變電站鋼筋混凝土結構裂縫分析探討

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變電站作為電網基礎設施的重要組成部分,變電站土建是十分重要的。它的質量、安全、使用功能影響著電網的安全運行。本文主要對變電站鋼筋混凝土結構裂縫的原因進行分析，并提出了裂縫控制措施。

尤良

摘要: 變電站作為電網基礎設施的重要組成部分,變電站土建是十分重要的。它的質量、安全、使用功能影響著電網的安全運行。本文主要對變電站鋼筋混凝土結構裂縫的原因進行分析，并提出了裂縫控制措施。
關鍵詞: 變電站；混凝土；裂縫
變電站鋼筋混凝土結構構件設計上是允許帶裂縫工作的。因此問題不在有無裂縫,而在于出現什么樣的裂縫。如果對結構構件上的各種裂縫,通過調查測試,能找出裂縫出現的主要原因,從而采取有效的措施,避免裂縫的發生。裂縫發生后,找到開裂的主要原因,對于判斷是否需要修補或加固十分重要。盲目決定是否需要修補和加固,既可能造成經濟損失,也可能留下不安全的隱患。因此,修補或加固處理應根據調查測試提供的資料,經分析找到開裂的原因之后進行。
1 變電站鋼筋混凝土結構裂縫的原因分析
主要是利用裂縫分布的規律性進行分析
1.1 各種荷載裂縫的分布規律
由于混凝土抗拉強度很低,鋼筋混凝土結構構件在荷載作用下,當主拉應力超過混凝土抗壓強度時,即出現這種荷載裂縫。因此,各種荷載裂縫將沿主拉應力方向開展,而其走向與主拉應力方向垂直。如鋼筋混凝土框架梁一般在跨中下部或支座上部出現垂直裂縫,在支座附近出現斜裂縫;在垂直荷載和風何載共同作用下的框架,其頂節點柱的受拉邊出現垂直裂縫,而地震荷載作用下,框架柱的柱頭出現交叉的斜裂縫;又如鋼筋混凝土肋形樓蓋中的單向板,在均布荷載作用下,于短跨跨中下部和支座上部出現平行于長邊方向的垂直裂縫;而肋形樓蓋、井式樓蓋中的雙向板,在均布荷載作用下,其板頂和板底出現不規則裂縫分布; 受扭構件則出現與軸線成45°的螺旋狀裂縫等。材料的收縮、冷縮和干縮將加劇這些裂縫的開展。因此,熟知各種受力構件裂縫分布規律,對于分析開裂的原因是十分有用的。
1.2 各種變形裂縫的分布規律
變形裂縫是結構構件因溫差、濕差、沉降差的變形受到約束得不到滿足而產生的約束應力超過混凝土的抗拉強度(或約束應變超過混凝土極限拉應變值)時引起的裂縫。這種裂縫總是出現在約束最大(不動點或幾乎不動點)而抗力最小處。如與柱現澆的鋼筋混凝土基礎梁,當它受到柱基強力約束,因材料干縮或冷縮變形的作用下,在基礎梁內產生很大的約束拉應力,因而引起貫穿全截面的垂直裂縫;較長的現澆鋼筋混凝土高層建筑,因季節性溫差及材料干縮的作用,在建筑物中部約束應力最大處出現垂直裂縫;在某些構造情況下,由于走廊、走道剛度很小,而被聯系的兩部分為剪力墻或框架剪力墻結構,剛度很大,他們都向各自的剛度中心收縮,對現澆的廊梁和走道樓板產生很大的約束拉力,出現裂縫;又如框架這類對支座變位敏感的超靜定結構,由于各支點的差異沉降產生裂縫。熟知這些變形裂縫的分布規律,不僅有利于分析開裂原因,也有利于決定是否需要修補或加固。
2 變電站鋼筋混凝土結構裂縫的控制措施
為減小混凝土收縮的影響、降低其總收縮值以及提高其抗拉強度,在施工階段,應采取如下措施進行裂縫控制:
1)按有利于整體滑動(整體變形)的構造圖及節點詳圖施工,做好隔離層。減小對結構變形的約束,使結構能以實現整體滑動(整體變形) 。
2)采用收縮性小、安定性好的水泥。如果采用水泥收縮性較大,相應地要調整伸縮的間距,或采用整體滑動的結構。通常,火山灰水泥的收縮性最大,其次是礦渣水泥,硅酸鹽水泥的收縮性較小。此外,高強度水泥粒度較細,收縮率大于低強度的水泥。安定性不合格的水泥嚴禁使用。也嚴禁不同品種的水泥混用。
