建筑科学 钢筋混凝土结构构件受力裂缝及加固处理的探讨 陈凤兰 （湖北省襄樊市建筑科学设计研究院 湖北襄樊４４１ ００３） ，摘要：近年来，建筑结构类型不断刨新，各种新型建筑材料也不断涌现以适应建筑业的发展要求。同时，我们必须清醒地认识到实际工 程中还存在一些问题：建筑物垮塌事故时有发生，造成一定的人员伤亡和财产损失；工程质量问题不少，返工修复造成一定的资源浪费鉴于此，本文对混凝土结构中受力裂缝加以分析总结，提出了具体的防治措施和相应的加固方案。 关键词：受力裂缝 混凝土结构 加固 中图分类号：ＴＵ７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６ ７２—３７９１（２０１０）０１（ａ）一００８０—０２ 。 混凝土的抗拉强度比抗压强度小得 到受拉极限，产生裂缝并退出工作，全部拉 过早拆模。 多，在不大的拉应力下就可能出现裂缝。过 力由钢筋承担，荷载继续增大，钢筋应力达 宽的裂缝会影响结构的正常使用功能，导 到流动极限，裂缝很快超过设计规范允许 ３钢筋混凝土结构构件的加固方法 致构件中钢筋的锈蚀，降低结构的耐久性； 宽度，这时多为构件接近破坏的状态。 ３．１直接加固法 同时，过宽的裂缝影响结构的外观，引起人 １．４劈开裂缝 直接加固法是通过一些技术措施，直 们心理上的不安。过去，使用荷载下钢筋的 钢筋混凝土结构构件（如框架柱）受压 接提高构件截面的承载力刚度等，目前常 应力不高，一般构件的裂缝并不构成严重 超过一定限度时，沿构件出现平行与受力 用的直接加固法有以下几种。 的问题。但是随着高强度钢筋的采用，钢筋 方向的短而粗的平行裂缝，随着内力的增 ３．１．１大截面加固法 工作应力的提高，以及日益突出的耐久性 大，裂缝宽度将不断增大，箍筋间的纵筋发 加大截面加固法是一种传统的加固的 问题，裂缝控制越来越成为需要特别考虑 生压屈，向外凸出，混凝土被压碎，构件即 方法，是采用同种材料即混凝土和钢筋对 的问题。 告破坏。 水工程原结构进行加固补强的一种施工技 １．５扭曲裂缝 术。其技术要点就在于用钢筋混凝土来增 混凝土构件受扭转与弯曲作用时，一 大原水工程混凝土结构截面面积以提高结 １受力裂缝的受力方式探讨 受力裂缝是由外荷载引起的包括常规 侧腹部首先出现一条或多条呈４５。方向的 构的承载力为目的的一种传统方法。加大 结构计算中的主要应力以及其他结构次应 斜裂缝，并向相邻面以螺旋方向展开。截面加固法施工工艺简单、适应性强，并具 力造成的裂缝。受力裂缝按受力方式可分 １．６局部应力裂缝 有成熟的设计和施工经验；适用于梁、板、 为弯曲裂缝、剪切裂缝、断开裂缝、扭曲裂 当构件（如牛腿）受到较大局部压力，在 柱、墙和一般构造物的混凝土的加固；但现 缝以及局部应力裂缝。 局部受压区出现与受力方向大致平行的多 场施工的湿作业时间长，对生产和生活有 条裂缝。 １．１弯曲裂缝 钢筋混凝土构件的裂缝和变形具有相 当的复杂性，目前较为成熟的研究还只局 ２混凝土结构构件受力裂缝产生的主要原 限于钢筋混凝土受弯构件在荷载作用下的 因 混凝土结构构件受力裂缝产生的主要 竖向弯曲裂缝宽度计算以及变形计算。对 于受弯构件和压弯构件，当弯矩最大截面 原因有设计和施工两方面。的受拉区混凝土的拉应力超过混凝土的抗 ２．１设计方面 引起混凝土结构构件受力裂缝的原 拉极限强度时，将产生弯曲裂缝。