第４３卷第１期 兰州理工大学学报 Ｖｏ１．４３ Ｎｏ．１ ２０１７年２月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｆｅｂ．２０１７ 文章编号：１６７３－５１９６（２Ｏ１７）Ｏ卜Ｏｌ３７一Ｏ６ 受弯钢筋混凝土构件裂缝开展规律的试验研究 唐先习，胡进森，卓海金，尹月酉 （兰州理工大学土木工程学院，甘肃兰州 ７３００５０） 摘要：为研究弯矩作用下混凝土构件的裂缝形状及发展规律，制作了４８组混凝土构件组，对构件跨中部位裂缝的 发展规律进行试验研究．构件制作时分别考虑了预埋钢筋的数量、钢筋表面形状以及钢筋保护层厚度这三种因素． 研究结果表明，在弯矩作用下，混凝土构件裂缝的横断面形状近似为楔形．同时，根据构件两侧表面的裂缝形状和 深度，可以近似地推断出结构内部裂缝的形状和深度，从而可对构件内部裂缝对耐久性和受力性能的影响进行研 究．对混凝土的开裂控制螺纹钢要好于圆钢，对裂缝的控制效果双根钢筋要好于单根钢筋，因此在一定范围内，钢 筋布置较密比钢筋布置稀疏更有利于混凝土开裂的控制． 关键词：混凝土；裂缝；试验研究；横断面形状；开展规律；裂缝控制 中图分类号：ＴＵ３１７；ＴＵ３７５ 文献标志码：Ａ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ ｉｎ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｕｎｄｅｒ ｂｅｎｄｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ ＴＡＮＧ Ｘｉａｎ－ｘｉ，ＨＵ Ｊｉｎ－ｓｅｎ，ＺＨＵＯ Ｈａｉｑｉｎ，ＹＩＮ Ｙｕｅ－ｙｏｕ （Ｃｏｌｌｅｇｅ．ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ｔｅｃｈ．，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００５０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｃｋｓ ｉｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｂｅｎｄｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ，４８ ｇｒｏｕｐｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｃｋｓ ａｔ ｍｉｄ－ｓｐａｎ ｏｆ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ．Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅ￣ｂｕｒｉｅｄ ｓｔｅｅ１ ｂａｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ－ｂａｒ ｃｏｖｅｒｉｎｇ １ａｙｅｒ ｗｅｒｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｂｅｉｎｇ ｍａｄｅ．Ｔｈｅ ｒｅＳＵｈ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎａｌ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ ｗｅｄｇｅ ｓｈａｐｅ ｕｎｄｅｒ ｂｅｎｄｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｃｋｓ ｏｎ ｂｏｔｈ ｓｉｄｅ ｓｕｒｆａｃｅｓ ０ｆ ｃｏｍｐｏ－ ｎｅｎｔ，ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｒａｃｋｓ ｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｄｅｄｕｃｅｄ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ，ＳＯ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎ— ｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｉｎｎｅｒ ｃｒａｃｋｓ ｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｎ ｉｔｓ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒＯ１ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ ｉｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗｉｔｈ ｔｈｒｅａｄ ｓｔｅｅｌ ｂａｒ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｗｉｔｈ ｒｏｕｎｄ ｓｔｅｅｌ ｂａｒ ａｎｄ ｗｉｔｈ ｄｏｕｂｌｅ ｓｔｅｅｌ ｂａｒｓ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ ｓｔｅｅｌ ｂａｒ，ｓｏ ｔｈａｔ ｗｉｔｈｉｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｒａｎｇｅ，ａ ｄｅｎｓｅｒ １ａｙｏｕｔ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｍｏｒｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｏｕｓ ｔｏ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｓｐａｒｓｅｒ ｏｎｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｃｒａｃｋ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ；ｃｒｏｓ￣ｓｅｃｔｉｏｎａｌ ｓｈａｐｅ；ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ；ｃｒａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌ 混凝土裂缝是混凝土结构中普遍存在的现象， 中应力重分布的结果。国内外对混凝土裂缝的研究 裂缝的控制和研究一直是混凝土工程的热点问题． 内容相对较多，唐先习等Ｄ－ｚ］研究了混凝土早龄期凝 混凝土裂缝产生的主要原因包括两个方面：第一，在 结硬化裂缝产生的原因．刘有志等［３］在总结分析了 各种作用的综合影响下，开裂部位混凝土受到的第 各种混凝土干缩的研究后指出，对于混凝土这种复 一主拉应力达到了混凝土极限抗拉强度；第二，开裂 合材料的宏、细观湿度特性及干缩开裂机理研究领 部位混凝土的应变达到了混凝土的极限拉应变．混 域仍存在关键瓶颈问题，研究应在这些方面展开．欧 凝土开裂后的裂缝发展规律，则是开裂部位混凝土 阳威等［ ］通过分析混凝土结构裂缝宽度限值的影响 因素和发展趋势，得出裂缝宽度限值正逐步放宽的 收稿日期：２０１６—０１—１３ 基金项目：国家自然科学基金（５１１６８０３０） 结论．成盛等［５］基于其他理论和技术，建立了裂缝控 作者简介：唐先习（１９７２一），男，山东济宁人，博士，副教授 制的可靠指标计算方法，定量化地评估混凝土开裂 兰州理工大学学报 第４３卷 等问题．Ａｍｅｅｎ Ｍｏｈａｍｍｅｄ等［ 书］则采用单元法或 有限元方法，对混凝土的开裂进行了模拟．苏庆田、 本次试验混凝土采用Ｃ６０标号，配合比见表１． 试验时考虑的因素见表２． 表１混凝土配合比 傅剑平等［９＿ ］研究了荷载作用下混凝土裂缝宽度的 发展规律等．张君、Ｐａｒｋ Ｓａｎｇ－Ｓｏｏｎ等Ｄ１－１３］则研究 了混凝土裂缝宽度与氯离子渗透速度等之间的关 系．管俊峰等［１ ］通过试验研究，对平均裂缝间距及 最大裂缝宽度的计算模式进行了改进． 由以上的研究内容可以看出，人们对于混凝土 Ｔａｂ．１ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍｉｘｔｕｒｅ ｒａｔｉｏ ｋｇ／ｍ３ 裂缝的观察和研究，往往仅限于混凝土开裂的可能 性、混凝土表面的裂缝宽度和长度等，而对于混凝土 因素取值 保护层厚度／ｅｒａ 钢筋数量／根 钢筋表面形式 裂缝的深度和裂缝的实际横断面形状以及造成这一 现象的应力分布情况却研究甚少．而实际上，由于造 成混凝土开裂的原因较多，这些原因造成的应力分 布规律也不同，裂缝的横断面形状往往不同，裂缝宽 度与深度之间也不是一种简单的对应关系．比如对 于弯矩和剪力而言，由于其作用在混凝土构件上造 成的应力分布规律不同，则产生裂缝的表面形状、裂 缝的宽度与深度也往往不同．在这种情况下，仅仅以 混凝土表面的裂缝宽度作为其主要特征，而忽略裂 缝深度等其他特征来研究混凝土裂缝问题，结果难 以做到全面．因此，结合不同荷载作用下混凝土构件 内的应力分布状况，来研究裂缝的产生、特征及分布 规律，对混凝土结构的力学性能及耐久性研究则具 有非常重要的意义． １试验概况 试验主要通过理论研究与数值模拟，研究弯矩 作用下钢筋混凝土构件的裂缝的产生、特征与发展 规律．试验拟定的混凝土构件尺寸为１００ ｍｍ×１００ ｍｍＸ４００ ｍｍ．在构件产生裂缝的一侧布设纵向钢 筋，２个配筋构件相背放置，纵向钢筋采用直径６ ｍｍ的圆钢或螺纹钢．两块构件中间夹圆钢垫棒，两 端对穿螺杆，用螺栓固定，上紧螺栓造成构件截面处 于三点受弯状态（见图１）．在这种情况下，构件跨中 部位则受的弯矩较大而受到的剪力非常小，在这一 部位产生的裂缝，则可近似地认为主要是由弯矩造 成的． 预埋 图１构件加载示意图 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｌｏａｄ 由表２可见，试验共考虑３种因素，每种因素考 虑２种状况．各种状况交叉考虑，共有８种研究状 况，每种研究状况制作４组构件，共制作３２组构件． 每组构件制作３块，共９６块构件．试验时可将９６块 构件组装成４８组加载构件组进行试验．构件内部预 埋钢筋横断面示意图见图２． 纵向钢筋 纵向钢筋 图２构件内部预埋钢筋横断面示意图 Ｆｉ．ｇ２ Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｂａｒ ｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ２试验结果及分析 进行试验时，先在构件表面沿构件纵向划出刻 度，以便观测不同位置时的裂缝宽度．在试验过程 中，使用加力架对构件进行加载，然后用读数显微镜 观察裂缝表面宽度（见图３、图４）．对于构件的裂缝， 按照开裂位置的不同分为顶部裂缝、底部裂缝及侧 面裂缝等，裂缝分布见图５．其中，顶部裂缝开裂，上 部两侧面裂缝也会对应开裂．底部裂缝开裂，下部两 侧面裂缝也会对应开裂．因此，统计构件裂缝开裂数 量时，仅统计构件顶底部裂缝数量就可． 试验主要研究两个方面的问题：一是弯矩作用 下混凝土裂缝的形状，二是钢筋部位裂缝的变化． 对于裂缝深度的观测，由于弯矩作用下构件的 裂缝首先在顶底部开裂，然后向中间部位发展，因此 首先可以观察构件侧面的裂缝开展状况，然后通过 将构件内部的裂缝情况与侧面表面的裂缝情况进行 对比，进而确定弯矩作用下构件内部裂缝的宽度和 深度． 第１期 膊先习等：受弯钢筋混凝土构件裂缝开展规律的 验研究 图３待检构件 Ｆｉｇ．３ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｔｏ ｂｅ ｔｅｓｔｅｄ 图４施加荷载后的构件 Ｆｉｇ．４ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｆｔＥＥ＼ ｅｒ ｌｏａｄｉｎｇ Ｏ ０ ０ ０ Ｏ ０ ０ ７ ６ ５ ４ ３，一● 顶而裂缝．．．～ ／ ／二＝ｌ，上部Ａ侧裂缝 ｌ：部Ｂ侧裂缝一】 ： ＼一斗Ｉ下部Ａ侧裂缝 ｝ｌ’ｌ、ｊ／ 下部Ｂ侧裂缝，， Ｌｊ，／～～底而裂缝 图５构件裂缝分布 Ｆｉｇ．５ Ｃｒａｃｋ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ２．１构件侧面裂缝分布规律 构件侧面裂缝分布即构件顶底面的裂缝在侧面 上的反映．结合实验的具体情况，选择具有代表性的 构件进行分析．图６即为两组具有代表性的构件侧 面裂缝宽度及深度图．在图中，裂缝长度是指裂缝宽 度量测部位距构件顶底面距离，即裂缝的深度．