本發明涉及混凝土墻體裂縫控制
技術領域：
，具體為一種采用隱式裂縫誘導插板的超長混凝土墻體裂縫控制設計方法。
背景技術：
：超長混凝土墻體結構是指結構單元長度超過了規范所規定的鋼筋混凝土結構伸縮縫最大間距的混凝土墻體結構，或伸縮縫間距雖然未超過規范限值但結構溫差變化較大、混凝土收縮較大鋼筋混凝土墻體結構。《混凝土結構設計規范》GB50010-2010規定：一般鋼筋混凝土結構伸縮縫最大間距，對于現澆式擋土墻、地下室側墻等類結構，室內或土中為30m，露天為20m。眾所周知，混凝土材料抗壓強度高，抗拉強度卻很低，特別是用于泵送的混凝土，其骨料直徑小，塌落度大，本身更易出現收縮和溫度應力導致的裂縫。超長混凝土墻體結構屬于高階超靜定結構，且墻體的厚度和長度相比很小，由混凝土水化放熱、混凝土收縮、季節溫差等引起的溫度和收縮應力突出，工程經驗證明：長度越長，裂縫越多，寬度越大。雖然這類裂縫屬非荷載性裂縫，一般短期內不致影響構件承載力和結構安全，但卻會影響結構的耐久性、整體性和防水性，長期裂縫滲水會致鋼筋銹蝕而影響結構長期安全性，同時裂縫和滲水也會給使用者帶來感官和心理上的不良影響。超長混凝土墻體結構的代表是量大面廣的地下室外墻，其受使用功能和地下室防水要求的限制，通常不能設置變形縫，但目前建筑設計中，絕大多數地下室長度遠遠超過規范關于混凝土結構設置伸縮縫的最大間距(室內或土中為30m)的規定，混凝土墻體出現裂縫的現象不可忽視。調查表明，100個地下室95個有裂縫，甚至長度僅50-60米的小地下室側墻也有裂縫；外墻開裂特別突出，其數量占被調查工程數的85％以上。在混凝土墻體出現裂縫后，需要對其進行壓力注漿對裂縫進行封閉處理，不僅費錢、費時、費力，且不一定能根除裂縫，經濟損失較大。因此，研究開發新型超長混凝土墻體結構的裂縫控制措施和設計方法具有十分重要的現實意義。目前，超長混凝土墻體結構采用的一般裂縫控制方法有兩大類，一大類是混凝土成分和施工控制(常規方法)，另一大類是采取特殊的構造措施。前者有混凝土澆筑前摻入微膨脹劑(抗裂纖維)、施工時設置后澆帶、施工完成后加強混凝土保濕養護等，此類措施可降低混凝土本身的收縮應力或提高其抗拉強度但幅度很有限，當墻體長度超過一定程度時，其效果不能令人滿意。后者是近年來出現的新方法，即通過采取特殊的構造措施來減少混凝土墻體結構的裂縫，工程中常用的是設置裂縫誘導縫法。該方法是在混凝土墻體中部人為設置通縫，使之成為墻體薄弱之處，將隨機出現的混凝土裂縫引導至該固定位置，方便后期裂縫尋找和修補處理，是超長混凝土墻體裂縫控制思路的一大轉變：既然裂縫難以避免，不如讓其集中于一處，不至到處發生影響使用。但誘導縫畢竟是明縫，縫寬會隨溫度明顯變化，況且一般設計中每隔100-150米設置一道，應力集中現象明顯，使得誘導縫處滲漏嚴重，工程應用經驗表明一些誘導縫維修后不定時開裂，難以完全修復，后期維護較麻煩。在特殊措施方法中，近年來新出現了設置分割插板的方法，即在混凝土墻體中部設置薄鋼板對混凝土墻體的內核進行分割，用以釋放非荷載(溫度和混凝土收縮)作用。一般在混凝土墻體的內核砼中沿墻長方向用薄鋼板(1mm厚)進行豎向分割，然后在垂直于分隔鋼板的軸線位置設置止水鋼板(3mm厚)，兩者通過豎向焊縫形成十字形插板，典型做法見圖1，放置于墻體二側的鋼筋網之間。