可见，弯 曲裂缝与与钢筋锈蚀率无明显关系，随着 因，在设计方面主要是设计失误，如：结构 结构计算错误，结构抗 荷载的增大，裂缝宽度增大，长度延伸，缝 方案及布置不合理，定的影响，且加固后的建筑物净空有一 定的减小。鉴于此，该方法适用于水工程中 病险的梁、板、柱 墙等钢筋混凝土结构的 加固。在钢筋混凝土受弯构件受压区加混 凝土现浇层，可增加截面有效高度，扩大截 面面积，从而提高构件正截面抗弯，斜截面 一抗剪能力和截面刚度，起到加固补强的作 用。？另外，需要指出的是该法最大的施工 问题，就是必须保证新、旧两部分钢筋混凝 土共同受力并整体工作的问题，而新、ＩＥＩＩ混 数增多，当采用螺纹钢筋时，裂缝间可见较 裂性过低，以及结构构造不合理等。内力分 凝土的结合面却是加固结构受力时的薄弱 浇筑 短的次裂缝。当结构配筋较少时，裂缝少而 析常见的错误是，计算简图与实际不符，荷 环节。如在原有钢筋混凝土柱的周边，载取值偏小或漏项；承载力计算常见的错 层钢筋混凝土围套，通过采取一些有效 宽，结构可能发生脆性破坏。 误是，安全度取值偏低，配筋量不足，只算 技术措施保证新旧钢筋混凝土形成整体，１．２剪切裂缝 一剪切裂缝也叫做斜裂缝，一般产生与 剪应力最大的部位。对受弯构件和压弯构 件，裂缝往往发生于支座附近。通常从下部 开始开裂，随着荷载增大，裂缝长度也不断 增长并且向受压区域延伸，裂缝缝数不断 增多并分岔，裂缝区也逐渐向跨中方向扩 抗弯，不算抗剪、抗扭；结构抗裂验算常易 这样就可以提高柱的承载力和刚度。 被忽视，尤其是手算；结构构造不合理，主 ３．１．２外包钢加固法 要是配筋不合理，只配受力钢筋，忽略构造 包钢加固法是把型钢或钢板等材料包 钢筋的作用和配置，如梁板入墙不配负筋， 在被加固构件的外侧，采用四角包裹角钢， 高梁不设腰筋等。 角钢间用扁钢相连。然后灌注结构胶与原 ２．２施工方面 结构粘结、键合。使后加型钢与原结构共同 引起混凝土结构构件受力裂缝的原 工作，特别适用于需大幅度提高构件承载 裂缝发展缓慢并限制在受拉区。裂缝宽度 因，在施工方面主要是混凝土、钢筋及模板 力的结构。外包钢加固法分湿式与干式两 干式外包钢施工较为简 在限值以内，此时还允许；但如裂缝不断发 三个方面的失误导致强度达不到设计要 种情况。两者相比，展或者裂缝已接近受压区，则不论其宽度 求。混凝土方面，如混凝土配合比不当或泵 便，湿式外包钢加固施工较为复杂。但承载 大。剪切裂缝一旦出现，就应加强观察。如 混凝土掺合料拌合不 力提高量、整体工作性能及受力特点干式 和长度如何都应及时予以必要的加固处 送时改变了配合比，匀，混凝土搅拌时间过长，混凝土浇筑顺序 外包钢不如湿式外包钢有效。如在钢筋混 理。 安排不当，混凝土振捣不充分，混凝土硬化 凝土柱的四角，设置角钢，并用缀板将角钢 １．３断开裂缝 开裂缝钢筋混凝土构件受拉时进入整 前受震动或受力，混凝土养护不及时或受 连成一体，采取一些技术措施保证角钢参 如混凝土在结硬前钢筋被扰 与工作，这样就起到了对柱子的加固作用。 个截面的裂缝称为断开裂缝。首先发生在 冻。钢筋方面，剪应力最大的部位。随着荷载的增大，裂缝 动，保护层过小，钢筋少配或误配。模板方 外包钢加固混凝土构件时，型钢表面必须 进行防护处理。可以在外包钢的表面点焊 压也向跨中方向扩大。混凝土内拉应力达 面，如模板变形，模板支撑下降，模板漏浆，８Ｏ 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 建筑科学 ＳＣｌＥＮＣＥ＆ＴＥＧＨＮＯＬｏＧＹ 一层钢丝，然后用ｌ：３水泥砂浆抹２５ｒａｍ厚 形状，可以是单一方向的也可以是不同方 增加结构整体性加固是通过增设支撑 的保护层，亦可采用聚合物砂浆或其他饰 向的，它决定复合材料的结构特性。