钢筋混凝土水池设计中的裂缝控制

Indust rial Const ruct ion V ol 40,Supplement,2010

工业建筑 2010年第40卷增刊

钢筋混凝土水池设计中的裂缝控制

李之雷 柏红要 赵华宁

(中冶京诚工程技术有限公司,北京 100176)

摘 要:钢筋混凝土水池的渗漏多由裂缝开始,裂缝的预防和控制,是钢筋混凝土水池设计中的要点。水池产生裂缝的原因多种多样,与设计、施工、使用过程中的诸多因素均有关联。水池设计中的裂缝控制从完整准确收集相关的基础资料开始,到采用合理的结构受力体系、准确细致的分析计算、全面可靠的结构截面设计与构造措施、对施工养护阶段的技术要求,直至复核出图,最终实现设计全过程的裂缝控制。介绍了裂缝的成因及设计中控制裂缝的方法,并结合工程实例对此进行了进一步的阐述。

关键词:裂缝;水池裂缝;裂缝预防;裂缝控制;水池设计

THE CONTROL OF C RAC KS IN THE DESIGN OF REINFORCED C ONCRETE POOLS

L i Zhilei Bai H ongy ao Zhao H uaning

(M CC Capital Eng ineer ing &Research Inco rporat ion L imited,Beijing 100176,China)

Abstract:T he leakag e of mo st reinfor ced concrete wat er pools beg ins f rom cr acks T he preventio n and contro l of t he cracks are the main po ints in the desig n o f reinfo rced co ncr et e po ol P ool cracks have a w ide var iety of causes asso ciated w ith the desig n,constructio n and a number of facto rs in use T he design of the po ol cracks contro l beg ins w ith the co llection of accurate and complete basis infor mation,to the use o f reasonable str ucture of the sy stem,accurat e and detailed analysis and calculatio ns,co mpr ehensive and reliable cross sect ion desig ns and str uctural measur es,the t echnical r equirements fo r the phase o f co nstr uction and the conservat ion,unt il a r ev iew of the plans,and ultimately the contr ol of the cracks in the who le pro cess o f design comes tr ue T his ar ticle descr ibes t he causes of the cr acks and the method to contr ol cracks in desig ns,combined w ith examples of pr ojects w hich w ere further elabo rated

Keywords:crack;cracks of w ater poo ls;pr ev ent ion of cracks;contr ol of cracks;design of w ater poo ls

第一作者:李之雷,男,1981年出生,学士。E -m ail:lizhilei@ceri com cn 收稿日期:2010 03 14

0 引 言

在钢铁厂的设计过程中经常会遇到水池,无论是炼铁、炼钢、还是轧钢、水处理等都存在水池,钢筋混凝土水池得到广泛应用,如调节池、沉淀池、滤池、沉砂池、二沉池、旋流池等。这些结构如果出现裂缝,就会对使用功能造成很大影响。如何有效地减少和防止出现裂缝,需要在工程实践中不断总结研究,进而从设计和施工上采取必要的措施加以解决。

水池产生裂缝的原因多种多样,与设计、施工、使用过程中的诸多因素均有关联。本文主要探讨在水池结构设计中如何有针对性地避免破坏性裂缝的产生,并结合工程实例阐述对相关问题的认识与可以采用的措施。

钢筋混凝土结构在受力状态下出现裂缝是一种普遍存在的现象,如混凝土因荷载作用下的拉应力、

或是温度收缩引起的拉应力等而出现的裂缝等。一

般而言,在普通的钢筋混凝土结构中要求完全避免出现裂缝,是不现实也是完全没有必要的。

为了在水池结构设计中做好裂缝控制工作,有必要先对水池中易发生破坏性裂缝的各种情况作一了解。

1 水池裂缝的成因

1.1 荷载作用造成的裂缝

当结构在外部荷载(各种恒、活载;水、土压力;地基反力等)作用下,因受力性能不足,产生了过大变形,使裂缝发生并发展为破坏性裂缝。这种由荷载作用造成的裂缝的产生,主要是由于设计时采用

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的基础资料有误或是设计中考虑不周、计算疏忽等失误造成。

对水池结构来说,荷载偏差一般容易由下列因素造成:水池在各种工况下的水位变化、空满情况、地质资料、水温及气温等各种环境参数等的基础资料有误或设计中遗漏某种极端工况;结构建模有缺陷,造成内力计算值与实际受力状况有较大偏差;设计中对一些内力和变形控制点、应力集中点把握不准,或忽视次要构件对内力分配的影响;计算不细致或漏算等。

