徐靜偉

[摘要]本文介紹現(xiàn)澆板早期防裂設(shè)計(jì)方法的研究現(xiàn)狀及存在問題?，F(xiàn)澆板的早期開裂是較普遍的現(xiàn)象，這也是長期困擾建筑工程技術(shù)人員的技術(shù)難題。人們積極尋求能夠有效估測開裂風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)用方法，以及控制早期開裂的措施和途徑。

[關(guān)鍵詞]現(xiàn)澆板；早期開裂；防裂設(shè)計(jì)；方法

在設(shè)計(jì)方法上，國內(nèi)相關(guān)規(guī)范、規(guī)程乃至參考書中都很難找到針對(duì)現(xiàn)澆板早期防裂具體完善的設(shè)計(jì)方法，現(xiàn)行規(guī)范也沒有計(jì)入溫度荷載的影響，工程設(shè)計(jì)人員一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或粗略估算的方法來考慮溫度收縮對(duì)此類結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響，為基于應(yīng)力的開裂評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，對(duì)結(jié)構(gòu)只做構(gòu)造上的要求。

1混凝土早期的定義

對(duì)于混凝土早期開裂問題，“早期”（EaAyage）的概念一直較為模糊，目前尚無被廣泛接受的明確統(tǒng)一的定義。參照相關(guān)專著的建議，這里對(duì)于混凝土早期開裂的研究主要是針對(duì)混凝土終凝完成至澆筑后這一時(shí)段而言。此階段具有兩個(gè)特點(diǎn)，即伴隨水泥水化過程的進(jìn)行，混凝土微觀結(jié)構(gòu)逐步形成，內(nèi)部溫、濕度場隨齡期發(fā)展變化較大，引起收縮變形、溫度變形和徐變等一系列體積變形；混凝土彈性模量隨時(shí)間而迅速增長。而早期裂縫的生成和發(fā)展，正是這些體積變形作用的結(jié)果。

2國內(nèi)外規(guī)范對(duì)于早期裂縫控制的研究現(xiàn)狀

我國在混凝土現(xiàn)澆板方面已有大量的工程實(shí)踐，并從已建工程中取得了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于現(xiàn)澆板裂縫（包括荷載裂縫和非荷載原因引起的變形裂縫）的產(chǎn)生機(jī)理和抗裂理論，國內(nèi)外已有不少研究，但主要成果（形成規(guī)范的）還是集中于荷載裂縫方面。對(duì)于早期變形裂縫（包括溫度、濕度和地基變形等引起的裂縫），現(xiàn)行規(guī)范尚缺乏這方面的反映，缺少明確的規(guī)定，甚至缺少賴以進(jìn)行定量分析的理論，使得該問題的理論研究大大滯后于工程實(shí)踐，缺乏相關(guān)的規(guī)范和規(guī)程。

世界多個(gè)國家的混凝土規(guī)范已把早期裂縫控制作為其規(guī)范的一項(xiàng)重要內(nèi)容，如美國混凝土規(guī)范（ACl318M-05），歐洲規(guī)范（Eurocode），英國混凝土規(guī)范（British Standard 8110）以及俄羅斯、新西蘭等國家的規(guī)范。各國規(guī)范對(duì)于混凝土早期開裂問題關(guān)注的程度不同，但無一例外的是國外很多規(guī)范已經(jīng)將早期開裂問題列入其規(guī)范中，并對(duì)早期開裂問題給出了定性或定量的建議，但大都是針對(duì)設(shè)計(jì)方面的規(guī)定及建議，未形成具體的規(guī)定，對(duì)很多具體的早期裂縫問題尚未能給出更深一步的方法，在設(shè)計(jì)方面尚無成熟有效的規(guī)范規(guī)定，大多僅靠經(jīng)驗(yàn)來施工。

