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【摘要】混凝土在硬化过程中,由于水化作用引起体积收缩;当温度变化时会像其他物体一样产生热胀冷缩,尤其是超长结构更为明显;当这两种变形受到约束后,在结构内部就会产生收缩应力和温度应力,这两种应力在混凝土中产生的主拉应力分别超过混凝土抗拉强度,主拉应变超过混凝土极限拉应变时,就会导致混凝土开裂而形成收缩裂缝和温度裂缝。一旦出现裂缝,不仅影响工程质量,也给建设单位带来了经济损失和麻烦。文章主要分析了超长混凝土温度裂缝的理论以及温度裂缝控制方法。
【关键词】超长混凝土；裂缝；控制
1.超长混凝土温度裂缝的理论
温度应力是超长结构设计需要考虑的重要因素。混凝土结构的温度应力，实际上是一种约束应力，是结构物内的温度变化引起的，当结构物中各个部分发生温度改变时，将引起热胀冷缩变形，如果这种变形能自由地伸缩，将不会产生温度应力，只有当结构物的温度变形受到物体内部各个部分的相互约束及边界上约束的限制，不能完全自由的发生，这种约束才会产生温差应力。约束应力包括内约束应力和外约束应力，内约束应力是由于结构物内部某构件单元中，因纤维间的温度不同，引起的应变差受到约束而产生的应力；外约束应力是结构或体系内部各构件，因温度不同所产生的变形差受到约束而引起的应力。
建筑物温度场的合理选择和建立是后续温度应力分析的基础,是决定温度应力结果合理与否的关键。自浇筑混凝土开始,至水泥放热作用基本结束时为早期温度场,一般约一个月左右。此阶段因水泥水化热作用而放出大量水化热,引起温度场的急剧变化。自水泥放热作用基本结束时至混凝土冷却到最终稳定温度时为中期温度场。这时的温度场是由于混凝土冷却及外界温度变化所引起的。混凝土完全冷却以后的运行期为晚期温度场,温度应力主要是由外界气温和水温的变化所引起的。
2.超长混凝土温度裂缝控制方法
2.1使用预应力技术控制温度裂缝
预应力混凝土是根据需要人为地引入某个数值与分布的内应力、用以部分或全部抵消外荷载应力的一种加筋混凝土。它是在结构成型时事先在结构的长度方向上建立一定数量的轴向预压应力及相应的预压应变，用以克服结构因季节温差和混凝土收缩引起的收缩变形，全部或部分抵消由此产生的拉应力，避免混凝土开裂或限制裂缝的宽度。现浇后张预应力混凝土结构分为粘结预应力和无粘结预应力两种。有粘结预应力是先对穿入的预应力筋进行张拉，张拉后再灌浆使预应力筋与周围混凝土粘结并共同工作。是通过预应力筋与混凝土之间的粘结力以及锚具共同建立预应力，且不会因为锚具失效而丧失预应力，但是此种方法施工复杂，技术要求较高。无粘结预应力是在预应力的表面涂上专用油脂并用塑料管包裹后铺设在模板内，待混凝土达到一定的强度后再张拉锚固，施工方便，经济，但是此种方法预应力的建立全部靠端部锚固的程度，因此对锚具的质量和施工质量要求比较高。
预应力的设计是一个比较复杂的过程，在设计的时候必须考虑施工过程，在设计时候考虑后浇带和分批张拉预应力钢筋。在适当位置每隔60～70m设置一道施工后浇带,后浇带中间设置一道加强带。后浇带梁、板钢筋均断开,后浇带合拢时间不少于60d,合拢温度控制在5～10℃。钢筋采用搭接焊并浇筑微膨胀混凝土,即在普通混凝土中掺加一定比例的微膨胀剂,微膨胀混凝土在水化过程中产生适量膨胀,在钢筋和邻位约束下,在钢筋混凝土中建立起一定的预应力,可抵消混凝土在收缩时产生的拉应力,从而能起到减少混凝土构件裂缝的产生。外加剂掺量按限制膨胀率控制,加强区(3～5)×10-4,非加强区(2～3)×10-4。在超长混凝土结构中，后浇带的设置必须合理，后浇带间距较大，则后浇带封闭前梁的拉应力较大，最终梁的拉应力也是很大。后浇带间距较小，虽然结构混凝土的拉应力很小，有利于结构裂缝的控制，但会增加施工的难度，且受到柱抗侧刚度的影响。后浇带的位置，对于所在的跨来说，应该选择在跨内内力和变形都比较小的部位。一般在梁的1/3附近，也可以选择在跨中，虽然弯矩很大，但剪力很小。在超长混凝土结构框架结构中后浇带的设置可以采用对称布置。设置两道时，可以使包含中间跨的后浇带间距小一些，两端的间距大一些，以减少中间跨的拉应力。设置三道时中间跨设置一道，两侧对称等间距设置。以采用分段张拉早期预应力钢筋来增大后浇带的间距。先张拉中间部分的预应力钢筋，两端部分没有侧移，中间部分有侧移，施工完了再张拉两端的预应力钢筋。这样分段张拉比一次张拉引起的侧移和内力都要小。