同時，為了避免混凝土墻體的表面裂縫產生，補充設置了無粘結的預應力鋼筋，一般每隔300mm左右設置一束，長度一般在30米左右。由于該方法構造和施工措施存在一些缺陷，往往達不到預計的效果，工程實際應用極少。常規裂縫控制方法是混凝土澆筑前摻入微膨脹劑(抗裂纖維)、施工時設置后澆帶、施工完成后加強混凝土保濕養護等，因混凝土澆筑現場施工條件、施工工藝、環境條件、混凝土自身性能不同，實際工程中這些措施能起到多少作用尚不可知，只能作為基礎措施普遍采用，對于實際工程中150米以上的混凝土墻體結構，如沒有特殊有效的措施，其裂縫數量和大小會處于失控狀態。設置裂縫誘導縫，如設置數量少，則設縫處滲漏嚴重，會反復開裂，難以完全修復，后期維護很麻煩。有的工程經驗告訴我們，即使設置了裂縫誘導明縫，混凝土墻體上仍會有大量裂縫出現，實際效果與預期有較大的差別。設置分割插板法的主要缺陷有：a)分割鋼板和止水鋼板均較薄，焊接時極易焊穿成孔，無法止水而致墻體滲漏。b)分割鋼板兩側的混凝土與止水鋼板存在粘結，現場試驗證明其粘結力很大，導致分割鋼板兩側的混凝土實際上是一個整體，墻體收縮時無法分離，當降溫較大時甚至可能使止水鋼板的焊縫拉斷失去止水能而整體失效。c)該插板無固定措施，在混凝土澆筑前無法定位，且鋼板厚度極小，混凝土澆筑時震搗棒作用下無法保持自立狀態，難以保證使用階段能達到預定效果。d)設置插板后澆筑混凝土并達到強度后，混凝土墻體即進行張拉無粘結預應力鋼筋，分割鋼板兩側混凝土在預應力作用下被重新壓緊成為完整墻體，無法在溫度荷載收縮作用下及時分開，無法起到預定作用。隨著經濟和城市的快速發展，為解決停車、設備機房、地下人防工程等問題，新建建筑物越來越多設置地下室，其平面尺寸也不斷提高，已有的工程建設中最大不可設縫長度已達500米左右。混凝土墻體結構直接抵抗地下水和土的作用，裂縫的發生和開展會導致滲漏的發生，小則影響地下室的正常使用，大則影響結構安全性。技術實現要素：本發明的目的在于提供一種采用隱式裂縫誘導插板的超長混凝土墻體裂縫控制設計方法，裂縫控制的裝置包括設置在混凝土墻中的混凝土鋼筋體，所述混凝土鋼筋體間的墻體中設置有第一鋼筋固定架和第二鋼筋固定架，所述第一鋼筋固定架和第二鋼筋固定架底部設有采用鋼板彎折成的第一十字插板和第二十字插板。優選的，所述第一十字插板和第二十字插板間采用鉚釘鉚接。優選的，所述第一十字插板和第二十字插板與第一鋼筋固定架和第二鋼筋固定架間采用鉚接方式固定。一種采用隱式裂縫誘導插板的超長混凝土墻體裂縫控制設計方法，包括如下步驟：S1：超長混凝土墻體結構在綜合等效溫差作用下的應力計算方法宜采用考慮材料非線性的彈塑性有限元分析方法，當混凝土墻體總長度L滿足L≤[Lmax]和和Cx＝Cx1+Cx2要求，可僅進行彈性階段的溫度應力計算。S2：有限元計算分析基本原則，1)采用考慮材料非線性的有限元計算軟件，可選ABAQUS、ANSYS等通用有限元分析軟件；2)混凝土墻板宜采用考慮面內應力的二維膜單元或板單元模擬，梁柱桿宜采用與二維單元協調的梁單元或桿單元模擬，當應力集中現象明顯時采用三維實體單元模擬；3)混凝土及鋼筋的材料本構關系可按《混凝土結構設計規范》(GB50010)附錄C相關規定選用；4)應按工程實際情況選取建模范圍，當考慮與混凝土墻板連接的構件剛度貢獻時，外伸建模尺寸不宜小于連接構件較大厚度的10倍；5)合理選取有限元模型的邊界條件，偏于保守的一般采用墻體底部固定，頂部自由的邊界條件，有條件時也可考慮底墻板與土體摩擦剛度、如支承在樁基上的也可考慮樁基對墻板的水平約束剛度。