裂缝 宽度是指量测部位的裂缝表面宽度． 由图６可知，裂缝的宽度在构件顶底部时最宽， 随着裂缝长度的增加不断减小，一直到裂缝开裂端 部．因此，由构件侧面裂缝宽度硬深度的变化规律可 知，裂缝近似呈楔形． ２．２裂缝内外深度变化情况 关于构件内部与表面的裂缝状态的研究，试验 采用了两种方法．一种是先用墨水灌人裂缝内，待裂 缝充分渗透后，先在构件侧而量出裂缝的深度，然后 将构件凿开，看构件内部墨水渗透的深度，以此确定 构件内部的裂缝深度，见图７、图８．另一种是直接用 切割机将构件沿垂直于裂缝的方向切开，直接观测 构件内部裂缝深度．见 ９、图１０．通过将两种方式 观测得到的结果进行综合分析得知，在构件内部沿 ２ ３ ４ ５ ６ 裂缝长度／ｃｌｌ１ 《ｆ１） ０ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ 裂缝长度／ｃｒｌｌ 图６构件侧面裂缝宽度及深度 Ｆｉｇ．６ Ｗｉｄｔｈ ａｎｄ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ ｏｎ ｃ￣ｎｐｏｎｅｎｔ ｓｉｄｅ ｓｕｒｆａｃｅ 图７裂缝内红墨水灌注 Ｆｉｇ．７ Ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ ｏｆ ｃｒａｃ￣ｗｉｔｈ ｒｅｄ ｉｎｋ 图８裂缝内红墨水深度查看 Ｆｉｇ．８ Ｃｈｅｃｋ ｏｎ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｒｅｄ ｉｎｋ ｉｎ ｃｒａｃｋｓ 垂直于裂缝方向的任一部位的裂缝宽度和深度，町 近似以构件两侧边的裂缝宽度和深度为依据，采用 直线内插的方法求得．通过对构件两侧裂缝形状的 观察，结合裂缝内外宽度及深度的对比可知，在弯矩 的作用下，构件裂缝横断面近似为楔形． 兰州理工大学学报 第４３卷 Ｅ Ｅ ＼ 图９构件切割 Ｆｉｇ．９ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｃｕｔｔｉｎｇ Ｏ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ ｌＯ 裂缝部位／ｃｍ （ａ）厚度】．５ ｃｍ Ｅ 兰 ＼ 群 图ｌＯ构件内部裂缝深度观测 Ｆｉｇ．１０Ｏ ７ ￣Ｏ ６ ｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｃｒａｃｋ ｄｅｐｔｈ ｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｏ ５ Ｏ ４ ０ ３ Ｏ ２ ０ ， ● ４ ２ Ｏ Ｏ ８ Ｏ ６ Ｏ ４ Ｏ ２ Ｏ Ｉ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ ２．３构件顶底面裂缝分布规律 裂缝部位／ｔｉｌｌ （ｂ）厚度２ ５ ｃｍ 对于构件顶底面的裂缝，按照每个构件中的钢 筋根数、钢筋表面形状以及钢筋保护层厚度的不同 进行分类．下面分别选择有代表性的状况进行分析． 首先选择单根预埋钢筋的构件进行分析．图１１、图 １２为单根预埋钢筋的构件顶底面裂缝开展情况代 表图．在图中，构件顶底面横断面长度为１０ ｃｍ，裂 缝部位的Ｏ～１０表示裂缝在顶底面的横向位置，也 就是裂缝纵向的位置．裂缝宽度即表示这一部位的 裂缝表面宽度． Ｏ ８ Ｅ ０ ７ 图ｌ２单根螺纹钢保护层构件裂缝 Ｆｉ．１２ Ｃｒｇａｃｋｓ ｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ ｔｈｒｅａｄ ｓｔｅｅｌ ｂａｒ ｉｎ ｃｏｖｅｒｉｎｇ ｌａｙｅｒ 通过对图１ｌ进行分析可知，对于单根圆钢，裂 缝有以下特点． １）在顶部中间位置附近，亦即预埋钢筋的位 置，裂缝都出现宽度减小的现象，但裂缝宽度最小位 置都不在钢筋正上方，而是稍偏离中间位置． ２）顶部中间位置附近裂缝宽度减小，说明圆钢 对混凝土的裂缝开展起到一定的控制作用． 通过对图１２的分析可知，对于单根螺纹钢，裂 缝有以下特点． 蠢０ ６ 憾Ｏ ５ 。