树脂则 等一些构造措施使多个结构构件形成整体 面材料加以保护。 是作为粘结介质，传递分布纤维间的应力， 共同工作。由于整体结构破坏的概率明显 ３．１．３预应力加固法 保证其形成整体均匀受力。 小于单位构件，因此在不加固原有构件中 预应力加固法是采用外加预应力的钢 ３．２间接加固法 任一构件的情况下，整体结构可靠度提高 拉杆对结构进行加固的方法，适用于要求 目前常用的间接加固法有以下几种。 了，达到了结构加固的目的。 提高承载力、刚度和抗裂性及加固后所占 ３．２．１增设构件加固法 ３．２．４改变结构冈０度比加固法 用空间小的桥梁。可分为预应力拉杆加固 设构件加固法是在原有构件之间增加 改变结构刚度比加固法是对采取一些 和预应力撑杆加固，其中预应力拉杆加固 新的构件，如两棍屋架间加设一副新屋架， 局部措施，改变原有结构的刚度比，调整结 主要用于受弯构件，以梁身为锚固体，通过 在两根梁之间增加一道新梁，在两根柱子 构在荷载作用下的内力分布，改善结构受 预应力张拉对梁的受拉区域施加外力，以 之间增加一个新柱等，以减少原有构件的 力状况，达到加固的目的。该方法一般多用 抵消结构本身的自重，减少车辆荷载作用 受荷面积，减少荷载效应，达到结构加固的 于提高结构抗水平作用的能力。 下的应力，能够减少粱体出现过多的裂缝， 目的。该方法对原有建筑的建筑功能可能 ３．２．５卸载加固法 以及减小裂缝宽度。预应力撑杆加固主要 会有影响。所以该方法一般适合于增加构 采用新型轻质材料置换原有建筑分隔 用于桥梁下部结构的轴心受压墩柱，但在 件后不影响使用要求的民用建筑梁柱等的 和装饰材料，如用轻质墙板置换原有砖隔 实践中桥梁墩柱加固也很少采用这种方 加固。 墙等，通过减少荷载提高结构的可靠性，达 法。根据预应力筋的工作情况，一种是在原 ３．２．２增设支点加固法 到结构加固的目的。 构件的体外，通过锚固端与支撑点传递力， 设支点加固法是在梁、板等构件上增 另一种是张拉后再浇混凝土，通过新旧混 设支点，在柱子、屋架之间增设支撑构件， 参考文献 凝土之间的粘结传递力。 减少结构构件的计算跨度（长度），减少荷载 【１］陈友泉，魏潮文．轻钢结构支撑体系内 ３．１．４外部粘贴加固法 效应，发挥构件潜力，增加结构的稳定性， 力计算及设计问题的探讨［Ｊ］．建筑结 粘贴钢板加固法是混凝土构件和桥梁 达到结构加固的目的。按照支撑结构的受 构，２００３（７）． 加固中采用较多的一种方法。目前外部粘 力性能，增设支点加固法分为刚性支点加 ［２Ｊ卫龙武，吕志涛，等．建筑物评估、加固 贴加固法主要有粘钢加固法和纤维加固法 固法和弹性支点加固法。在刚性支点加固 与改造【Ｍ］．南京：江苏科学技术出版 两种。粘钢加固法是在构件表面用特制的 法中，新增设支点的变形相对被加固构件 社，２００５． 建筑结构胶粘贴钢板，以提高结构件承载 的变形而非常小，可以近似视为不动支点， ［３】唐业清．建筑物改造与病害处理［Ｍ】．北 力的一种加固方法。这种加固方法具有施 例如在粱的中间设置一个支撑柱，该柱通 京：中国建筑工业出版社，２０００． 工方便、周期短、占用空间不大、对环境影 过受压把荷载传递给基础，由于支撑构件 ［４］陈瑜，王琦．混凝土主体结构改造的评 响小，以及加固后不影响结构的外观等优 受压，所以变形非常小。