煤仓间框架梁裂缝成因分析及处理

一、工程概况

山西永济“上大压小”热电联产 (2×350MW) 工程3#机组除氧煤仓间新建工程为六层钢筋混凝土框架结构, 屋面梁顶标高41.240米。结构设计地震基本烈度8度, 基本地震加速度0.20g, 抗震等级一级, 抗震措施按9度设防。目前, 3#机12.54m标高处B-C/25轴、B-C/26轴、B-C/27轴框架横梁腹侧出现竖向裂缝, 裂缝位于框架横梁与钢次梁交接处, 另外, 该部位与框架横梁相垂直的框架纵梁上, 梁腹侧也存在若干竖向裂缝, 对上述裂缝进行检测与分析。

二、现场检测

委托太原太工天昊土木工程检测有限公司技术人员于2014年8月7日~8日对现场裂缝进行了检测。

在12.54m标高处B-C/25轴、B-C/26轴、B-C/27轴框架横梁腹侧均出现竖向裂缝, 框架横梁截面为600×1800mm, 净跨10.3米, 次梁采用HN600×200×11×17型钢梁, 跨度9.0米。裂缝全部位于框架横梁与钢次梁交接处, 位于次梁正下方, 裂纹规则, 裂纹宽度较小, 纹线较少较直, 裂缝止于腹侧下部, 梁底未贯通, 裂缝图片如图2、图4所示。

与框架横梁相垂直的框架纵梁上, 梁腹侧存在竖向裂缝, 裂纹宽度较小, 纹线较少较直, 竖向裂缝间距约为200mm且间隔均匀, 裂缝在梁底未贯通, 裂缝图片如图3、图5所示。

三、裂缝成因分析

(一) 框架横梁KL4裂缝分析

对12.54m标高处25~27轴间框架横梁25-KL4、26-KL4、27-KL4腹侧钢次梁下裂缝进行检测, 裂缝位置编号如图6所示, 共测10条裂缝, 占同类裂缝数量的62.5%, 同一条裂缝上设3个测点, 测点位置如图4所示, 主要测量了裂缝宽度与深度, 结果见表1。

由表1可见, 裂缝呈上宽下窄, 上深下浅形式, 裂缝长度约900mm, 最宽0.356mm, 最深84.69mm, 根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第3.4.5条规定, 构件最大裂缝宽度限值为0.30mm, 对处于年平均相对湿度小于60%地区一类环境下的受弯构件, 其最大裂缝宽度限值为0.40mm。以上裂缝宽度均小于0.40mm, 其中有80%缝宽小于0.30mm。规范对裂缝深度的限值没有明确规定, 但裂缝深度数据可以为裂缝形态的判别提供依据, 以进一步分析出裂缝成因。

从裂缝发生部位、形态及测试结果综合评判, 该裂缝产生的原因为:钢次梁与混凝土主梁交接处, 主梁集中荷载影响区下部混凝土被轻微撕裂而产生了竖向裂缝。其主要原因为:钢次梁底的模板与支架必须有足够的强度和刚度, 保证框架横梁拆模前, 钢次梁不向下传递集中荷载。因为框架横梁在拆模前, 混凝土虽已硬化, 但其强度尚未达到设计规定值, 本身还不具备承担荷载的能力。对于该工程中的框架横梁, 横梁高度1800mm, 钢次梁高度600mm, 板厚120mm, 所以钢次梁下横梁高度为1080mm, 在底部受力纵筋和钢次梁底之间, 单侧只配有516的构造钢筋, 如果此时承受了钢次梁传来的集中荷载, 未达设计强度的混凝土就会因局部受压而破坏, 在横梁模板的约束下, 即会产生上述竖向裂缝。

(二) 框架纵梁KL8裂缝分析

12.54m标高处25~27轴间共有4跨框架纵梁腹侧沿梁高方向存在竖向裂缝, 各梁裂缝形态相同, 所以只对其中25~26轴间框架纵梁KL8腹侧6条裂缝进行了检测, 每条裂缝上设3个测点, 测点位置如图5所示, 裂缝宽度测量结果见表2。

纵梁上腹侧竖向裂缝在梁高方向位于中部, 裂缝长度约360mm, 由表2可见, 裂缝宽度呈中间大两头小的趋势, 最宽为0.307mm, 而且只有两个测点裂缝宽度超过了0.3mm;根据箍筋扫描结果, 该竖向裂缝位于箍筋外侧, 故裂缝沿梁长度方向间距与箍筋间距 (200mm) 基本一致, 梁腹侧箍筋保护层厚度测量结果为40mm~50mm;根据现场检测结果, 裂缝深度均小于50mm, 较浅, 属表层裂缝。

该裂缝产生的原因:主要是由于混凝土完成浇筑后, 未及时洒水养护, 混凝土过早失水, 因收缩变形而出现干缩裂缝, 这种裂缝在夏季施工时较易发生。另外在拆模后未做潮湿养护也会产生干缩裂缝。