1.2 混凝土收缩和温湿差变形造成裂缝

混凝土在其硬化期间放出的大量水化热,使得混凝土结构内部的温度不断上升,以致在结构表面引起拉应力;在其后期的降温收缩过程中,又由于受到支座及周边混凝土的约束而在混凝土结构中出现拉应力。因此,水池结构中的混凝土早期收缩裂缝主要出现在裸露表面,混凝土硬化后的收缩裂缝出现在结构件的中部附近较多。

由于环境温度的变化,会使混凝土构件产生热胀冷缩,这种由气候变化产生的温差,在水池结构设计中称为中面季节温差。而混凝土结构温度分布不均,也会在结构内产生温度应力。影响混凝土结构温度分布的外部因素包括接触媒介的温度、风速和结构方位朝向。内部因素主要有混凝土的导热系数、水化热、结构形状、是否有铺装层、结构表面颜色等[1]。此类造成混凝土结构温度应力的原因,在水池设计中一般表现为壁面温(湿)差。

中面季节温差产生的温度应力一般可通过设置伸缩变形缝或在混凝土中添加外加剂,以及采用设置加强带、后浇带等措施解决,此类方法一般还能同时消减水化热的影响。壁面温(湿)差一般由于池壁两侧接触的介质具有不同的温度和湿度,从而形成的壁面温差和湿差,使得温(湿)度较低一侧的结构受拉,从而产生裂缝。这种壁面温(湿)差应作为一种荷载作用,在结构设计中应进行相应的结构裂缝验算。

1.3 由于材料质量和构造不良造成的裂缝

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂所组成。要避免水池结构产生破坏性裂缝,混凝土用料是否适当及材料质量能否保证,起着重要的作用。因用料不当或材料质量有问题而造成的裂缝,即便经修复后能满足正常使用,但往往仍留有隐患,所以一定要注重事前的防范。

1.4 施工不当引起的裂缝

在混凝土结构浇注、构件制作、起模、运输、堆放等过程中,若施工工艺不合理、施工质量低劣,则容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生的原因而异,比较典型和常见的有:

1)水池池壁较薄。

2)预埋件未焊好止水板(环),或安装前未将锈皮及油渍清除干净。

3)固定模板的对拉螺栓(或铁丝)部位形成裂缝而致漏水。

4)钢筋施工不当形成裂缝而致漏水。

有关水池结构的节点等细部构造要求在相应的规范、规程中有规定。设计时应注意使水池结构的整体满足结构选型及布置的合理性外,同时还应保证所采用的水池结构的计算模型与水池的实际受力状态一致,这就需要通过构造措施来实现。如果设计采用的构造措施不当或缺失,就会使结构实际受力情况与计算模型不符,从而难免在结构中形成薄弱部位以致产生破坏性裂缝。

2 水池设计中的裂缝控制

根据GB50069–2002 给水排水工程构筑物结构设计规范[2]要求,裂缝控制通过抗裂度验算、裂缝开展宽度验算和构造措施来实现。

规范[2,3]推荐的裂缝宽度验算公式如下:

max=1 8 (sq/E s)(1 5c+0 11d/!te)(1+∀1)# =1 1-0 65f tk/(!te sq∀2)

式中 max!!!最大裂缝宽度,mm;

!!!裂缝间受拉钢筋不均匀系数(0 4~

1 0);

sq!!!纵向受拉钢筋应力,N/mm2;

E s!!!钢筋弹性模量,N/mm2;

c!!!混凝土保护层厚度,mm;

d!!!纵向受拉钢筋直径,mm;

!te!!!按有效受拉混凝土截面面积计算的

纵向受拉钢筋配筋率;

#!!!纵向受拉钢筋表面系数;

∀1、∀2!!!按受弯或大偏心受拉(压)情况所采

用的系数;

f tk!!!混凝土轴向抗拉强标准值,N/mm2。

设计时一般先根据强度计算结果初步确定配筋,然后进行裂缝宽度验算。在水池结构中,根据水池的盛水性质(清、污水)及其使用功能,最大裂缝宽度一般应控制在0 2mm或0 25m m。运用上述公式进行验算时,可归纳出一些在相同配筋率下有利

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