框架结构承重构件的常见裂缝及加固处理

框架结构承重构件的常见裂缝及加固处理
聂淑华，翟爱良，刘春伟
（山东农业大学水利土木工程学院，山东泰安271018）
摘要：在分析框架结构钢筋混凝土梁板裂缝的原因、性质和裂缝控制原则的基础上，有针对性地提出了框架结构主要承重构件裂缝控制的具体构造措施及建议，对加固设计、补强施工等方面做出一些总结，为认识框架结构物裂缝及对安全隐患的裂缝的处理提供参考。

关键词：裂缝；钢筋混凝土板；框架结构；框架梁
中图分类号：TU745 文献标识码：A 文章编号：1000-2324（2006）01-0079-04
收稿日期：2005-05-25
作者简介：聂淑华（1962- ），女，实验师，从事土木工程实验教学及管理．
REINFORCING AND FAMILIAR CRACK OF THE BEARING MEMBER IN FRAME STRUCTURE
NIE Shu-hua，ZHAI Ai-liang，LIU Chun-wei
（College of Water Conservancy and Civil Engineering，Shandong Agricultural University，
Taian 271018，China）
Abstract：By analyzing the reason that cause the concrete crack、the character and the controlled crack principle of the reinforce concrete beam or plank in frame structure，some idiographic measures and suggestions about controlled crack of the bearing member in frame structure were put forward，and a summary about reinforce design and reinforce construction was made.It give a reference about the crack of frame structure and the hidden danger crack disposal.
Key words：Crack，Reinforce concrete plank，Frame structure，Frame beam
1 概述
框架结构是目前我国工业与民用建筑中应用最为广泛的结构形式，其中较大一部分建筑物设计时采用结构设计规范为T74规范，建成使用至今已多年，目前发现一些重要的承重构件如框架梁、楼板等出现裂缝，有的构件在构造方面不能满足结构抗震要求。

结构的破坏大多是从裂缝的扩展开始的，所以人们对裂缝往往产生一种破坏前的恐惧感。

从固体强度理论的发展可以看到裂缝的扩展是结构物破坏的初始阶段，结构的承载能力将受到一定的威胁，且结构的持久强度也会降低。

为了保证建筑物的使用安全，应对开裂结构进行结构安全性检测监定，搞清板及梁裂纹为非结构受力引起的裂缝，还是承载力不足引起的结构裂缝，结构
楼板和框架梁裂缝宽度是否已超过正常使用允许范围，影响到结构使用功能，通过采取适当的加固措施，消除结构存在安全隐患。

2 裂缝的分布及原因分析
经过现场勘测和近年来的工程实践，裂纹分布基本情况为：
2．1 框架梁竖向裂缝
竖向裂纹主要集中在屋面梁中，裂纹基本垂直轴线且相互平行，裂纹宽度在梁中间部分大，两端逐渐缩小且在梁底主筋位置上方和梁顶主筋位置下方基本闭合，裂缝宽度一般为0.05~0.28mm。

导致结构构件裂缝的主要原因是对于非结构受力引起的竖向裂纹，主要是因为框架结构外露时间过长，温差变化大引起的结构构件收缩和膨胀，在其内部形成约束应力而产生裂缝，即模箍作用效应，其机理是由于被约束体的变形受到约束体的约束作用，形成约束应力裂缝。

在钢筋混凝土结构构件中，钢筋对混凝土的收缩引起的约束应力作用，但当裂缝形成时，钢筋又起了约束裂缝形成和扩展的阴力作用，同时框架梁外露的两侧面在高温条件下，混凝土内部迅速发生变形而模板包裹着的梁底面而受温度变化影响较小，从而加速了大梁“模作用”效应，使现浇框架梁板处在一个较大的约束变形体系中。

2．2 框架梁斜向裂缝
斜裂纹主要分布在梁端部和次梁作用处，在梁底主筋位置上方和梁顶主盘位置下方基本闭合，最大裂纹宽度为0.28mm。

对于梁端部由于抗剪强度不够引起的斜裂纹，主要是因为剪应力和收缩应力共同作用下所产生的主控应力超过混凝土的抗拉强度所致。

通常是由于施工过程中梁端部和集中荷载处梁体加密箍筋布置不满足设计要求，箍筋未按设计要求留设和混凝土强度等级达不到设计要求所造成的。

2．3 现浇混凝土板裂缝
2.3.1 板表面收缩裂缝在楼板表面出分布不规则，成龟裂形状的裂缝，缝宽度较小，一般为0.05mm～0.2mm。

这种裂缝为收缩裂缝，多发生在现浇板浇筑后的前期，约在混凝土浇筑成型终凝后2h至7d。

其原因是：混凝土结硬过程的前期，产生大量水化热，强度增长快，混凝土水灰比大及养护不良，快速失水，收缩变形过大。

在支承板的四角处，如果板的边缘受到约束，则出现与板边呈45°的一系列平行裂缝(见图1)，或在梁式板的中部出现一条贯通裂缝。

这种裂缝宽度较小，属收缩裂缝而非受力裂缝，一般出现在现浇板混凝土的后期。

由于板收缩变形过大，而板角附近的梁、墙相对刚度大，约束了板的自由收缩，从而形成与板边成45°角的斜裂缝。

图1 支承板四角处裂缝
Fig．1 The crack of supporting plank quadrilateral
预防上述裂缝的措施是控制好混凝土的水灰比，掺加适量减水剂降低单位用水量，以提高混凝土的密实性；加强保温保湿养护。