2.2设置支撑控制温度裂缝
在框架的纵向布置柱间垂直支撑，虽然可以增加对横梁的水平抵抗，增加约束，温度应力的释放减小。但是对于超长的结构，垂直支撑越多，约束就越大，约束变形也越大，约束吸收能量的能力也就越大，使横梁的拉伸或压缩变形减小很多，使端部柱子的弯矩减少很多。设置垂直支撑，可以大大提高纵向的刚度，可以较大地抵抗梁产生的水平拉力。支撑的布置对温度变形及应力都有影响，应该均布于整个超长结构的全长。对于设置的支撑，因为支撑的长细比很大，在温度的作用下，可能出现支撑受压的情况，当温度发生剧烈的地方，会出现压杆失稳的现象。在对结构进行设计时，只考虑斜杆件受拉而不考虑受压，压杆失稳是容许的，失稳后压杆仍可以承受拉力，不会影响其使用。
2.3使用橡胶支座控制温度裂缝
橡胶支座的使用，技术已经比较成熟。它将上部结构的内力可靠地集中传递到下部结构；对于各种内力不需要传递给下部的时候，可起到释放内力的作用；能够起到调节内力的作用，使内力进行重新分布，减小峰值内力；对于动力荷载作用下的情况，还可以起到隔震的作用，减轻损坏。在解决温度应力问题上，支座也能起到很好的作用，可以利用滑动橡胶支座来释放水平剪力来减小框架梁的温度内力。
在混凝土框架结构中，边跨柱的侧移最大，一般边柱端的剪力也是最大。对于梁的轴向拉力，离框架中部越远的柱端水平剪力贡献越大，因此把支座设置在边柱的柱顶。为了安装滑动支座，可以将底层柱浇注至底层梁的底位置处，并预埋支座底部钢板的固定螺栓，待混凝土达到一定强度后安装滑动支座。可以考虑使用对支座约束较小，可供梁端相对自由转动的球冠形橡胶支座。球冠形橡胶支座在平面上是各向同性的，可以通过球冠的半径来调节受力状况。
随着建筑结构各种技术的不断进步,建筑新材料、施工新工艺的不断涌现,建筑物裂缝控制的综合集成技术还会不断完善和得到补充,建筑物的裂缝问题会被有效的控制。 [科]
【参考文献】
［１］逄毓卓,戴大志.超长混凝土结构温度应力和收缩裂缝分析[J].低温建筑技术,2010,5．
［２］王慧珍,闫晓钰.防止和减轻超长混凝土温度收缩裂缝的建议[J].山西建筑,2009,6．
［３］张永胜,李雁英. 超长混凝土框架结构裂缝控制措施[J].电力学报,2010,2．
［４］孔梵沣.防止和减轻超长混凝土结构温度收缩裂缝的设计建议[J].宁夏机械,2008,1．
【关键词】超长混凝土；裂缝；控制
1.超长混凝土温度裂缝的理论
温度应力是超长结构设计需要考虑的重要因素。混凝土结构的温度应力，实际上是一种约束应力，是结构物内的温度变化引起的，当结构物中各个部分发生温度改变时，将引起热胀冷缩变形，如果这种变形能自由地伸缩，将不会产生温度应力，只有当结构物的温度变形受到物体内部各个部分的相互约束及边界上约束的限制，不能完全自由的发生，这种约束才会产生温差应力。约束应力包括内约束应力和外约束应力，内约束应力是由于结构物内部某构件单元中，因纤维间的温度不同，引起的应变差受到约束而产生的应力；外约束应力是结构或体系内部各构件，因温度不同所产生的变形差受到约束而引起的应力。
建筑物温度场的合理选择和建立是后续温度应力分析的基础,是决定温度应力结果合理与否的关键。自浇筑混凝土开始,至水泥放热作用基本结束时为早期温度场,一般约一个月左右。此阶段因水泥水化热作用而放出大量水化热,引起温度场的急剧变化。自水泥放热作用基本结束时至混凝土冷却到最终稳定温度时为中期温度场。这时的温度场是由于混凝土冷却及外界温度变化所引起的。混凝土完全冷却以后的运行期为晚期温度场,温度应力主要是由外界气温和水温的变化所引起的。
2.超长混凝土温度裂缝控制方法
2.1使用预应力技术控制温度裂缝
预应力混凝土是根据需要人为地引入某个数值与分布的内应力、用以部分或全部抵消外荷载应力的一种加筋混凝土。它是在结构成型时事先在结构的长度方向上建立一定数量的轴向预压应力及相应的预压应变，用以克服结构因季节温差和混凝土收缩引起的收缩变形，全部或部分抵消由此产生的拉应力，避免混凝土开裂或限制裂缝的宽度。现浇后张预应力混凝土结构分为粘结预应力和无粘结预应力两种。有粘结预应力是先对穿入的预应力筋进行张拉，张拉后再灌浆使预应力筋与周围混凝土粘结并共同工作。是通过预应力筋与混凝土之间的粘结力以及锚具共同建立预应力，且不会因为锚具失效而丧失预应力，但是此种方法施工复杂，技术要求较高。无粘结预应力是在预应力的表面涂上专用油脂并用塑料管包裹后铺设在模板内，待混凝土达到一定的强度后再张拉锚固，施工方便，经济，但是此种方法预应力的建立全部靠端部锚固的程度，因此对锚具的质量和施工质量要求比较高。
