混凝土徐變影響導(dǎo)致裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，取擴(kuò)大系數(shù)為 1．5。

通過分析有關(guān)最大裂縫寬度的計(jì)算理論可以得出:(1)裂縫寬度與縱向受拉鋼筋應(yīng)力近似成線性關(guān)系，拉應(yīng)力值越大，裂縫裂縫寬度也越大;因此為了控制裂縫，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，不宜采用強(qiáng)度很高的鋼筋。(2)在縱向受拉鋼筋截面面積不變時(shí)，采用多根細(xì)鋼筋，增大了鋼筋的表面積是粘結(jié)力增大，裂縫寬度減小。(3)帶肋鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度較光圓鋼筋大得多，因而從裂縫截面處，鋼筋通過粘結(jié)應(yīng)力將拉力傳給混凝土而使混凝土達(dá)到抗拉強(qiáng)度所需要的距離小，從而使最大裂縫寬度減小。(4)縱筋配筋率越大、保護(hù)層厚度越大裂縫寬度越小。(5)長(zhǎng)期荷載、反復(fù)荷載或動(dòng)力荷載作用下的裂縫寬度有所增大。(6)構(gòu)件的受力性質(zhì)不同也會(huì)影響裂縫的寬度。

雖然在土木工程領(lǐng)域中新材料在不斷的研發(fā)和使用，但混凝土憑借著自身具有良好的耐久性、耐火性、整體性和可模性等優(yōu)點(diǎn)，使其仍具有不可替代的重要地位。而混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是關(guān)系到其安全性、適用性和耐久性的重要因素，對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用有著極為深遠(yuǎn)的意義。

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