用预应力控制混凝土楼板非荷载裂缝的试验方法.pdf

： 。 。 第4 3 卷第3 期 2 0 1 2 年3 月 Vo 1 4 3 No 3 Ma r 2 01 2 用预应力控制混凝土楼板非荷载裂缝的试验方法 杨艳敏 ，李广景2 ( 1 吉林建 筑工程学院 ， 1 3 0 1 1 8 ， 长春 ； 2 与B 城 市拓维 开发 区建筑设计院 ， 2 7 3 5 o 0 ， 山东邹城 ) 摘 要 ： 采用现浇钢 筋混凝土楼板 的住宅 ， 顶层经常发生非荷载裂缝 。通过对现行规范及试验方法 的分析 ， 提出采用先张法对楼板部分受力钢 筋施加预应力 ， 可有效控制楼板的非荷载裂缝。 介绍试验方法和装置 ， 试验结 果证明 ， 这一技术能有效提高楼板的抗裂性能。 关键词 ： 混凝土楼板 ； 非荷载裂缝 ； 预应力 中图分类号 ： T U3 7 5 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 2) 0 3 0 2 4 8 0 3 TEST M THoD FoR CoNTRoL oF NoNLoAD CRACK oN CoNCRETE FLooR BY USD G PRESTRE SS D G Y A N G Y a n mi n L I Gu a n g - j i n g ( 1 J i l i n I n s t i t u t e o f A r c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r i n g ， 1 3 0 1 1 8 ，C h a n g c h u n C h i n a ；2 Z o u e h e n g T u o we i D e v e l o p me n t Z o n e A r c h i t e c t u r e D e s i g n I n s t i t u t e ， 2 7 3 5 0 0 ， Z o u c h e n g ，S h a n d o n g ，C h i n a ) Abs t r a c t ：No n l o a d c r a c k u s u a l l y a p p e a r s o n t o p fl o o r o f r e s i d e n t i al b u i l d i n g a d o p t i n g c a s t i n -p l a c e r e i n - f o r c e d c o n c r e t e flo o r A f t e r a n a l y s i s o n c u r r e n t a p p l i c a b l e s p e c i fi c a t i o n s a n d t e s t me t h o d s ， i t i s p r o p o s e d t o u s e p r e t e n s i o n i n g me t h o d t o p r e s t r e s s p a r t i a l flo o r r e i n f o r c e me n t b e a r i n g l o a d t o e ff e c t i v e l y c o n t r o l n o n- l o a d c r a c k o n flo o r T e s t me t ho d a n d t e s t d e v i c e s a l e i n t r o d u c e dT e s t r e s u l t p r o v e s t h a t t h i s t e c h n i q u e c a n e ff e c t i v e l y i m p r o v e t h e c r a c k r e s i s t an c e o f flo o r Ke y wo r d s ：c o n c r e t e flo o r ；n o n l o a d c r a c k；p r e s t r e s s i n g 目前现 浇混凝土楼板由温度收缩应力等引起 的非 荷载裂缝频频 出现。