混凝土结构裂缝分析报告

混凝土结构裂缝分析普通钢筋混凝土结构在一般情况下是允许带裂缝

工

作的

，

这

是

其他

材

料(如钢、木

、

甚

至砖砌体等)结构所不遇的特殊问题，但需要严格控

制

裂

缝

的

开

展

，

以

保

证

结

构

的

可

靠

工

作

，

因

此

有

必要对裂缝的成因、

开展机理、计算方法及控制

进

行

研

究

。裂缝的成因及控制标准一

、

裂缝的成因和形态裂缝产生的原因很多，如荷载作用、混凝土组成成分、温度变化、混凝土收缩和徐变、基础的不均匀沉降以及钢筋的锈蚀等，

而许多裂缝

往

往是几种不同因素联合作用的结果。1、

荷载作用产生的裂缝钢

筋

混凝土构件因受

力性

质不同

所

产生的

裂

缝

形

态也不同。承受拉(轴)力和弯矩的构件在横截面有一维的拉应力，

承受剪力和扭矩及其他复合受力结构有

主

拉

应

力

。

这些构件

将出

现

垂

直

于

主

拉

应

力

方

向

的裂缝。(

见图7-1)裂缝一般沿构件宽度方向贯通部分截面或全截面。

仔细观察还可发现表面裂缝的多种形态和宽度的变化规律。例如截面较大的拉杆，除了贯通全截面的较宽的裂缝外，还有在钢筋附近短而窄的裂缝；截面高度

较大的梁，裂缝宽度在钢筋位置处较窄，而稍远处的腹部裂缝较宽；梁端斜裂缝在截面高度中间部分最宽，上、

下端较窄；

等等。图

7-1

构件在不同性质的力的作用下的裂缝形态

a)轴拉力和弯矩；b)

剪力和扭矩Tb)M题)2.

混

凝

土

塑

性

收

缩

引

起

的

裂

缝这种裂缝常出现于大面积的板壳表面，是在混凝土浇注后数小时，

因气温高、风速大等原因使混凝土表面蒸发速度超过了本身泌水速度而造成的。裂缝呈不规则的鸡爪形(图

7-2a

),一般均

为

细微的

表面

裂

缝，

可用覆盖养护等措施防止。3、

混凝土塑性沉降引起的裂缝混凝土中的骨料塑性下沉受到顶部钢筋的阻碍，使钢筋处的沉降与两侧的沉降相差过大时，就会在钢筋

上

方出

现

顺筋的

表

面

裂

缝(图7-2b

)。

这种裂缝可通过改善配合比、减少泌水、加大保护层等来防止。在初凝前将表面重新抹面压光也可使裂缝闭合。4、

水泥水化热引起的裂缝大体积混凝土常因水泥水化热导致内外温差过大，所引起的温度应力超过混凝土早期抗拉强度时，就会形

成裂缝。5、

温度和湿度引起的裂缝混凝土因外部温度骤降或在结硬过程中的干缩会引

起体积

收缩。如

这种

收缩受

到外部

(岩

基或

老混凝土)

或内部(大量钢筋)的约束，

就可能在承载前产生严重

裂缝。6、

碱骨料化学反映引起的裂缝水泥的碱液与活性骨料的硅酸盐化学反应后会析出

体积增大几倍的胶体，使混凝土胀裂。其特点是裂缝中充满白色沉淀。7、

钢筋锈蚀引起的裂缝构件处于恶劣环境，保护层过薄或密实性较差时，

混凝土中的钢筋会锈蚀，体积膨胀2~4倍，导致四周混凝土顺筋胀裂。这是一种先锈后裂的纵向裂缝，

一旦发

生，

就严重恶化，导致保护层成片剥落甚至钢筋锈断(

图

7

-

2c)。8、

不均匀沉降引起的裂缝地基不均匀沉降引起混凝土结构内力发生变化，从

而导致混凝土结构产生裂缝。这种裂缝通常宽度较大，

数量较少，

多集中产生在与基础沉降相关的部位。图7-2

混凝土塑性收缩、沉降及钢筋锈蚀引起的裂缝保护层剥落b)e)a)二、

裂缝的控制标准1、

考虑因素：钢筋混凝土结构通常允许带裂缝工作，但基于下列

三种原因，需要严格限制裂缝宽度。(

1)

钢

筋

锈

蚀：

混凝土的开裂使构件中钢筋局部直接与

周围介质接触，对于露天结构和处在潮湿环境，甚至含

酸、氯介质的侵蚀环境下的结构，钢筋表层将逐渐氧化

而导致锈蚀，钢材锈蚀物使钢筋体积增大，很容易将周围混凝土保护层胀裂，形成纵向裂缝，从而破坏了钢筋和混凝土的粘结力，同时钢筋受力面积因锈蚀而逐渐减

小，使构件的承载力减小，耐久性下降。(

2

)

人

们

的

心

理

感

受

：

带

裂

缝

工

作

的

钢

筋

混

凝

土

结构对业内人士无疑是能够接受的，

但裂缝的显现和发展会对普通使用者心理上产生不安全感，有时成为要求进行裂缝处理或加固的主要因素。故裂缝宽度的限

制尚应考虑普通使用者的心理承受能力，一般要求限制在使用者不易察觉的宽度内。(

3)