在弹性支点加固法 估鉴定和加固补强［Ｊ】．建筑结构，２００４ 点，因此是一种适用面广的先进加固方法， 中，新增设支点的变形较大，不能忽略不 （９）． 不仅建筑，而且公路桥梁也普遍采用。纤维 计。例如在梁的中间，沿其垂直方向设置一 ［５］徐有邻，朱爱萍．有关结构安全的全面 增强复合材料加固法是把高性能的纤维织 道梁，该新加梁通过受弯把荷载传递到两 考虑［ＪＪ．建筑结构，２００６（１】）． 物，如玻璃纤维、碳纤维和阿拉米德纤维 端的支撑结构上，由于支撑构件受弯，变形 等，放置在环氧树脂等基材上，经胶合凝固 较大。 后形成的。纤维是用纱结合成不同的几何 ３．２．３增加结构整体性加固法 （上接７９页） 钢丝刷刷净，冲洗润湿后，用相同色泽的同 ③当室外温度低于一１０℃时，在施工 为１ ５ｓ左右，使之泛浆密实，没有明显沉陷。 强度等级水泥沙浆修补，当损伤较大时，需 楼层内可采用电暖气片进行加热保温。并 浇筑清水混凝土应该合理分段分层进行， 要把松动的混凝土彻底清除，用同色泽比 做好同条件下试件的留置和清水混凝土的 严格控制每次下料的高度，保证分层厚度 原来高。Ｌ个强度等级的清水混凝土修补， 测温工作。随时掌握其内部温度，根据温度 不超过５０ｃｍ。当施工期间连续５天的日平均 并做好养护工作。再用细砂纸对修补部位 变化情况及时采取防护措施。 气温小于５℃或日最低气温小于０℃时，清 进行打磨，使其表面光滑。 水混凝土施工应该采取冬期施工措施，例 ２．４施工中的注意事项 ３结语 如加热、保温、防冻等相应措施来满足施工 （１）在同一视觉范围内的清水混凝土应 通过对清水混凝土结构中构造细部的 要求。 该尽可能采用同等强度等级。 精心设计与采取相应的施工技术，可以使 清水混凝土浇筑完毕后，为保证其强 （２）采用质量、性能好的国产多层覆膜 混凝土表面的装饰效果完全达到设计的要 度和防止产生收缩，应保持其湿润，并在ｌ２ 板。 求，通过对清水混凝土的微观机理的研究， 小时内对清水混凝土覆盖保湿养护，养护 （３）尽量选用小直径钢筋，减小钢筋间 提出适合清水混凝土表面耐久性规律的质 时间不得少于１４天，在高温季节应该适当 距，控制表面裂缝。 量控制标准，不断探索清水混凝土新的施 增加养护时间和浇水次数，拆模之后，不可 （４）冬期施工注意事项。 工工艺及施工方法，进一步提高我国清水 立刻用冷水浇喷，否则会出现温差裂缝，也 ①选用普通硅酸盐水泥，水泥的含碱量 混凝土工程的质量。 不得直接用草垫铺盖在混凝土外表面，以 要低。在混凝土中掺入防冻剂时，应该避免 免造成黄色污染。冬季施工时可以在清水 与前期浇筑清水混凝土产生色差。清水混凝 参考文献 混凝土表面涂刷无色渗透封闭性保护液进 土搅拌时间比常温时要延长５０％左右，保证 ［１】郑立新．清水混凝土在工程中的应用 行养护，可先覆盖塑料薄膜，再覆盖保温材 清水混凝土拌合物出机温度不低于１ ５℃。 【Ｊ】．安徽：安徽建筑，２００８（１）：４６～４８． 料。 ②加强清水混凝土运输过程中的保 【２］何正华．清水混凝土施工技术的探讨和 （５）缺角、掉边是清水混凝土施工中最 温，保证其入模温度不低于１０℃，避免新浇 应用【Ｊ】．重庆：重庆建筑，２００９（２）：３２～ 常出现的质量缺陷，会严重影响其外观质 清水混凝土冷却过快，影响早期强度增长 ３４． 量和结构功能。对于棱角损伤小时，可以用 和观感质量。 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