一４ １）在顶部中间位置附近，裂缝都出现了宽度减 小的现象，且裂缝宽度较小部分的中间位置，与钢筋 顶部正上方吻合较好． ２）对于施加荷载的构件组而言，上部和下部构 件均出现了混凝土开裂现象，有的顶底面上还出现 了两条裂缝，这与圆钢条件下两个构件仅一个出现 裂缝的现象不同．这说明采用螺纹钢时，即使一个构 件出现了裂缝，由于钢筋与混凝土的咬合力较强，开 裂缝部位／ｅｒａ （ａ）厚度１ ５ｔｉｌｌ Ｏ＿３ Ｏ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ ｌ０ ￡ 曼 ＼ ０ １ ２ ３ ４ ５ ６●７ ８ ９ ｌ０ 裂的构件仍能较好地承受荷载，因此导致另一个构 件也出现裂缝．而不像圆钢那样，一侧开裂后施加荷 载时，由于钢筋与混凝土容易出现相对滑移，开裂一 裂缝部位／ｃｍ （ｂ）厚度２ ５ ｃｎｌ 图１ １单根圆钢保护层构件裂缝 Ｆｉｇ．１１ Ｃｒａｃｋｓ ｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ ｒｏｕｎｄ ｓｔｅｅｌ ｂａｒ ｉｎ ｃｏｖｅｒｉｎｇ ｌａｙｅｒ 侧的裂缝宽度增加较快，因此未开裂的一侧则可能 不出现裂缝． 第１期 唐先习等：受弯钢筋混凝土构件裂缝开展规律的试验研究 以上情况说明，螺纹钢对裂缝的开展起到了很 通过对图１３的分析可知，对于双根圆钢，裂缝 有以下特点． 好的控制作用，控制效果要好于圆钢的控制效果． 图１３、图１４为双根预埋钢筋的构件顶底面裂 】）在顶部钢筋位置附近，大多数裂缝出现宽度 缝开展情况代表图． ０．２５ ｒ ＋顶部裂缝 之０．ｏ．２１０， ５ 卜 Ｖ 。．。 Ｉ＼、＿… ／ 八．． ／ Ｉ． 量４．０ ３．５ 霸３＿０ ２．５ ０ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ 裂缝部位／ｅｒａ （ｂ）厚度２．５ ｃｍ 图ｌ３双根圆钢保护层的构件裂缝 Ｆｉｇ．１３ Ｃｒａｃｋｓ ｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｗｉｔｈ ｄｏｕｂｌｅ ｒｏｕｎｄ ｓｔｅｅｌ ｂａｒ ｉｎ ｃｏｖｅｒｉｎｇ ｌａｙｅｒ Ｏ １２ Ｏ．１０ ｇ Ｏ．０８ ０．０６ ０．０４ 岍 ０．Ｏ２ ０ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １Ｏ 裂缝部位／ｃｍ （ａ）厚度１．５ ｃｍ ０ Ｏ９ Ｏ ０８ ０．Ｏ７ 暑０ Ｏ６ ０．０５ 髑０ ０４ ０ ０３ ０ Ｏ２ Ｏ．Ｏｌ ０ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ ｌ０ 裂缝部位／ｃｍ （ｂ）厚度２．５ ｃｍ 图１４双根螺纹钢保护层的构件裂缝 Ｆｉｇ．１４ Ｃｒａｃｋｓ ｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｗｉｔｈ ｄｏｕｂｌｅ ｔｈｒｅａｄ ｓｔｅｅｌ ｂａｒ ｉｎ ｃｏｖｅｒｉｎｇ ｌａｙｅｒ 减小的现象，但裂缝最小位置多数不在钢筋正上方． ２）裂缝宽度减小，说明圆钢对混凝土的裂缝开 展起到一定的控制作用． ３）双筋情况下钢筋上部裂缝减小程度相对于 钢筋较远处而言，要小于单筋情况下的裂缝减小程 度，此情况不是说明双筋情况下钢筋对裂缝的开裂 控制效果小于单筋情况，而恰恰说明了在构件顶部 的宽度范围内，配置两根钢筋则可以较好地控制整 个顶部范围内裂缝的开裂情况．单根时，钢筋的作用 不能有效地控制顶部宽度的混凝土开裂，而离钢筋 较远部位裂缝宽度较大． 通过对图１４的分析可知，对于双根螺纹钢，裂 缝有以下特点． １）在顶部钢筋位置附近，裂缝大多出现了宽度 减小的现象，且裂缝宽度较小部分的中间位置与钢 筋顶部正上方基本吻合． ２）对于施加荷载的两块构件而言，上部和下部 构件外侧均出现了混凝土开裂现象，有的一个面上 还出现了２条甚至３条裂缝，与圆钢条件下两个构 件仅有一个构件出现１条裂缝的现象不同． ３）通过对单筋和双筋的构件开裂情况对比可 见，对于双筋条件下出现的裂缝，裂缝数量较多，但 一条裂缝出现分叉的情况则较少． ４）以上情况说明，螺纹钢对裂缝的开展起到很 好的控制作用，且控制效果要好于圆钢的控制效果． 表３为试验过程中部分构件组的顶底部裂缝数 量统计表．