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现浇钢筋混凝土板类构件中经常出现表面或者贯通性的裂缝。此类裂缝的出现,往往会影响结构的使用性能,另外也容易加快钢筋锈蚀的速度。由于对裂缝的处理需要花费巨大的代价,控制此类构件的裂缝具有重要的意义。
现浇混凝土结构的开裂是一个复杂的过程,与混凝土早期的材料性能有密切的关系。试验研究四种不同配合比混凝土在不同龄期时(龄期从第2天开始至半年时间)的材料性能(劈裂抗拉强度、弹性模量和单轴受压应力-应变关系、混凝土自由收缩、受压徐变和水泥水化热)。基于试验结果,得到四种配合比混凝土材料性能的时变规律。
在材料性能试验结果的基础上,采用试验和数值模拟相结合研究如何控制钢筋混凝土板的裂缝。通过在预制的钢模内浇注混凝土,形成2个未设缝板和16个设缝板以研究控制缝的有效性。改变的试验参数包括混凝土配合比、配筋率和控制缝的位置和形式(缝深为板厚1/3或贯通缝)。试验持续约9个月,记录板内裂缝和变形的发展。基于混凝土材料性能的时变规律,对18个板进行数值模拟以研究板内裂缝和变形随龄期发展的规律。结果表明,控制缝在一定程度上能够控制钢筋混凝土板角部斜向裂缝的出现位置,但在控制缝端部容易产生裂缝,在浇筑混凝土前需对此处进行加强。
以上海光源工程为实例,试验研究如何控制此类结构的裂缝。制作了墙体的1/4缩尺模型,研究墙体的裂缝和变形发展。试验期间分别采用千分表和应变片测量混凝土的变形和钢筋的变形,同时观测记录混凝土表面裂缝的发展。试件浇筑半年后未在墙体内发现裂缝,墙体内的变形随温度的起伏而变化。由于同片墙体各部位受到的约束不同,变形从上到下逐渐减小。