特

殊

要

求：实际工程中可能有两方面的特殊要求，

一方面是结构自身的要求，如一些水工结构和容器结构对抗渗(水、气)性的要求；另一方面是特殊环境的要求，如使用环境存在明显的腐蚀性介质。在这些情况下，都应严格限制裂缝宽度甚至有抗裂要求。2、

控制标准通常由施工、构造和环境条件等所引起的裂缝，应

在设计中采取适当构造措施，在施工中采取合理的工艺

和技术加以解决或改善。至于受拉裂缝，一般不允许在

使用阶段出现，设计时以限制拉应力值来避免。国内外

规范一般是根据构件的工作环境和荷载作用时间的情况

对裂缝加以限制的。简介如下：近年来，

为了提高构件抗腐蚀性能，

环氧涂层钢筋

在

一些工程中开始应用，

有些预应力钢筋也采取了防护

措施。对用这些钢筋配置的构件，规定裂缝宽度比

一般构件的限值增大0.05mm。对有抗裂要求的结构，

一般宜采用预应力混凝土。(1)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规

范

》

:规定钢筋混凝土构件和在使用阶段允许出现裂缝的

构件，其计算的特征裂缝宽度不应超过下列规定的限值：一般环境有气态、液态或固态侵蚀物质环境0.2mm～0.25mm0.1mm(

2

)

我

国

《

混

凝

土

结

构

设

计

规

范

》规定在设计钢筋混凝土构件时，应根据其使用要求

确定控制裂缝的三个等级：一

级

—

—严格要求不出现裂缝的构件，在短期(全

部)荷载作用下，截面上不出现拉应力，

即

σ

≤0二级

—

—一般要求不出现裂缝的构件，在短期(全

部

)

荷载作用下，

截面上的拉应力小于混凝土抗拉强度

的

一

部分；在长期(部分)荷载作用下不出现拉应力，三级——允许出现裂缝的构件，计算的最大裂缝宽度不得超过允许值，即

o≤[co]即短期荷载

长期荷载G≤ayfσ≤0(

3

)

欧

洲

模

式

规

范CEB

FIP(1978)对于腐蚀不敏感的钢筋混凝土构件，允许裂缝宽度按暴露条件分为三等：轻度的

0.4mm中等程度的

0.2mm严重的

0.1mm(

4

)

美

国ACI224建议的裂缝允许宽度为：干燥空气或有保护膜潮湿、

湿空气、

土海水飞溅区(干、湿交替)

挡水结构0.4mm0.3mm0.15mm

0.1mm允许裂缝宽度规定的差异一方面是由于规定此值的科学依据还不充分，

另一方面是各国规范对计算裂缝宽度的公式有很大的出入。有些国家根据研究结果

认为，混凝土裂缝宽度的限制值可放宽至0.4mm~0.5mm。近年来关于混凝土裂缝对钢筋的锈蚀影响的研究

中，很重要的发现是裂缝处钢筋锈蚀与锈蚀的程度和

进展并不象最初设想的那样显著。因此可以期望将裂

缝控制的相当严格的规定放宽。有越来越多的研究者

同意即使表面裂缝宽度达0.4mm

也不存在锈蚀的问题。有关混凝土中钢筋锈蚀的机理和裂缝性质的分析，以及暴露试验结果都不能说明表面裂缝宽度与锈蚀速

度之间存在有必然

联系

。

工程调

查

和

暴露试验

表

明，保证混凝土的密实性和必要的保护层厚度，要比控制表面裂缝宽度对于防止锈蚀更为重要。关于裂缝宽度

与锈蚀关系的研究还没有得出能够为大多数研究者一致接受的结论。值得注意的是，平行于主筋的纵向裂缝，对于结构耐久性的影响要比垂直于主筋的横向裂缝严重得多。

因为当引起裂缝的荷载移去时，后一种裂缝将趋于闭合，而平行于钢筋的裂缝不会闭合，还可能持续开展，

对钢筋锈蚀有极大的危害。但是，

目前对此还缺乏系统的研究，对于纵向裂缝还提不出合理的控制要求。混凝土结构的裂缝是由材料内部的初始缺陷、

微裂缝的扩展而引起的。混凝土结构产生裂缝原因很多，

大致可归纳为两大类：(1)

由外荷载引起的裂缝，称为结构性裂缝又称为荷载裂缝。其裂缝的分布特征及宽度与外着载

大小有关。(2)由变形引起的裂缝，称为非结构性裂缝，又称非荷载裂缝。1、结构性裂缝——弯曲裂缝7777图1-9钢筋混凝土梁的结构性裂缝b)a)1、结构性裂缝——剪切裂缝剪切裂缝是指在剪力或剪力与弯矩共同作用下，

主拉应力过大在腹板(梁肋)两侧产生的斜裂缝，一般出现在承受剪力较大的支点附近截面及同时承受剪力和弯矩均较大的梁桥腹板出现的剪切斜

裂缝。7777b777b²2、

非

结

构

性

裂

缝混凝土的非结构性裂缝

.

根据其形成的时间可分为：混凝土硬化前裂缝、硬化过程裂缝和完全硬

化后裂缝。非结构性裂缝的产生，多是受混凝土

材料组成、

浇筑方法、养护条件和使用环境等多

种因素影响所致。1)收缩裂缝在混凝土凝固过程中，混凝土巾多余水分蒸发，

引起的体积缩小称为干燥收缩或干缩

.

而在水泥

和水发牛水化作用逐渐硬化而形成的水泥骨架不

断紧密、

体积缩小，称为塑性收缩(凝缩)。混凝