按4款考慮底板和頂板范圍建模時，邊界條件可取為固定支座；6)墻體發生裂縫的判斷準則，彈性階段計算時混凝土強度指標可取其強度標準值(fck，ftk)，彈塑性階段計算時可取容許裂縫寬度對應的極限拉應變(一般可取400με)。S3：墻體長度滿足L≤[Lmax]和和Cx＝Cx1+Cx2要求的墻體結構可按彈性溫度應力計算結果進行配筋設計，不滿足時，采用在墻體兩側鋼筋網間設置分割鋼板方式進行裂縫控制設計；S4：在墻體兩側鋼筋網間設置分割鋼板，其設計應符合以下要求：1)應建立模擬設置分割鋼板的墻體結構計算模型，采用考慮材料非線性的彈塑性有限元計算分析，按墻體豎向裂縫開展間距的計算結果確定插板設置間距L，L不宜大于18米；2)隱式誘導插板宜選用2mm的薄鋼板，鋼板邊至墻體邊緣應大于2倍保護層厚度，且分割鋼板長不宜小于150和1/3墻板厚度的大值；3)應對設置分隔鋼板后的墻體結構采用考慮材料非線性的彈塑性有限元計算綜合等效溫度作用下的應力，并進行分隔鋼板間距內墻體和分隔鋼板設置范圍墻體的配筋和抗裂設計；4)分割鋼板設置范圍的墻體可采用局部加設墻體水平短鋼筋的方式控制裂縫寬度，當裂縫不滿足規范要求時，應減小分割鋼板設置間距，降低分割板區域內應力以滿足裂縫控制要求。與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明中的隱式誘導插板受拉剛度較小，在水平力作用下可以發生很大變形，能達到更好的溫度應力釋放效果，且鋼板在拉力作用下無滲漏風險，因此可以更好地控制墻體裂縫，能起到更好的止水作用。本發明采用鉚釘預連接，成品質量易保證，同時支架的設置也保證了施工時的便利性和可靠性。本發明中提出了完整的隱式誘導插板設計方法，給出了簡便的墻體裂縫間距估算公式和基于隱式誘導插板的彈塑性有限元計算分析方法和裂縫控制措施。附圖說明圖1為本發明結構示意圖；圖2為本發明裂縫控制的裝置結構示意圖。圖中：1混凝土鋼筋體、2第一鋼筋固定架、3第一十字插板、4第二鋼筋固定架、5第二十字插板、6鉚釘。具體實施方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。實施例1一種采用隱式裂縫誘導插板的超長混凝土墻體裂縫控制設計方法，裂縫控制的裝置包括設置在混凝土墻中的混凝土鋼筋體1，所述混凝土鋼筋體1間的墻體中設置有第一鋼筋固定架2和第二鋼筋固定架4，所述第一鋼筋固定架2和第二鋼筋固定架4底部設有采用鋼板彎折成的第一十字插板3和第二十字插板5。所述第一十字插板3和第二十字插板5間采用鉚釘6鉚接。所述第一十字插板3和第二十字插板5與第一鋼筋固定架2和第二鋼筋固定架4間采用鉚接方式固定。一種采用隱式裂縫誘導插板的超長混凝土墻體裂縫控制設計方法，其特征在于：包括如下步驟：S1：超長混凝土墻體結構在綜合等效溫差作用下的應力計算方法宜采用考慮材料非線性的彈塑性有限元分析方法，當混凝土墻體總長度L滿足L≤[Lmax]和和Cx＝Cx1+Cx2要求，可僅進行彈性階段的溫度應力計算。混凝土極限拉伸應變ft,r(N/mm2)1.01.52.02.53.03.54.0εtr(10-6)658195107118128137各種地基及基礎約束下的C'x1值表注：1.