现浇板早期防裂设计方法研究现状

徐静伟

[摘要]本文介绍现浇板早期防裂设计方法的研究现状及存在问题。现浇板的早期开裂是较普遍的现象，这也是长期困扰建筑工程技术人员的技术难题。人们积极寻求能够有效估测开裂风险的实用方法，以及控制早期开裂的措施和途径。

[关键词]现浇板；早期开裂；防裂设计；方法

在设计方法上，国内相关规范、规程乃至参考书中都很难找到针对现浇板早期防裂具体完善的设计方法，现行规范也没有计入温度荷载的影响，工程设计人员一般根据经验或粗略估算的方法来考虑温度收缩对此类结构应力的影响，为基于应力的开裂评价准则，对结构只做构造上的要求。

1混凝土早期的定义

对于混凝土早期开裂问题，“早期”（EaAyage）的概念一直较为模糊，目前尚无被广泛接受的明确统一的定义。参照相关专著的建议，这里对于混凝土早期开裂的研究主要是针对混凝土终凝完成至浇筑后这一时段而言。此阶段具有两个特点，即伴随水泥水化过程的进行，混凝土微观结构逐步形成，内部温、湿度场随龄期发展变化较大，引起收缩变形、温度变形和徐变等一系列体积变形；混凝土弹性模量随时间而迅速增长。而早期裂缝的生成和发展，正是这些体积变形作用的结果。

2国内外规范对于早期裂缝控制的研究现状

我国在混凝土现浇板方面已有大量的工程实践，并从已建工程中取得了许多宝贵经验，对于现浇板裂缝（包括荷载裂缝和非荷载原因引起的变形裂缝）的产生机理和抗裂理论，国内外已有不少研究，但主要成果（形成规范的）还是集中于荷载裂缝方面。对于早期变形裂缝（包括温度、湿度和地基变形等引起的裂缝），现行规范尚缺乏这方面的反映，缺少明确的规定，甚至缺少赖以进行定量分析的理论，使得该问题的理论研究大大滞后于工程实践，缺乏相关的规范和规程。

世界多个国家的混凝土规范已把早期裂缝控制作为其规范的一项重要内容，如美国混凝土规范（ACl318M-05），欧洲规范（Eurocode），英国混凝土规范（British Standard 8110）以及俄罗斯、新西兰等国家的规范。各国规范对于混凝土早期开裂问题关注的程度不同，但无一例外的是国外很多规范已经将早期开裂问题列入其规范中，并对早期开裂问题给出了定性或定量的建议，但大都是针对设计方面的规定及建议，未形成具体的规定，对很多具体的早期裂缝问题尚未能给出更深一步的方法，在设计方面尚无成熟有效的规范规定，大多仅靠经验来施工。

我国现行规范《混凝土结构设计》（GB50010-2010）对于早期裂缝防裂设计，也未给出具体的计算方法，使得设计人员多参照已建工程得到的经验，一般通过设计和施工中的一些规定，如改善构造、设置伸缩缝、加强施工养护等措施来控制，其依据主要是实际工程积累的经验，设计缺乏相应的理论依据。

3目前主要研究方法

目前对该问题的研究方法大致分为两类，一类是借助数值分析方法如有限单元法展开研究，其结果较为精确，但有限元方法也存在一些不利的方面。在有限元方法中，如何正确考虑混凝土的收缩，如何考虑钢筋的作用，这些内容的研究目前还很不成熟，因此目前有限元方法还很难精确预测钢筋混凝土构件的早期裂缝。一些设计单位常利用结构分析软件（ANSYS，PKPM等）或采用自编有限元程序计算结构内力，来得到一些有用的结果，但应力计算在建筑结构中对配筋没有指导作用，而且对于建筑构造及形式复杂的结构，采用有限元计算有一定的难度，因而这种应用推广不是很广泛。此外，钢筋混凝土现浇板的裂缝位置绝大部分出现在外角，部分出现在梁边和跨中，因此采用有限元方法进行复杂计算来预测裂缝位置的必要性不大，而且也不适合于不规则结构现浇板的早期裂缝出现位置的预测。因此，一种简单、有效、实用的简化计算方法，是广大工程设计人员迫切需要的。

另一类是依据经验公式和修正系数进行计算分析，计算过程较为简便，易于工程实践。以往有关专家学者针对该问题也展开了相关研究，也提出了一些经验公式。在中，王铁梦教授利用弹性地基上一长条板均匀受力计算模型，推导了“连续式约束边的长墙及地基板的温度收缩应力”基本公式，用于现浇混凝土楼板的干缩和温度变形应力验算，在国内应用较为广泛；其他计算方法大都是在王铁梦所建计算模式基础上进行的改进，从应力分析的角度出发，推导了现浇板温度一收缩应力计算的简化公式，但在精度上存在一定误差；提出了钢筋混凝土楼板早期开裂计算模型，通过逐步迭代计算，但没有考虑早期的收缩与徐变，仅为早期温度应力，与工程实际不吻合。上述计算方法都是基于这样的理论标准而建立的：当混凝土在龄期时的温度收缩应力超过混凝土在该龄期的抗拉强度，就发生开裂。

4结语

综上所述，相关专家学者根据研究也提出了一些计算方法，但真正能够为实际工程設计所用的并不多，而且计算过程复杂，计算结果也较为粗糙。基于以上原因，探明现浇板早期开裂机理，更新评价和预测现浇板早期开裂风险的方法，成为十分必要和急迫的问题。endprint