上述裂缝较细，一般不影响结构安全或正常使用，可不处理，也可用环氧树脂或砂浆进行表面涂刷。

2.3.2 沿板支座纵向裂缝在混凝土板支座上表面出现沿支座长度方向的纵向裂缝。

原因是：在混凝土浇捣过程中，板支座负钢筋数量不足，各工种交叉作业，将负钢筋踩踏下沿而没有修复纠正，使板的负筋不能有效抵抗支座负弯矩的作用。

另一种可能的原因是因周转材料不足,拆模过早没有按规定恢复局部支模，或因赶进度，在混凝土早期强度还较低时，过早上料堆砖，进行下一道工序，使其产生过大变形，在跨中产生开裂的同时，在板支座上表面还出现纵向裂缝。

预防该裂缝的措施是：加强混凝土的浇灌捣制工作，严禁在现浇混凝土过程中乱踩乱踏钢筋，确保板支座负钢筋位置的准确性。

严格控制现浇板的拆模时间，在拆模之前应检验混凝土的抗压强度，达到规定标准后方可拆模。

2.3.3 沿埋设电线套管分布裂缝在使用PVC管代替钢管埋设在其中的现浇混凝土板底，产生沿电线套管埋设方向的分布裂缝，裂缝一般较短且与管长度方向大体垂直，缝间隔较为均匀。

裂缝产生原因是：PVC管的存在削弱了板的有效截面；PVC管与混凝土的粘结效果较差且与混凝土的温度线膨胀系数不一致。

预防该裂缝的措施是：PVC管的位置设置在混凝土板底层钢筋网之上，上部负钢筋之下，尽量平行于板支座的短边方向，禁止随意乱放。

施工时应沿PVC
管位置上下埋设400mm宽钢筋网片，同时进行混凝土补强处理，提高埋设管附近混凝土的抗拉强度。

2．4 梁板构件的结构裂缝
由于设计、施工或使用的原因，如楼板厚度减少导致抗弯承载力不足，引起板底裂缝，框架梁由于纵筋或腹筋配置不当，抗弯、抗剪承载力不足而造成的跨中附近竖向裂缝或支座附近的斜向裂缝。

除了框架结构承重构件的这些常见裂缝外，由于某些地区的抗震设防烈度提高和国家有关规范修改，可能会使部分构件在构造方面不满足结构搞震要求，如框架梁梁端箍筋配置不满足现行规范最小配箍率要求，部分框架柱轴压比超过现行规范规定等。

也会使框架结构在安全性、使用性和耐久性能方面存在一定问题，只要这些问题并未对结构整体安全构成破坏性影响，则具有可修复性。

可通过合理的加固措施加以解决。

3 框加结构的加固设计
3．1 多种加固方案的选择比较
我国混凝土结构加固较常使用的方法较多，目前主要有普通混凝土加大截面加固、粘钢结构加固和粘贴碳素纤维加固三种方案，现对常见三种加固方案比较如下表。

表1 三种加固方案比较表
Table 1 Three kinds of reinforcing project comparison
从上述对比可以看出，碳素纤维加固方法除在工程造价和施工难度方面高于其它二种加固方法外，在施工工期、施工环境、施工占地、对设备运行影响和对外部环境影响等方面都具有绝对的优势。

但实际工程自身特点、使用条件及环境各不相同，方案的选取应综合考虑经济因素、环境因素等影响后确定。

3．2 加固设计
3.2.1 框架柱加固处理粘贴碳素纤维：如部分框架柱轴压比超过现行规范规定,可根据碳纤维布有关试验结果，框架柱经碳纤维布缠绕加固后，增加柱混凝土侧
向约束，有效提高构件在地震荷载作用下的变形性能。

通常对框架加固设计采用粘贴2～3层碳素纤维布（满布）。

普通混凝土加大截面：根据现场实际情况和施工条件，采取在原柱的四周加包80～100mm厚、混凝土强度等级为C25～C35的钢筋混凝土，以增强该区域内框架柱承载能力。

