纵筋设置对混凝土结构后浇带性能影响研究

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摘要：本文在总结已有后浇带研究的基础上，针对影响后浇带性能的各种因素进行分析，并对钢筋配筋数量及约束形式这一因素进行试验，得到并提出了后浇带设置相关施工建议。

关键词：混凝土后浇带 钢筋约束 钢筋数目 裂缝 施工建议

基本建设是发展我国国民经济、满足人民不断增长的物质文化需要的重要保证。随着社会经济的发展和建筑技术的进步，现代大型工业建筑、高层超高层民用建筑、大型地下车库等如雨后春笋般地在各地相继建成并投入使用。[1]此类大型结构往往采用大体积现浇混凝土基础板，这些板属大体积板式混凝土结构，具有以下显著特点：

（1）混凝土强度等级较高，水泥用量较大，因而收缩变形较大；

（2）均为配筋结构，相对水利工程混凝土结配筋率较高；

（3）几何尺寸不像水利工程混凝土结构那么十分巨大，水化热温升较快，降温散热亦较快，因此，降温与收缩的共同作用将十分容易引起结构开裂；

（4）基础通常比较软弱（相对坝基），通常认为基础是非刚性的；

（5）控制裂缝的方法不像水利工程混凝土结构那样采用特制的低热水泥和冷却系统，而主要是依靠合理配筋、改进设计、采用合理的浇筑方案和浇筑后加强养护等措施，以提高结构的抗裂性和避免引起较大的内外温差而出现裂缝。通过以上分析可以看出，大体积板式混凝土结构十分容易发生温度收缩裂缝，而裂缝直接影响到结构整体性能及正常使用，因此，十分有必要采取措施避免裂缝的产生和控制裂缝的发展，以确保结构的安全和使用功能[3]。

1、后浇带原理及种类

后浇带也称“后浇缝”，是在施工期间保留的临时性变形缝。该缝根据具体条件，保留一定时间后，再进行填充封闭，后浇成连续整体的无伸缩缝结构。它的目的是取消结构中的永久性变形缝，与结构的温度收缩应力和差异沉降有关，只在施工期间存在，是一种特殊的施工缝。

根据最新美国混凝土协会对大体积混凝土结构的定义：任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度的减少开裂影响的，即称为大体积混凝土。后浇带虽然浇筑的体量不大，但由于受到较大的约束，在相同的温差条件下，将产生更大的温度收缩应力，因此，也属于大体积混凝土的范畴。后浇带的设置原理是“先放后抗”的原则，己在实践中获得了良好的效果。

后浇带按其作用可分为三类：一是用于解决高层主体与低层裙房之沉降差的后浇沉降带；二是用于解决施工过程中钢筋混凝土温度应力的后浇温度带；三是用于解决混凝土收缩变形的后浇收缩带。

2、纵筋连接方式对后浇带性能影响的试验

根据以往研究成果，连续钢筋数量越多，钢筋面积越大，混凝土所受拉力也越大，后浇带及其周围结构开裂风险也越大[2]，针对这一理论研究成果，设计如下试验：

利用简支梁，人为设置一个后浇带，并对后浇带处纵筋形式分别设置为：

①全部纵筋不断开；

②上部纵筋断开；

③上部纵筋不断开，并在后浇带处设置加强纵筋。

三种不同设置方法，当混凝土达到一定强度后对三根梁进行加载，记录钢筋及混凝土应变，梁挠度，裂缝开情况并分析。

2.1 试验梁裂缝数目研究

试验过程中，我们对三根试验梁裂缝开展情况进行了记录，整理如下：

从表1可以看出，三根梁都在受力的第五阶段出现裂缝，断筋截面相对于贯通截面及加强截面，其裂缝开展较早数目也较多，在接下来的加载过程中，断筋截面，贯通截面，加强截面的裂缝数目由多到少，断筋截面最多，贯通截面其次，加强截面开展数目最少。

从表三可以发现，虽然断筋截面每级开展数目较多，，在同一级荷载下，裂缝发展缓慢，开展长度宽度都较小，属于同一主裂缝的不断发展，最终破坏时，断筋截面一共产生了9条主裂缝。

贯通截面以及加强截面的裂缝每级开展数目虽然相对较少，但其每一级荷载下的开展长度和开展宽度都要远远大于断筋截面（表3）。最终破坏时贯通梁一共产生了10条裂缝，加强截面产生了12条主裂缝。