3)嚴格控制砂石的含泥量,使它符合規范要求。因為砂石含泥量大,混凝土的收縮也大。
4)嚴格控制混凝土的配合比(包括水灰比) 。配合比要在現場進行試配。攪拌前要按配合比計量投料,計量加水(扣除砂石中的含水量)。濕潤模板時,不允許膜內貯水。
5)混凝土震搗密實,防止模板漏漿,并及時養護,使混凝土強度正常增長。如施工養護不好,施工過程拉得很長,不僅混凝土收縮很強烈,而且溫差變化大的機遇也大,混凝土容易開裂。
6)正確設置施工后澆帶。后澆帶設置的目的是減少混凝土的收縮,提高結構抵抗溫度收縮作用的能力。在設置施工后澆帶時,應考慮以下幾個問題: ①后澆帶應設在對結構受力影響較小的部位,一般應從梁、板跨度1/3的部位通過,或從縱橫強相交的部位或門洞口的連梁處通過; ②后澆帶應貫通整個結構,將結構劃分為幾個獨立的區段施工,但不宜直線通過一個開間,以免鋼筋出現100%的搭接接頭; ③后澆帶的間距一般為30-40m,以保證混凝土在后澆帶劃分的區段內較自由地收縮; ④后澆帶的寬度為700-1000mm,板和墻鋼筋的搭接長度為45d,梁的主筋可以不斷開,使其仍保持一定的聯系; ⑤后澆帶的混凝土澆灌宜在主體混凝土澆灌兩個月后進行,此時,主體混凝土的收縮約完成60-70% ,最早也不得少于40天,如主體混凝土齡期太短,收縮大部分尚未完成,將失去后澆帶的作用,但是,對整體滑動屋面為對付施工階段開裂設置的后澆帶,可以主體混凝土達到70%強度的齡期為準;⑥后澆帶澆筑時的溫度,不宜高于主體混凝土澆筑時的溫度,以在氣溫較低的時候進行澆筑為宜; ⑦澆筑后澆帶的混凝土最好用微膨脹的澆筑水泥配制,以防止新老混凝土之間出現裂縫。如有困難,也可用高一個強度等級的混凝土澆筑; ⑧后澆帶混凝土初凝后要加強養護,保持濕潤狀態(兩周內) ,采用微膨脹混凝土剛性防水屋面的后澆帶最好蓄水養護。
7)推廣可連續澆筑的微膨脹混凝土加強帶的施工新技術。施工時,在加強帶的兩側分別架設Φ5-Φ10的鋼筋網,以免先澆筑的帶外混凝土流入加強帶內。帶外混凝土澆筑完畢后隨即改換澆筑微膨脹混凝土, 如摻14—15%的混凝土膨脹劑(UEA) ,其膨脹率約為4-6×10-4 (14天的限制膨脹率約為2-4×10-4 ) ,這樣大的膨脹量可以補償加強帶以外混凝土的收縮,和部分冷縮溫差的影響。加強帶內的配筋和混凝土強度等級控制,一定要按設計要求施工,增配部分鋼筋應有足夠的錨固長度。采用微膨脹混凝土加強帶也要特別加強養護,其養護期不得少于14天。
8)裂縫結構構件的加固。當裂縫(包括鋼筋銹蝕、混凝土劣化)影響結構承載力,危及結構安全時,應考慮采取加固處理。通常由溫差(冷縮)、干縮、地基差異沉降等變形因素引起的裂縫,其寬度即使超過裂縫需修補的上限值,也不一定會影響結構的承載力。因此,變形裂縫的重要特點是,裂縫一旦出現,結構的變形全部(如活口裂縫) 或部分(如有鋼筋拉接的非活口裂縫)得到滿足,裂縫處的約束力隨即全部消失或有所減少。這些裂縫的部位,往往是可以設置人工變形縫(伸縮縫、沉降縫)處,并非主要受力方向,僅僅是將承重結構一分二或三而已。因此,裂縫原因的分析,對判斷是否需要加固事關重要。若判斷為變形裂縫,一般可斷定為只需進行裂縫修補,甚至不需修補。但是,當鋼筋銹蝕、混凝土劣化到影響結構承載力時,仍需進行加固。若分析為荷載裂縫,其寬度又超過裂縫修補的上限值,則需加固處理。
3 結語
變電站鋼筋混凝土結構出現裂縫的因素非常復雜，而鋼筋混凝土結構裂縫是影響混凝土結構安全性和耐久性的重要因素。只有在各方面引起高度重視,做到科學的設計、精心的施工、合理的維護,才能有效控制裂縫的發生,為變電站的安全運行創造條件。