A C I 9 5 及我国现行混凝 土结构设 计规范对现 浇楼板裂缝均采取构造措施加以控制 ， 主 要依据实际工程经验。本文探讨用预压应力控制混凝 土楼板 因非荷载引起的裂缝 ，即对普通受力钢筋施加 预压应力， 以达到控制楼板裂缝 的目的。 混凝土裂缝的产生具有时间过程 ，因此对楼板裂 缝 的研究试验周期和设备 占用时间长 ， 试件尺寸大 ， 不 利于全面 、 快捷地进行裂缝研究 ， 导致楼板裂缝研究大 多仍停留在定性阶段 ，缺乏量化指导和快捷 的评估手 段 ， 限制了对其进行深入研究 。 本文采用平板法进行裂 缝试验研究 ，其优点是能形象地反映混凝土裂缝随龄 期的发展变化 l J ， 采用 自行设计 的模型试验装置 ， 既可 达到试验 目的 ， 又缩短 了试验周期 ， 且试验装置可重复 利用 评估手段快捷 。 1 用预压应 力控制楼板裂缝试验 方案设计 1 1 总体 思 路 钢筋混凝土结构裂缝 的控制应遵循“ 抗 ” 和 “ 放 ” 相 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 1 0 3 0 基金项 目： 校青年科技发展基金项 目02 0 0 9 1 1 0 7 ) 作者 简 介 ： 杨 艳敏 ( 1 9 6 9 一) ， 女 ， 吉 林 白城 人 ， 副教 授 ， 硕 士 ， e ma i l y y ml y q 1 63 e o m 结合的原则， 为控制住宅楼板因温度、 收缩等引起 的变 形裂缝 ， 本文从 “ 抗 ” 出发 ， 对混凝 土施加预压应力 ， 提 高混凝土的抗拉强度 ， 以减少其极限拉伸变形 。 利用先张法施工工艺 ， 对部分受力钢筋 ( HR B 4 0 0 ) 进行张拉 。 再浇筑混凝土 ， 放张后 由于预应力钢筋的弹 性回缩对混凝土施加预压应力 ，该应力能抵消混凝土 由温差和收缩产生的拉应力， 以减小结构 的主拉应力 ， 最大限度地使混凝土早期裂缝闭合并减少后期裂缝 的 产生 。 为形成较大的预压应力， 预应力筋置于中和轴或 核心混凝土区域 ，放张后在全截面产生均匀压应力以 抵消部分温度及收缩变形。 1 2 试件制作及试验装置设计 为探讨普通钢筋、 预应力钢筋对楼板裂缝 的影响， 并便于进行研究 ， 本试验均考虑单方向张拉 。 共制作试 件6 个 ， 板尺寸1 0 0 0m m 6 0 0 m mx 7 0 m m( 表1 ) 。 在太阳辐射作用下 ，顶层楼板 的变形不是完全 自 由的，而是受到圈梁或墙体的约束。由于楼板与圈梁 ( 墙体) 都是弹性可变形的， 因此楼板是部分变形 ， 即不 完全 自由变形 。 为弹性约束。 试验装置如图1 所示， 本次 试件采用单 向约束 ， 每个支座用1 6 ( ) 8 螺栓 ， 约束分2 层 布置 ， 张拉端钢板厚2 0 mm， 其他钢板厚 1 0 mm， 在板底 铺设砂垫层 。 使其可自由变形 ， 以减少结构所受到的约 束。试验图片见图2 ， 3 。 2 0 1 2 年 3 月 杨艳敏 ， 等 ： 用预应力控制混凝土楼板非荷载裂缝 的试验方法 2 4 9 表1 试件设计 试件 编号 预应力筋 普 通配 筋 混凝土强度 等级 B1 6 2o 0 C2 5 B2 中1 2 1 5 0 中6 2 o o C2 5 B3 中1 0 1 5 0 中6 2 0 o C2 5 B 4 中1 O 1 5 0 嘶 1 o o C2 5 B 5 中6 1 0 o C 2 5 B 6 C2 5 ( b) 图1 试验设计装置图 ( a ) 正立面 ； ( b ) 1 1 剖面 图2约束 螺栓 图3 施加预应力 1 3 试验 方 法 钢筋混凝土的早期收缩和终凝前的收缩及温度应 力 ， 是近年大量工程现场开裂的原因回 。