借用钢筋混凝土梁的破坏形式，断筋梁裂缝可以称为“塑性裂缝”，即虽然初期产生数目较多，但属于微裂缝，且发展较慢，最终达到影响构件工作性能的时间较长，能够及时被工作人员发现，并采取补救措施。而贯通梁及加强梁，则更类似于“脆性裂缝”即虽然每级发展数目较少，但一旦产生，裂缝长度和宽度都很大，发展迅速，这是在工程中所不希望看到的。

从裂缝控制的角度讲，后浇带处设置过多的钢筋，从裂缝开展长度，宽度以及开展的时间上都是不利。

生产、施工过程割裂开来，这种模式下，混凝土原材料选择、配合比设计、搅拌、运输等过程一般由混凝土预拌企业完成，而构件的模板搭设、混凝土的浇筑、养护、模板拆除等过程由建筑企业承担，这加大了混凝土生产、施工的组织管理难度。

2.2 试验梁混凝土应力研究

在一般的钢筋混凝土简支梁，在受跨中集中荷载的情况下，混凝土的最大应力应该产生在受拉最大的处，即梁跨中下部，此处混凝土所受拉力最大，也最易产生裂缝问题。

然而，根据试验结果，在相同的边界约束条件下，在受跨中集中荷载时，无论是哪种形式的钢筋设置形式，只要设置了混凝土后浇带，梁中的最大拉应力点都发生了偏移，从梁跨中像后浇带处移动。

对比三种形式的后浇带处钢筋不同的设置形式，随着后浇带处钢筋的增加，相同位置后浇带处混凝土的拉应变逐渐减小，且混凝土处拉应变的上升曲线也更加平稳，出现这种现象是由于钢筋越多，同一部位的拉力由钢筋分担的部分也就越多，从受力的角度讲，在后浇带处设置较多的钢筋对混凝土的受力是有利的。

2.3 试验梁中钢筋应力研究

从分析试验数据可以发现，在混凝土后浇带中配置越多的纵向钢筋，对于跨中和后浇带处钢筋的受力是有利的，配置钢筋越多，整个梁的整体性能越好，上部钢筋协助上部混凝土受压，减小了混凝土中的压力，对整个梁的受力性能起到了良好的改善作用，上部钢筋越多，跨中和后浇带处下部受拉钢筋受力也越小。

3、结语

总体上来说，后浇带中钢筋越多，由此产生的裂缝也就越多。钢筋混凝土梁的破坏形式，断筋梁裂缝可以称为“塑性裂缝”，即虽然初期产生数目较多，但属于微裂缝，且发展较慢，最终达到影响构件工作性能的时间较长，能够及时被工作人员发现，并采取补救措施。而贯通梁及加强梁，则更类似于“脆性裂缝”即虽然每级发展数目较少，但一旦产生，裂缝长度和宽度都很大，这是在工程中所不希望看到的。

从裂缝控制的角度讲，后浇带处设置过多的钢筋，从裂缝开展长度，宽度以及开展的时间上都是不利。

根据试验及分析结果，在相同的边界约束条件下，在受跨中集中荷载时，无论是哪种形式的钢筋设置形式，只要设置了混凝土后浇带，梁中的最大拉应力点都发生了偏移，从梁跨中像后浇带处移动。

对比三种形式的后浇带处钢筋不同的设置形式，随着后浇带处钢筋的增加，相同位置后浇带处混凝土的拉应变逐渐减小，且混凝土处拉应变的上升曲线也更加平稳，出现这种现象是由于钢筋越多，同一部位的拉力由钢筋分担的部分也就越多，从受力的角度讲，在后浇带处设置较多的钢筋对混凝土的受力是有利的。

在混凝土后浇带中配置越多的纵向钢筋，对于跨中和后浇带处钢筋的受力是有利的，配置钢筋越多，整个梁的整体性能越好，上部钢筋协助上部混凝土受压，减小了混凝土中的压力，对整个梁的受力性能起到了良好的改善作用，上部钢筋越多，跨中和后浇带处下部受拉钢筋受力也越小。

建议工程在在满足承载能力的要求下，减小后浇带处混凝土的约束，即减少后浇带处钢筋的数量，并减小后浇带处钢筋与老混凝土的连接，已达到抵抗裂缝产生的目的。

参考文献

[1]GB 50010-220，混凝土结构设计规范[S].

[2]全学友，孙会郎.后浇带的设置方案对抗裂效果的影响[J].建筑结构，2004，6：22.

[3]王铁梦.工程结构的裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.62-63.