第三章 结构裂损(缝)机理

1第三章结构裂损(缝)机理第一节结构裂缝与工程事故之间的关系一、体温失常和结构裂缝人体的健康状态，大多从体温变化上反应出来。体温高低异常，一定是病的征兆。结构安全方面是否存在问题?就必须先从结构的变形和裂缝检查开始。结构存在裂缝，就是工程有问题，就是可能出现事故的预兆。二、疾病诊断和裂缝检测疾病诊断，要及时。不能及时提前把疾病诊断出来，把病情控制、消除在其早期初发阶段，而是等病情爆发，治疗难度就大了，需要付出的代价就高了。2•而对于细小裂缝，预见到其发展趋势和安危状态，并及时采取措施，将事故隐患消除于萌芽状态。这就是研究结构裂缝机理的目的。如果对结构裂缝采取视而不见的态度，任其发展，则很可能在一夜之间，构成工程倒塌事故，造成人们生命财产的巨大损失。•三、结构裂缝与工程事故•结构裂缝从其微裂现象开始，逐渐发育拓展，引起构件损伤、结构变形、体系失稳，最后发展到工程坍毁。•第二节结构裂缝定义及其研究范围•一、定义•是指组成材料的分子结构(微观结构)之间具有足够的黏附力、咬合力和内聚力。由于某种外力或内力的破3•坏作用，导致结构材料分子之间的黏附力、咬合力和内聚力降低或消失，而使材料分子之间沿一定的界面线互相分离，这条分离线或分离界面即成为结构裂缝。•二、范围•结构裂缝，仅对于砖混结构裂缝和钢筋混凝土结构裂缝，尤其是以钢筋混凝土结构为主体来进行讨论，暂不涉及钢结构裂缝、塑纤结构裂缝和薄膜结构裂缝等新内容。•第三节结构裂缝机理•一、裂缝部位•随着裂缝所在建筑结构上部位的不同，其开裂机理的不同，产生的原因和后果也不同。4•(1)基础裂缝。分布在独立基础上、条形基础上、筏板基础上或箱型基础上，多因地基沉降不均引起。以筏板上出现的贯通裂缝危险性为最大。•(2)墙面裂缝。分砖墙裂缝、剪力墙裂缝、填充墙裂缝等不同情况。•(3)柱身裂缝。分水平裂缝与纵长裂缝等情况，以纵长裂缝危险性为最大，而水平裂缝出现的几率较高。•(4)梁身裂缝。分梁底面裂缝、梁侧面裂缝、梁端倾斜缝等几种情况，以梁端倾斜裂缝危险性为最大。梁底保护层裂缝较细微而密集，梁侧立面枣核型裂缝最显眼，容易引起关注。5（5）节点裂缝。危险性极大，加固处理难度最大。但出现几率不高。•(6)楼板裂缝。裂缝几率最高，直接影响使用功能，最为用户所关注，呼声最高。•(7)屋面板裂缝。机理复杂，原因多样，涉及屋面防水功能，处理难度大。•二、裂缝形状•(1)平行密集型。这种裂缝表明作用力大，而且稳定；力的传递直接而且均匀；构件质地均匀，抵抗力均衡。•(2)倾斜成组型。这种裂缝多出现在墙上，多因地基变形引起，或温度应力引起。6•(3)分散杂乱型。表明外力多样或多变，结构构件内部也同时存在病灶或质地不均等毛病。•(4)树枝状展开型。此种裂缝必有特殊原因，须作专门研究。以膨胀土地基上的框架填充墙裂缝为典型。78•三、裂缝走向•(1)水平裂缝：多见于梁底墙面上的水平裂缝，门窗过梁端的墙面水平裂缝，或墙勒脚处的水平裂缝。•(2)垂直裂缝：由于一般墙体，尤其是砖砌墙体的抗拉能力低，所以墙身上的垂直裂缝比较多见。•(3)倾斜裂缝：根据裂缝偏离垂直位置的度数与方向的不同，可以按其不同的方位角来表示倾斜裂缝的特征，倾斜方向与裂缝原因和裂缝机理有着密切的关系。9•四、裂缝倾角•由于墙的方位角的不同和裂缝倾斜度的不同，裂缝原因、裂缝机理以及裂缝的严重程度也不同。•五、裂缝尺度•裂缝尺度应用宽度、深度与长度三个尺寸来表示比较全面。•六、裂缝年龄•(1)孕育期微裂缝：一般裸眼很难分辨，宜用放大镜或显微尺进行检测。•(2)青壮期新裂缝：青壮期新裂缝指正在成长发育中的结构裂缝。10•(3)老年期旧裂缝：裂缝进入老年期后，裂口已被尘垢和油渍污染，表明开裂作用已趋稳定，不再有发展，可进行裂缝封闭和加固处理了。•第四节结构裂缝分类•一、按裂缝所在的结构部位分类•按裂缝所在部位的不同，分为基础裂缝、墙、柱裂缝、梁、板裂缝等多种裂缝。•二、按裂缝成因分类•1．