鋼筋混凝土結構裂縫成因及加固設計常用方法分析

陳深求

【摘要】鋼筋混凝土結構是當前建筑領域使用量最大和應用范圍最為廣泛的建筑結構類型。受到環境因素、人為因素等諸多因素的制約和影響，鋼筋混凝土結構會有不同程度的變形、破壞，從而影響其正常使用，甚至結構安全。結構試驗表明，裂縫的出現是結構破壞的先兆。本文先分析鋼筋混凝土結構裂縫的主要成因，再介紹鋼筋混凝土結構常用的加固方法，分析各加固方法的優缺點及加固設計時需要注意的常見問題。

【關鍵詞】鋼筋混凝土結構；裂縫；加固設計；常用方法

引言

鋼筋混凝土結構是一種經過特殊加工、灌注和處理的建筑材料，在各個工序中難免會因外部因素和內部原因的干擾而導致出現鋼筋混凝土結構的裂縫。裂縫的出現及發展造成鋼筋混凝土結構的耐久性下降，同時影響鋼筋混凝土結構的安全與功能，甚至會造成建筑物破壞。因此加固設計須從裂縫分析出發，根據現狀分析裂縫的成因，評定裂縫的危害等級，才能采取相應的加固設計方法。

1鋼筋混凝土結構裂縫的主要成因

1.1 鋼筋混凝土材料質量

鋼筋混凝土結構在澆筑、硬化的過程中會產生各種應力，如果對鋼筋混凝土材料不進行全面的控制，當應力超出鋼筋混凝土的結構強度時就會出現裂縫。主要的材料因素有：第一，水泥和集料中存在大量的泥沙、氯離子、硫酸根離子，這會導致鋼筋混凝土強度不足，在脆弱的地方會出現裂縫。第二，水泥水化熱過高，并且沒有應用適合的外加劑，這會造成鋼筋混凝土出現早強性裂縫。

1.2 鋼筋混凝土施工工藝

工藝是導致鋼筋混凝土結構出現裂縫的主要原因。如果鋼筋混凝土施工工藝不能按規范進行，出現模板搭建不當、鋼筋混凝土結構支撐不足、模板拆除過早、保濕保溫不利等問題，都會導致鋼筋混凝土結構裂縫的產生。

1.3 鋼筋混凝土施工溫度

鋼筋混凝土中水泥在水化和硬化的過程中會產生大量的熱，由于鋼筋混凝土結構導熱性能差，會在鋼筋混凝土結構內部產生溫度與熱量的積累，進而出現鋼筋混凝土結構內部的應力與形變趨勢，如果這種趨勢超出鋼筋混凝土結構強度時就會出現裂縫。

1.4 鋼筋混凝土濕度

鋼筋混凝土在硬化的過程中會出現水分蒸發，如果不及時對鋼筋混凝土結構進行保濕處理，則會產生干縮的趨勢，在水分流失嚴重的情況下，鋼筋混凝土結構表面會產生干縮裂縫，不但影響鋼筋混凝土表面質量，也會影響鋼筋混凝土結構的強度。

2鋼筋混凝土結構加固方法

鋼筋混凝土結構的加固方法有很多，在實際的加固工程中，外粘鋼板加固法和增大截面加固法是最為常見、傳統的加固方法，而外貼纖維復合材料加固法則是近年新興的加固方法。

2.1外粘鋼板加固法

最為常見的一種加固方法就是外貼鋼板加固法。這種加固的方法就是用建筑結構膠將鋼板粘貼到出現裂紋需要加固的結構表面。這種加固結構通過使用鋼板承受開裂結構側面的剪力以及沿鋼板方向的拉力，實現截面受彎及受拉承載力的提高。這種結構有以下優點：（1）方法簡單容易實現，使用的鋼板和混凝土能夠形成一個整體。（2）鋼板加固施工時間短，能夠快速實現加固，不影響正常的使用。（3）這種加固的效果很明顯，能夠有效提高結構的剛度。當然這種加固方法也有自己的缺點，主要的不足之處有：（1）裂縫處自身剛度沒有實質上的提高。（2）建筑結構膠的長期持荷強度較低及容易老化，對環境濕度有一定要求。（3）不適用于承受動力疲勞荷載及設計使用年限較長的新建工程加固。