我國現(xiàn)行規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》（GB50010-2010）對(duì)于早期裂縫防裂設(shè)計(jì)，也未給出具體的計(jì)算方法，使得設(shè)計(jì)人員多參照已建工程得到的經(jīng)驗(yàn)，一般通過設(shè)計(jì)和施工中的一些規(guī)定，如改善構(gòu)造、設(shè)置伸縮縫、加強(qiáng)施工養(yǎng)護(hù)等措施來控制，其依據(jù)主要是實(shí)際工程積累的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)缺乏相應(yīng)的理論依據(jù)。

3目前主要研究方法

目前對(duì)該問題的研究方法大致分為兩類，一類是借助數(shù)值分析方法如有限單元法展開研究，其結(jié)果較為精確，但有限元方法也存在一些不利的方面。在有限元方法中，如何正確考慮混凝土的收縮，如何考慮鋼筋的作用，這些內(nèi)容的研究目前還很不成熟，因此目前有限元方法還很難精確預(yù)測鋼筋混凝土構(gòu)件的早期裂縫。一些設(shè)計(jì)單位常利用結(jié)構(gòu)分析軟件（ANSYS，PKPM等）或采用自編有限元程序計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，來得到一些有用的結(jié)果，但應(yīng)力計(jì)算在建筑結(jié)構(gòu)中對(duì)配筋沒有指導(dǎo)作用，而且對(duì)于建筑構(gòu)造及形式復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，采用有限元計(jì)算有一定的難度，因而這種應(yīng)用推廣不是很廣泛。此外，鋼筋混凝土現(xiàn)澆板的裂縫位置絕大部分出現(xiàn)在外角，部分出現(xiàn)在梁邊和跨中，因此采用有限元方法進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算來預(yù)測裂縫位置的必要性不大，而且也不適合于不規(guī)則結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆板的早期裂縫出現(xiàn)位置的預(yù)測。因此，一種簡單、有效、實(shí)用的簡化計(jì)算方法，是廣大工程設(shè)計(jì)人員迫切需要的。

另一類是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和修正系數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算過程較為簡便，易于工程實(shí)踐。以往有關(guān)專家學(xué)者針對(duì)該問題也展開了相關(guān)研究，也提出了一些經(jīng)驗(yàn)公式。在中，王鐵夢教授利用彈性地基上一長條板均勻受力計(jì)算模型，推導(dǎo)了“連續(xù)式約束邊的長墻及地基板的溫度收縮應(yīng)力”基本公式，用于現(xiàn)澆混凝土樓板的干縮和溫度變形應(yīng)力驗(yàn)算，在國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛；其他計(jì)算方法大都是在王鐵夢所建計(jì)算模式基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，從應(yīng)力分析的角度出發(fā)，推導(dǎo)了現(xiàn)澆板溫度一收縮應(yīng)力計(jì)算的簡化公式，但在精度上存在一定誤差；提出了鋼筋混凝土樓板早期開裂計(jì)算模型，通過逐步迭代計(jì)算，但沒有考慮早期的收縮與徐變，僅為早期溫度應(yīng)力，與工程實(shí)際不吻合。上述計(jì)算方法都是基于這樣的理論標(biāo)準(zhǔn)而建立的：當(dāng)混凝土在齡期時(shí)的溫度收縮應(yīng)力超過混凝土在該齡期的抗拉強(qiáng)度，就發(fā)生開裂。

4結(jié)語

綜上所述，相關(guān)專家學(xué)者根據(jù)研究也提出了一些計(jì)算方法，但真正能夠?yàn)閷?shí)際工程設(shè)計(jì)所用的并不多，而且計(jì)算過程復(fù)雜，計(jì)算結(jié)果也較為粗糙?；谝陨显?，探明現(xiàn)澆板早期開裂機(jī)理，更新評(píng)價(jià)和預(yù)測現(xiàn)澆板早期開裂風(fēng)險(xiǎn)的方法，成為十分必要和急迫的問題。endprint