荷载超限裂缝•由于结构所承受的荷载超过了允许限额——规范和设计规定的极限荷载，使结构构件的内应力超过了其材料允许强度而产生的结构裂缝，称为荷载超限裂缝。11•(1)弯折裂缝——脆裂状，八字型；•(2)弯拉裂缝——撕开状，刀口型；•(3)轴拉裂缝——张拉状，枣核型；•(4)剪切裂缝——错口状，滑移型；•(5)剪拉裂缝——错动状，分离型；•(6)剪压裂缝——错动状，闭合型；•(7)剪胀裂缝——松散状，崩裂型；•(8)压屈裂缝——碎损状，杂乱型；•(9)扭剪裂缝——无规则，扭损型；•2．地基下沉裂缝•由于地基的不均匀下沉产生的裂缝，首先出现在基础面上，如地基梁、筏板基础等敏感的部位；然后出现12•在建筑物周围的勒脚和散水坡上，并逐步反应在底层墙的窗台下和窗角上、底层框架柱的节点附近。•3、变形失调裂缝•1)温湿度变化引起的变形失调•热胀、冷缩、湿胀、干缩，是所有建筑材料的物理属性。由于变形失调，进一步加剧了结构裂缝的发生发展。•2)线胀系数(材料性能)不同引起的变形失调•(1)砖石砌体的线胀系数。•(2)素混凝土的线胀系数•(3)钢筋混凝土的线胀系数。•(4)钢材的线胀系数5105.051075.0c5100.1Rc5100.1c13•3)构件刚度分布不均引起的变形失调•构件刚度与I和E有关,结构构件变形则与结构刚度成反比。构体系的刚度分布不均匀，则必然引起结构的变形失调，导致结构裂缝。•4)构件断面内的变形失调•混凝土的极限压缩变形和钢筋的极限拉伸变形都必须满足变形协调条件。否则，就将在断面内出现变形失调，引起结构裂缝甚至坍毁。•5)梁板之间的变形失调•梁板之间的变形不协调将导致抵抗力偏低的板面会出现裂缝现象。•6)梁、柱之间的变形失调•梁与柱之间的变形不协调，比如强梁弱柱，则必然在柱上出现裂缝，形成薄弱环节，导致坍塌危险。14•7)框架与填充墙之间的变形失调•框架与填充墙之间的变形严重失调，墙面裂缝现象会特别严重。•8)结构体系内部的系统变形失调•框架体系、框剪体系，框筒体系、剪力墙体系系统内部彼此之间的刚度如果不协调，必然造成体系整体变形不协调的问题。•9)上部结构与基础的刚度一般说是无限大的，而地基的刚度，尤其是软弱地基的刚度则极小，彼此之间必然存在变形不协调的问题，最容易导致地基不均匀沉降，引起结构裂缝甚至整体坍塌事故。•4．温湿胀缩裂缝15•温湿胀缩是导致建筑物上出现最常见的裂缝。它可以导致结构构件内部微结构(分子)的胀缩变形，因而产生内应力，引起裂缝。•1)约束条件。约束条件随约束程度而变，百分之百受约束时称全约束，可用约束系数1.0来表达：百分之百放松时为不约束，可用约束系数0来表达。•2)线胀系数。由于建筑材料的不同，其物理性能、线胀系数也完全不同。即使在约束程度相同，温湿度条件相同的情况下，不同材料组成的结构构件之间也会产生不同的胀缩量，形成胀缩应力，导致结构裂缝。•3)温(湿)差幅度。温(湿)差幅度是随环境气候条件而变化的,季节性温差16•在以上,加上干湿胀缩温差，计算温差则在•以上。有的季节性极限温差在以上,如此大的计算温差，如此强烈的胀缩变形,会造成强大的胀缩应力，结构裂缝现象自然是很严重的，也很难被控制的。•5．早期自生裂缝•1)早期自生微裂缝•混凝土的早期自生微裂缝发生在水泥水化过程中，由于水泥水化形成的水泥石的收缩作用，混凝土会形成裸眼难辨的微裂缝，出现在水泥石与粗细骨料接触的界面上。•2)早期吸附分离裂缝•含水量偏高的塑性混凝土在初凝前后的失水干燥过程中，受周围干燥模板的吸附作用，在毛细吸附C030C040C07017•作用影响半径范围内的边沿混凝土向模板移动。形成塑性混凝土裂缝，称之为塑性分离缝，如图3.6所示。•3)早期沉落阻滞裂缝•高流动性混凝土入模捣固成型以后，还有一个相当长的依靠自重作用沉落的过程。在其自动沉落过程中，如果遇到贴近侧模板的水平钢筋或水平预埋件的阻滞或遇到模板水平接口的阻滞作用，使沉落作用不能顺利地连续地完成，就会在阻滞线以下形成一条水平的阻滞裂缝。如图3.7与图3.8所示。186．其他特殊反应裂损(这部内容自学)结构裂缝检测、鉴定、封闭与加固