本表中C'x1的下限值用于基礎埋深等于或小于5m，上限值用于基礎埋深大于5m；2.在巖石上、大塊混凝土上、大塊鋼筋混凝土上澆筑新混凝土時，C'x1取100～150×10-2N/mm3；當混凝土墻體支承于樁基上時，式中：n——當樁頭鉸接時取2，固接時取4；E——樁基材料的彈性模量(MPa)；H——樁頭單位側移的水平力；F——每個樁分擔的地基面積F＝A×B；F1——地基面積F1＝F-π×b2/4；I——單根樁彎曲平面內的慣性矩(mm4)；Kh——地基水平側移剛度，取1×10-2N/mm3；b——樁的直徑(mm)。S2：有限元計算分析基本原則，1)采用考慮材料非線性的有限元計算軟件，可選ABAQUS、ANSYS等通用有限元分析軟件；2)混凝土墻板宜采用考慮面內應力的二維膜單元或板單元模擬，梁柱桿宜采用與二維單元協調的梁單元或桿單元模擬，當應力集中現象明顯時采用三維實體單元模擬；3)混凝土及鋼筋的材料本構關系可按《混凝土結構設計規范》(GB50010)附錄C相關規定選用；4)應按工程實際情況選取建模范圍，當考慮與混凝土墻板連接的構件剛度貢獻時，外伸建模尺寸不宜小于連接構件較大厚度的10倍；5)合理選取有限元模型的邊界條件，偏于保守的一般采用墻體底部固定，頂部自由的邊界條件，有條件時也可考慮底墻板與土體摩擦剛度、如支承在樁基上的也可考慮樁基對墻板的水平約束剛度。按4款考慮底板和頂板范圍建模時，邊界條件可取為固定支座；6)墻體發生裂縫的判斷準則，彈性階段計算時混凝土強度指標可取其強度標準值(fck，ftk)，彈塑性階段計算時可取容許裂縫寬度對應的極限拉應變(一般可取400με)。S3：墻體長度滿足L≤[Lmax]和和Cx＝Cx1+Cx2要求的墻體結構可按彈性溫度應力計算結果進行配筋設計，不滿足時，采用在墻體兩側鋼筋網間設置分割鋼板方式進行裂縫控制設計；S4：在墻體兩側鋼筋網間設置分割鋼板，其設計應符合以下要求：1)應建立模擬設置分割鋼板的墻體結構計算模型，采用考慮材料非線性的彈塑性有限元計算分析，按墻體豎向裂縫開展間距的計算結果確定插板設置間距L，L不宜大于18米；2)隱式誘導插板宜選用2mm的薄鋼板，鋼板邊至墻體邊緣應大于2倍保護層厚度，且分割鋼板長不宜小于150和1/3墻板厚度的大值；3)應對設置分隔鋼板后的墻體結構采用考慮材料非線性的彈塑性有限元計算綜合等效溫度作用下的應力，并進行分隔鋼板間距內墻體和分隔鋼板設置范圍墻體的配筋和抗裂設計；4)分割鋼板設置范圍的墻體可采用局部加設墻體水平短鋼筋的方式控制裂縫寬度，當裂縫不滿足規范要求時，應減小分割鋼板設置間距，降低分割板區域內應力以滿足裂縫控制要求。本發明中的隱式誘導插板受拉剛度較小，在水平力作用下可以發生很大變形，能達到更好的溫度應力釋放效果，且鋼板在拉力作用下無滲漏風險，因此可以更好地控制墻體裂縫，能起到更好的止水作用。本發明采用鉚釘預連接，成品質量易保證，同時支架的設置也保證了施工時的便利性和可靠性。本發明中提出了完整的隱式誘導插板設計方法，給出了簡便的墻體裂縫間距估算公式和基于隱式誘導插板的彈塑性有限元計算分析方法和裂縫控制措施。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術領域：
的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3