预应力的设计是一个比较复杂的过程，在设计的时候必须考虑施工过程，在设计时候考虑后浇带和分批张拉预应力钢筋。在适当位置每隔60～70m设置一道施工后浇带,后浇带中间设置一道加强带。后浇带梁、板钢筋均断开,后浇带合拢时间不少于60d,合拢温度控制在5～10℃。钢筋采用搭接焊并浇筑微膨胀混凝土,即在普通混凝土中掺加一定比例的微膨胀剂,微膨胀混凝土在水化过程中产生适量膨胀,在钢筋和邻位约束下,在钢筋混凝土中建立起一定的预应力,可抵消混凝土在收缩时产生的拉应力,从而能起到减少混凝土构件裂缝的产生。外加剂掺量按限制膨胀率控制,加强区(3～5)×10-4,非加强区(2～3)×10-4。在超长混凝土结构中，后浇带的设置必须合理，后浇带间距较大，则后浇带封闭前梁的拉应力较大，最终梁的拉应力也是很大。后浇带间距较小，虽然结构混凝土的拉应力很小，有利于结构裂缝的控制，但会增加施工的难度，且受到柱抗侧刚度的影响。后浇带的位置，对于所在的跨来说，应该选择在跨内内力和变形都比较小的部位。一般在梁的1/3附近，也可以选择在跨中，虽然弯矩很大，但剪力很小。在超长混凝土结构框架结构中后浇带的设置可以采用对称布置。设置两道时，可以使包含中间跨的后浇带间距小一些，两端的间距大一些，以减少中间跨的拉应力。设置三道时中间跨设置一道，两侧对称等间距设置。以采用分段张拉早期预应力钢筋来增大后浇带的间距。先张拉中间部分的预应力钢筋，两端部分没有侧移，中间部分有侧移，施工完了再张拉两端的预应力钢筋。这样分段张拉比一次张拉引起的侧移和内力都要小。
2.2设置支撑控制温度裂缝
在框架的纵向布置柱间垂直支撑，虽然可以增加对横梁的水平抵抗，增加约束，温度应力的释放减小。但是对于超长的结构，垂直支撑越多，约束就越大，约束变形也越大，约束吸收能量的能力也就越大，使横梁的拉伸或压缩变形减小很多，使端部柱子的弯矩减少很多。设置垂直支撑，可以大大提高纵向的刚度，可以较大地抵抗梁产生的水平拉力。支撑的布置对温度变形及应力都有影响，应该均布于整个超长结构的全长。对于设置的支撑，因为支撑的长细比很大，在温度的作用下，可能出现支撑受压的情况，当温度发生剧烈的地方，会出现压杆失稳的现象。在对结构进行设计时，只考虑斜杆件受拉而不考虑受压，压杆失稳是容许的，失稳后压杆仍可以承受拉力，不会影响其使用。
2.3使用橡胶支座控制温度裂缝
橡胶支座的使用，技术已经比较成熟。它将上部结构的内力可靠地集中传递到下部结构；对于各种内力不需要传递给下部的时候，可起到释放内力的作用；能够起到调节内力的作用，使内力进行重新分布，减小峰值内力；对于动力荷载作用下的情况，还可以起到隔震的作用，减轻损坏。在解决温度应力问题上，支座也能起到很好的作用，可以利用滑动橡胶支座来释放水平剪力来减小框架梁的温度内力。
在混凝土框架结构中，边跨柱的侧移最大，一般边柱端的剪力也是最大。对于梁的轴向拉力，离框架中部越远的柱端水平剪力贡献越大，因此把支座设置在边柱的柱顶。为了安装滑动支座，可以将底层柱浇注至底层梁的底位置处，并预埋支座底部钢板的固定螺栓，待混凝土达到一定强度后安装滑动支座。可以考虑使用对支座约束较小，可供梁端相对自由转动的球冠形橡胶支座。球冠形橡胶支座在平面上是各向同性的，可以通过球冠的半径来调节受力状况。
随着建筑结构各种技术的不断进步,建筑新材料、施工新工艺的不断涌现,建筑物裂缝控制的综合集成技术还会不断完善和得到补充,建筑物的裂缝问题会被有效的控制。 [科]
【参考文献】
［１］逄毓卓,戴大志.超长混凝土结构温度应力和收缩裂缝分析[J].低温建筑技术,2010,5．
［２］王慧珍,闫晓钰.防止和减轻超长混凝土温度收缩裂缝的建议[J].山西建筑,2009,6．
［３］张永胜,李雁英. 超长混凝土框架结构裂缝控制措施[J].电力学报,2010,2．
［４］孔梵沣.防止和减轻超长混凝土结构温度收缩裂缝的设计建议[J].宁夏机械,2008,1．