四、结论

框架横梁KL4裂缝产生的原因:在拆模前, 混凝土强度尚未达到设计值时承受力钢次梁传来的集中荷载, 混凝土因局部受压而破坏, 在横梁模板的约束下, 产生了上述竖向裂缝。但是, 当混凝土强度达到设计值后, 钢次梁下混凝土的局部承载能力完全满足要求, 所以该竖向裂缝对横梁构件的受力性能没有影响。

框架纵梁KL8裂缝产生的原因:由于混凝土完成浇筑后, 未及时洒水养护, 混凝土过早失水, 因收缩变形而出现干缩裂缝。另外, 在拆模后未做潮湿养护也会产生干缩裂缝。该裂缝对纵梁构件受力性能没有影响。

五、处理方案

(一) 对裂缝的处理建议

⑴框架梁的裂缝不属于受力不足产生的裂缝, 因此对裂缝的处理主要是为了恢复结构的防水性能和耐久性。

⑵可以对产生裂缝的框架梁灌注环氧树脂, 并且在灌注后的表面涂抹砂浆保护层, 以恢复结构的整体性、防水性和耐久性。

⑶可以采用灌浆法进行处理, 主要是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中, 胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体, 从而起到封堵补强的目的, 常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。

⑷对处理后的混凝土裂缝要进行检查确认其是否达到预先的修补效果, 若无再次开裂、无渗漏, 则说明修补效果良好。

(二) 框架横梁KL4裂缝的预防措施

1、钢梁模板与支架要求

(1) 支设模板时, 应该参照混凝土梁底支模的方式对钢次梁底进行支模, 以确保钢次梁底的模板与支架具有充足的强度与刚度, 保证框架横梁拆模前, 钢次梁不产生向下的位移, 并且在与主梁交接处, 不向下传递集中荷载。

(2) 楼板、次梁、框架横梁的模板拆除时间与顺序一定按照相关规范进行, 不能因模板周转使用而过早拆除模板。

(3) 浇筑混凝土后, 必须适时进行合理养护, 以防产生干缩裂缝。

2、混凝土主楼与钢次梁交接处的吊筋配置

原施工图中, 钢次梁与框架横梁交接处的附加钢筋配置如下:“框架梁与次梁交接处应在次梁两侧各加箍筋4根, 间距50, 型式同主楼内箍筋, 对于高度大于或等于800的次梁, 还应增加422吊筋”, 如图7所示。

建议在以后4#机施工过程中, 确保因施工环节控制不严带来的影响, 在12.54m标高处25~27轴间框架横梁与钢次梁交接处, 除次梁两侧各加间距为50的4根箍筋外, 也要增加422吊筋。

(三) 、框架横梁KL4已有裂缝处理方案

控制处理:对于上述已存在的两种类型裂缝, 可根据《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006中14.1规定进行处理, 建议裂缝宽度为0.1~0.3mm时, 作表面封闭处理;裂缝宽度为0.3~1.0mm时, 采用环氧树脂浆液进行灌注。裂缝封闭处理施工工艺如下:

(1) 、表面处理

用角磨机沿裂缝表面凿出“V”形槽, 用角磨机装配打磨片打磨清除裂缝表面的灰尘、白灰、浮浆、浮渣及松散层等污物, 然后再用毛刷蘸上丙酮, 把沿裂缝两侧50mm处擦洗干净并保持干燥。

(2) 、刷封闭底胶

在清理后的“V”形槽表面用漆刷刷一层封闭底胶。

(3) 、刷封闭胶

待封闭底胶固化后, 用封闭胶将“V”形槽密封修平。

(4) 、检查封闭情况

检查封闭情况, 观察是否有漏封或异常情况, 确保所封闭的裂缝密实性, 发现缺陷应及时补救, 以确保工程质量。

(5) 、碳纤维封闭

因框架横梁KL4裂缝的形成与局部承压有关, 为防止在服役期间振动荷载或其它因素影响其耐久性, 上述工作完成后沿裂缝表面纵向黏贴一层碳纤维, 碳纤维宽度100mm。

(四) 、框架横梁KL8已有裂缝处理方案

框架横梁KL8已有裂缝为收缩裂缝, 采用封缝胶进行封闭处理。

六、结语

综上所述, 对于煤仓间框架梁出现的裂缝, 经过现场勘察、原因分析、制定加固方案到加固完毕不足一个月.加固后结构至今没出现任何异常现象, 证明此加固方案是可行的.当然, 该方案的实施仍处在探索阶段, 有待进一步完善。

混凝土工程中裂缝是普遍存在的, 但是裂缝的不同种类对结构安全性的影响也不尽相同, 因此在施工过程中要严格执行规范的要求, 尤其是当构件混凝土用量大时, 应采取有效的措施来减少收缩裂缝的出现和发展, 从而保证建筑物的安全、可靠。

摘要：文章结合工程实践, 分析了山西永济“上大压小”热电联产工程中煤仓间框架梁出现的裂缝问题, 现场配合科学技术对裂缝的宽度、深度以及分布等进行了较为详细的研究, 并探讨了裂缝产生的原因及对结构造成的影响, 进一步提出了对裂缝的处理方法 , 希望能给同类工程参考价值。

关键词：煤仓间框架梁,裂缝,分析处理

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