3.2.2 框架梁加固处理梁支座附近斜裂纹的处理，对于梁上支座附近和集中荷载作用处的斜裂纹，如果是因为梁体抗剪承载力不足引起构件抗剪承载力降低，加固设计主要是解决如何提高构件抗剪承载力的问题，可采取结构胶粘巾钢板剪力箍的方法进行处理，钢板表面抹1∶3水泥浆20厚。

如框架主梁端部箍筋配置情况不能满足现行规范最小配箍率要求，加固设计时也可采用梁端粘贴U型碳纤维布提高构件抗剪能力。

3.2.3 框架楼板加固如果楼板由于楼板厚度减少导致跨中抗弯承载力不足，加固设计时可采用板底粘贴碳纤维布提高楼板的抗弯承载力。

对由于温度收缩、碳化等原因引起的楼板非结构垂直裂纹的处理，一般对结构的承载力无影响，加固可仅采用结构胶灌注剂加压注入裂缝，进行封闭处理。

3．3 加固施工技术要求
3.3.1 粘贴碳纤维加固施工混凝土层表层现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除，对于较大面积的劣质层在凿除后应用聚合物水泥砂浆进行修复。

裂缝部分如有必要应首先进行封闭处理。

用混凝土角磨机、砂纸等工具去除混凝土表面的浮浆、油污等杂质，柱面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，转有粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状(R≥10mm)。

用吹风机将混凝土表面清理干净并保持干燥。

用滚筒刷均匀涂抹；于混凝土表面，等胶固化后(固化时间视现场气温而定，以指触干燥为准)，再进行下一步施工。

混凝土表面凹陷部位要填平，模板接头等出现高度差的部位应填补，尽量减少高度差。

转角的处理也应修补为光滑的圆弧，半径不小于10mm。

按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，除非特殊要求，碳纤维布长度一般应在3m之内。

调配、搅拌粘贴树脂，然后均匀涂抹于所要粘贴的部位，在混凝土：搭接、拐角等部位要多涂抹一些。

粘贴碳纤维布，用特制的滚子反复沿纤维的方向滚压，去除气泡，外使粘贴树脂充分浸透碳纤维布。

最后在碳纤维布的表面均匀涂抹粘贴树脂。

3.3.2 粘贴钢板法加固施工因原柱混凝土保护层表面强度一般较低，故应凿混凝土保护层，新旧混凝土结合部位的表面应凿毛，并沿柱高方向每隔500mm的间距凿出15～20mm的凹糟，形成剪力键，新增柱纵向钢筋与原柱纵向钢筋用直径不小于20mm的钢筋焊接牢固，间距与剪力键间距相同。

为了加强新老混凝土的粘结，除按前面所述的混凝土柱子表面做些处理，即凿成凹槽、清除松动石子等措施，以增大新旧混凝土咬合力，还可在混凝土中加入8％～10％的UEA明矾石膨胀剂，以补偿收缩、加大新旧混凝土之间的摩擦力。

柱的加固顺序自下而上。

3.3.3 普通混凝土加大截面法加固施工粘钢加固一般应按以下工艺过程进行：
混凝土和钢板表面打磨、去尘处理→胶粘剂配制→涂胶粘剂→粘贴→固定、加压→固化→卸压、检验
粘贴钢板前先用钢丝刷除去表面松浮物，用砂轮机打平后用吹风机吹净灰尘，然后用脱脂棉蘸酒精洗净表面。

钢板表面先用砂轮机打磨一遍，再用砂布手磨一下，直至出现金属光泽，然后用脱脂棉蘸酒精拭干净。

JGN 胶粘剂为甲、乙两组份，使用时配比为A:B=1:4，用天平称出后立即搅拌，直至均匀为止。

胶粘剂配制好后，先用抹刀在已处理好的混凝土表面涂一层胶，用刮刀来回刮几次，使得胶能塞满孔隙，然后再涂一层胶，约1.5mm厚（中间厚，两边薄）。

将钢板铺在上面，用力挤压一遍，确保粘贴密实。

最后用粘土砖加压，压力在0.06MPa，胶液刚刚从钢板边缝挤压出。

粘贴后在常温下固化24h，然后才拆除加压荷载。

4 结束语
作为已有结构的加固设计与普通建筑设计不同，在进行加固设计之前，应对要加固框架结构的施工质量(如构件混凝土强度、配筋状况等)和结构适用状况(如结构裂缝、使用荷载情况等)进行了全面，详细的检测工作，为加固设计提供了可靠的科学依据，从而使设计人员在确定加固范围和加固方法时有的放矢，减少不必要的加固构件选择。

对一些重要的框架工程，加固施工不能影响建筑物的正常使用。

同时要求加固施工不能对外界环境产生不利影响。

设计人员应多方论证选择，充分利用新材料，使施工周期缩短，对结构正常使用和对外界环境的影响减少至最低，以取得良好的社会、经济效益。

参考文献
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