由表３可以看出，预埋螺纹钢的构件裂缝 数量要多于预埋圆钢的构件裂缝数量，预埋双筋的 构件裂缝数量要多于预埋单筋的构件裂缝数量．这 也从另一个方面说明，采用双筋或螺纹钢时，钢筋与 混凝土的黏结力较大，虽然混凝土出现裂缝，但仍能 表３构件顶底部裂缝数量 Ｔａｂ．３ Ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ ａｔ ｔｏｐ ａｎｄ ｂｏｔｔｏｍ ｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔ 兰州理工大学学报 第４３卷 很好地承受荷载，因此导致其他部位和另一个构件 出现裂缝． ３结论 １）系统地研究了弯矩作用下混凝土裂缝表面 宽度与深度的关系，得出了裂缝的横断面形状近似 为楔形的结论．完善了以往混凝土裂缝研究中仅以 裂缝表面宽度为研究依据的方法，为混凝土裂缝以 及混凝土结构耐久性的研究提供了新思路． ２）对于弯矩作用下混凝土结构生成的裂缝而 言，如果结构的宽度未超过一定的范围，当已知结构 两侧面裂缝的宽度及深度时，可近似地沿裂缝方向 用直线内插法确定结构内部裂缝的宽度及深度． ３）由构件顶底面的裂缝分布规律可知，螺纹钢 对混凝土的开裂控制要好于圆钢；双根钢筋对裂缝 的控制效果好于单根钢筋．这说明在一定的数值范 围内，钢筋布置较密比钢筋布置稀疏更有利于对混 凝土开裂的控制．通过对不同保护层厚度构件的裂 缝开裂规律进行对比，保护层越小，出现开裂的可能 性越大． ４）研究中仅考虑了不同钢筋条件下裂缝形状 的差别，未涉及到不同钢筋条件时裂缝宽度对应的 施加荷载值的大小；同时仅采用Ｃ６０这一种标号的 混凝土，而未进行不同标号混凝土的比较，在今后的 研究中应当完善． 参考文献： ［１］ＴＡＮＧ Ｘｉａｎｘｉ，ＺＨＵ Ｙａｎｐｅｎｇ，ＴＡＮＧ Ｘｉａｎｚｈｏｕ，ｅｔ ａ１．Ａｎａｌｙ— ｓｉｓ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ ｉｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｅａｍ ｉｍｐａｃｔｅｄ ｂｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈ— ｎｏｌｏｇｙ口］．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１２，１７０：３２１６— ３２１９． ［２］张登祥，杨伟军．混凝土早期约束收缩开裂机理及试验研究 ［Ｊ１．铁道学报，２０１１，３３（２）：１０１—１０６． ［３］刘有志，张国新．混凝土干缩开裂机理宏、细观力学分析研究进 展［Ｊ］．水力发电，２０１．３，３９（４）：２４—２．８． ［４］欧阳威，谢永江，朱长华，等一 凝土结构裂缝宽度限值研究综 述口］．铁道标准设计，２０１５，５９（８）：７５—８０． ［５］成盛，金南国，田野，等．混凝土裂缝特征参数的图形化定 量分析新方法［Ｊ］＿浙江大学学报（工学版），２０１１，４５（６）： １０６２—１０６６． ［６］ ＡＭＥＥＮ Ｍ，ＰＲＡＳＡＤ Ｂ Ｋ Ｒ，ＧＯＰＡＩ ＡＫＲＩＳＨＮＡＮ Ａ Ｒ． Ｍｏｄｃｌｉｎｇ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｒａｃｋｉｎｇ：ａ ｈｙｂｒｉｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ｄｉｓ— ｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｄｉｒｅｃｔ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｉｔｈ Ｂｏｕｎｄａｒｙ Ｅｌｅ－ ｍｅｎｔｓ，２０１１，３５（９）：１０５４—１０５９． ｒ７］ＡＵＲＩＣＨ Ｍ，ＡＭＩ￣ＲＩＣＯＦＣ，ＢＩＴｒＥＮＣＯＵＲＴＴＮ，ｅｔａ１．Ｒ— ｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｒａｃｋｉｇｎ ａｔ ｅａｒｌｙ ａｇｅ［Ｊ］． 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