且混凝土对早 期的损伤具有“ 记忆 ” 功能 ， 早期出现的表面裂缝会严 重影响后期的耐久性能3 。因此 ， 本试验采用加快混凝 土失水速度的方法 ， 考察混凝土开裂情况 ， 客观反映混 凝土的长期抗裂性能。 目前常用平板法试验 ， 平板法简单易行 ， 试验条件 稳定， 试验环境温度为3 0 3 o C ， 相对湿度为4 0 5 ， 距 试件0 8 m上方用1 0 0 0 W碘钨灯 向表面加热 ， 风扇产生 约5 m s 的风速经过混凝土表面 。 在浇筑混凝土后2 h 开 始照射3 d ， 记录裂缝情况。利用平板法主要基于以下 考虑 ： 可真实反映太阳辐射 、 风等不利因素对楼板早期 裂缝的影响 ； 可加速混凝土裂缝的产生 ， 利于研究施加 预应力对裂缝宽度 、 深度 的定量影响 ， 可间接评价混凝 土的长期抗裂性能。 1 4 观 测 方案设 计 ( 1 )采用HR B 4 0 0 高强钢筋作为预应力钢筋 ， 中1 0 和 l 2 两种直径 ， 利用螺丝端杆锚具固定 。两端套扣 ， 张拉值通过粘贴在预应力钢筋上的应变 片读数确定 ， 用扭矩扳手拧紧螺母。 ( 2 )每根钢筋施加 1 5 2 4k N的拉力 ， 预应力1 4 3 2 2 9 M P a。 ( 3 )用回弹仪检测混凝土强度 ，待达到设计强度 的7 0 后放张预应力钢筋 ， 观测其裂缝变化 。 ( 4 )在混凝土上贴薄铅片 ， 在铅片两端用螺丝钉 ( 长度 小于板厚 ) 锚人 刚浇 筑的混凝土 内 ， 薄铅 片会 与 混凝土共 同变 形 ， 测量 混凝土终 凝前收 缩值( 图 4) 。 图4混凝土应变测量 ( 5 )布置测温元件 ， 因板厚7 0 mm， 未考虑板 上下 表面温度梯度 ， 只在近板顶面布置测温元件 。 ( 6 )约束螺栓布置应变片 ， 观测其应力变化 ， 最后 放松约束螺栓 。 ( 7 )试验结束前 ， 观测裂缝的闭合情况 ， 用超声波 测试裂缝深度。 2 试验 结果及 分析 用预压应力控制混凝土楼板非荷载引起 的裂缝 ， 评价 的主要指标是混凝土裂缝的宽度及深度 。通过裂 缝宽度及深度的定量测试反映该方法的控制效果。 2 1混凝 土裂 缝 宽度 放张前混凝土已产生温度、 收缩裂缝 ， 放张后预应 力钢筋回缩 ， 对混凝土产生预压应力 ， 已有的裂缝宽度 减小 ， 可见裂缝宽度测量是本项 目的一项重要指标 ， 它 能够较全面准确地 反映该法对裂缝控制的效果 。利用 裂缝测宽仪测量张拉前后裂缝宽度的变化情况 ，结果 见表2 。 2 2混凝 土裂 缝深 度 在裂缝闭合的同时， 裂缝深度也有所体现 。 用超声 2 5 0 建筑技术 第 4 3卷第 3期 表2 裂缝宽度测试值 m m 3 设计及 施工建议 裂缝宽度 试件 编号 裂缝闭合 放 张前 放张后 B1 O2 6 O 2 6 O B2 O 1 9 OO 7 0 1 2 B3 O 1 8 0 1 O O O 8 B4 O 1 5 Oo 6 O 0 9 B5 O 1 6 O 1 6 O B6 0 3 4 03 4 O 表3 裂缝深 度测试值 mm 试件编号 测点数 间隔 缝深 B1 3 5 0 5 2 3 B2 3 5O 3 5 9 B3 3 5O 45 6 B4 3 5O 3 1 6 B5 3 5 0 4 6 4 B6 3 5 0 5 6 9 波分析仪检测混凝土裂缝深度 ， 测试采用单面平测法 ， 为保证测试精度 ， 换能器与钢筋轴线夹角4 5 。 。通过测 量声时计算裂缝深度 ， 结果见表3 。 