2.2增大截面加固法

對鋼筋混凝土裂縫的處理方法中還有一種常見的加固方法就是增大截面加固法。這種方法顧名思義就是通過加大受彎構件的橫截面積，達到提高截面承載力和構件剛度的目的。這種結構的受力構件，自身的受力性能隨著使用鋼筋橫截面積的增大而加強。這種加固方法的優點有以下幾點：（1）使用壽命比較長，在使用過程中對結構的維護費用比較低。（2）加大橫截面積能夠明顯的提高受力結構的受力性能，是受力結構能夠承受更大的負載。（3）這種加固方法的實際施工過程比較簡單，工藝比較成熟，能夠很好的保證施工的質量，一般來說，這種結構有很強的使用性。當然這種加固方法也有自身的缺點，其主要的缺點有以下幾點：（1）受力構件橫截面積的增加，直接影響建筑結構整體美觀。（2）一定程度上增加了結構自身的自重。（3）新加大的結構的養護時間長，造成施工工期較長，對建筑的正常使用有一定的影響。

2.3外貼纖維復合材料加固法

在建筑鋼筋混凝土加固方法中，有一種比較特殊的方法就是外貼纖維復合材料加固法。這種加固方法的原理就是在鋼筋混凝土結構中出現裂縫的地方用結構膠粘貼碳纖維、玻璃纖維等纖維復合材料，通過纖維復合材料的膠結作用，使裂縫處的橫截面積受拉力作用，進而提高結構受彎、受剪及混凝土抗壓強度。這種加固方法的主要優點有：（1）纖維復合材料有一定的抗腐蝕作用，能適應潮濕的環境。（2）纖維復合材料的質量很輕，幾乎不增加結構的自重。（3）纖維復合材料的使用壽命比較長，平時使用過程中的維護比較簡單，維護需要的成本比較低。不過外貼纖維復合材料加固法有自身的缺點，主要的缺點有以下幾點：（1）由于纖維復合材料是有機材料，防火性能比較差，耐高溫性能也不佳。（2）有一定的受力極限，當纖維復合材料受到的變形比較大的時候，材料的內部就會出現斷裂的現象。（3）纖維復合材料有一定的彈性限度，不適合使用在高剛度要求的結構中。

3加固設計中需要注意的問題

（1）在設計單位的選擇方面，要選擇那些有設計資質的單位，有一定的設計經驗積累的單位優先考慮使用。設計單位要對設計的建筑結構自身的安全性和可靠性方面負責。

（2）優先考慮使用新工藝和新技術。一般來說，相對成熟的新工藝和新技術都能夠達到改善結構抗震性能，提高結構抗震能力的目的。不過使用的新工藝和新技術須經過正式的技術鑒定。

（3）由專業人員對原結構進行認真仔細的研究，充分考慮加固施工的可行性和安全經濟性，結合具體情況選擇技術好、施工簡單、效果好、滿足現場施工要求的技術方案?？紤]設計方案的實際施工效益。

（4）設計時不應僅局限于考慮單個構件的安全性，同時還應從整個結構體系性能的變化的角度來考慮整體結構的安全。如：加固后的構件剛度和強度的變化，會引起整體結構的剛度和強度分布的變化，自振周期變化，須注意避免新的薄弱層的出現，避免強梁弱柱、強構件弱節點等的不利于抗震的受理狀態。

4 結語

綜上所述，鋼筋混凝土結構因外部因素和內部原因產生裂縫，在進行加固修復時，不僅要修復消除引起傷害的根源，還要對產生裂縫的地方進行合理科學的加固處理，從而恢復構件的受力性能，保證構件能夠在建筑結構整體中發揮自身的實際作用。但同時，我們不應片面地滿足單個構件的安全性，亦應對整個結構體系進行分析，綜合考慮加固方案的可行性、合理性、安全性、經濟性，根據實際的需要選擇最合理的加固方案。

參考文獻

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