2 3 试 验 结果 分析 ( 1 11 由于混凝 土为非均质和非各 向同性 材料 ， 裂 缝的分布位置具有随机性。 ( 2 )构 件 端部 必要 的粘 结 力传 递 长度 是先 张 法构件 建 立的压 应 力条件【 4 】 ， 距 端部传 递 长度 范 围 外 ，预 应 力钢 筋 的拉应 力 及混 凝 土 的压应 力保 持 不变 ，因 此裂 缝在 远 离构 件端 部 传递 长度 以外 闭 合较 大 。 ( 3 )普通钢筋一定 ，施加的预应力数值对控制裂 缝宽度有影响 ， 张拉值越大 ， 放张后裂缝闭合越大 。如 B 2 及B 3 试件 。 ( 4 )预应力钢筋一定 ， 普通钢筋间距越小 ， 裂缝深 度越小 。 ( 5 )钢 筋 的作用 是辅 助混凝 土抗 拉并传 递拉 应 力 ， 使裂缝分布均匀化和减小裂缝宽度 ， 例如未设置钢 筋的B 6 试件 ， 其裂缝深度 和宽度均较大 ， 即普通钢 筋 对板的裂缝分布及扩展起到了有效的调节作用。 ( 6 )板中部收缩应力最大 ，因此出现 了平行于板 短边 的收缩裂缝 ，但预应力筋放张后裂缝有较大 的闭 合 。 ( 1 )预应力钢 筋可采用H R B 4 0 0 高强钢筋 ， 张拉值 通过扭矩扳手读数确定 ， 利用螺丝端杆锚具固定。 ( 2 )根据所 需平衡的温度及收缩应力计算需要施 加预应力的钢筋数量及钢筋拉力。 ( 3 )由于先 张法须经传递 长度 的粘结 力积 累 ， 混 凝土中方可建立预压应力 ，因此粘结力传递长度须满 足 混凝土结构设计规范 ( G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) 的要求。 ( 4 )张拉端钢板须满足强度 、刚度要求并进行承 载力验算 。 ( 5 )预应力钢筋采用螺纹套 筒或焊接连接 ，保 证 连接处可传递预加荷载。 f 6 )施工 时先 张拉板 边竖 向构件 附近 的预 应力 筋 ， 后 张 拉板 中 的预 应 力筋 ， 更 利于 平均 预 压 力 的 建 立 5 1 。 ( 7 )建议施工顺序 ： 为张拉预应力钢筋 ， 并拧 紧螺 母 拧紧约束螺栓螺母一浇筑混凝土 ，并立即将在铅 片上贴 的应变片就位 待混凝土强 度达到设计值 的 7 0 后放张预应力钢筋 待预应力钢筋 、混凝土应变 值稳定后放松约束螺母。 4结 语 ( 1 )本试验利用先张法对普通受力钢筋施加 预应 力 ， 通过测量裂缝宽度 、 深度定量地分析了该方法的抗 裂性能。 ( 2 )采用平板法进行试验研究 ，可快速便捷地获 得试验结果 ， 试验装置可重复使用。 ( 3 )有资料认为 ，混凝 土终凝前的收缩 为不可检 测 内容。本试验表明 ，利用柔软 的重金属良好的展性 f 如金属铅1 作为传递 应变的介质 ， 并在其上粘贴应变 片可以测量混凝土的早期收缩应变 ， 其效果较好 。 ( 4 1控制楼板因温度收缩等非荷 载引起 的裂缝 ， 目前多数文献是从材料 、 施工角度出发进行研究 ， 而采 用预压应力控制混凝土楼板非荷载 裂缝技 术概念 明 确 、 施工便捷 、 效果明显。 参考文献 【 1 】 郑 翥鹏 ， 郑建岚 平板 法试 验研究高强与高性 能混凝土抗裂性 能叨 厦门大学学报 ( 自然科学版 ) ， 2 0 0 6 ( 2 ) ： 2 1 1 f 2 王铁 梦 工程 结构裂缝控 制【 M】 北京 ： 中国建 筑工业出版社 ， 2 0 0 7 【 3 】 郑建 岚 ， 罗素蓉 ， 胡晓凌 泵送高流态混凝 土抗裂性 能试 验研究【 M】 北京 ： 化学工业出版社 2 0 0 6 4 】 叶 列平 混凝土结构 M】 北京 ： 清华大学 出版社 ， 2 0 0 6 5 】 吴建虹 ， 田华峰 ， 余 智敏 ， 等 对受竖 向构件约 束的预应力混凝 土楼 板平均预压应 力的研究 J 1 建筑技术 ， 2 0 0 2 ( 1 2 ) ： 8 9 4