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第3章 结构裂损(缝)机理
教学提示:结构裂缝是工程事故的先兆,拒绝一切重大事故,首先必须从拒绝结构裂缝开始。因此,首先必须关注结构裂缝现象,熟悉结构裂缝机理。
教学要求:要求学生以侦察兵的态度去对待结构裂缝现象,用敏锐的眼光去盯住敌人、分析敌情、拒绝事故。
结构裂缝问题看似简单,其实蕴含着相当复杂的机理,稍有忽视就可能造成惨重的工程事故。结构裂缝类别繁多,产生的原因也是多种多样的,要防止工程事故的发生,就要研究它。
结构裂缝与工程事故之间的关系
结构裂缝定义及其研究范围
结构裂缝机理
结构裂缝分类
结构裂缝检测、鉴定、封闭与加固
本章内容
思考题与习题
结构裂缝与工程事故之间的关系
一. 体温失常和结构裂缝
人体的健康状态,大多从体温变化上反应出来。体温高低异常,一定是病的征兆。同样,工程结构是否在正常情况之下运行?结构安全方面是否存在问题?就必须先从结构的变形和裂缝检查开始。结构存在裂缝,就是工程有问题,就是可能出现事故的预兆。因此,关注裂缝、研究裂缝,是一件十分重要的工作。
结构裂缝与工程事故之间的关系
二. 疾病诊断和裂缝检测
疾病诊断,贵在及时。不能及时提前把疾病诊断出来,把病情控制、消除在其早期初发阶段,而是等病情爆发,治疗难度就大了,需要付出的代价就高了。有经验的医师能从一个“健壮如牛”的人的表面特征看出其是否已“病入膏肓”,还不需要作多少病理检测工作,凭摸脉搏、量体温、看舌苔、观气色就能知病情,作诊断。同样,有素养的工程师,也应该能从工程结构中那些尚在早期孕育阶段、被人们所忽视的细小裂缝,预见到其发展趋势和安危状态,并及时采取措施,将事故隐患消除于萌芽状态。这就是研究结构裂缝机理的目的。如果对结构裂缝采取视而不见的态度,任其发展,则很可能在一夜之间,构成工程倒塌事故,造成人们生命财产的巨大损失。
结构裂缝与工程事故之间的关系
三. 结构裂缝与工程事故
结构裂缝从其孕育阶段裸眼难辨的微裂现象开始,逐渐发育拓展,引起构件损伤、结构变形、体系失稳,最后发展到工程坍毁。从这一发生发展的全过程看,有其必然性,也有规律。但从时间上看,则差异很大。有些裂缝发展缓慢,可以经历多少年,而结构却能坚持不倒;而有些裂缝则发展迅猛,一夜之间,连锁反应,恶性循环,就可能发展成坍塌事故。总之,结构裂缝机理涉及到很多物理力学因素和工程环境条件,是十分复杂的问题,很值得深入研究。
结构裂缝定义及其研究范围
为了便于对结构裂缝进行研究,首先必须对结构裂缝的定义和计划研究的范围做出规定。
一. 定义
凡是工程结构都由具有一定材料强度的结构构件组成。所谓材料强度,实际上是指组成材料的分子结构(微观结构)之间具有足够的黏附力、咬合力和内聚力。由于某种外力或内力的破坏作用,导致结构材料分子之间的黏附力、咬合力和内聚力降低或消失,而使材料分子之间沿一定的界面线互相分离,这条分离线或分离界面即成为结构裂缝。对这种内在或外来的作用力产生的原因、性质、及其后果进行全过程研究,就是对结构裂缝的研究。
结构裂缝定义及其研究范围
二. 范围
由于结构类型和结构体系种类繁多,各种不同类型和体系的结构裂缝的性质和机理也截然不同。本书所指的结构裂缝,仅限于砖混结构裂缝和钢筋混凝土结构裂缝,尤其是以钢筋混凝土结构为主体来进行讨论,暂不涉及钢结构裂缝、塑纤结构裂缝和薄膜结构裂缝等新内容。
结构裂缝机理
结构裂缝机理与以下多种表征着结构裂缝特性的要素密切相关。
一. 裂缝部位
随着裂缝所在建筑结构上部位的不同,其开裂机理的不同,产生的原因和后果也不同。因为不同的结构部位有其不同的受力(荷载)条件和不同的抵抗(承载力)能力。因此也就有其不同的开裂机理、发展趋势和后果。根据部位不同,可以细分为以下几种不同裂缝。
(1) 基础裂缝。分布在独立基础上、条形基础上、筏板基础上或箱型基础上,多因地基沉降不均引起。以筏板上出现的贯通裂缝危险性为最大。
(2) 墙面裂缝。分砖墙裂缝、剪力墙裂缝、填充墙裂缝等不同情况。
结构裂缝定义及其研究范围
(4) 梁身裂缝。分梁底面裂缝、梁侧面裂缝、梁端倾斜缝等几种情况,以梁端倾斜裂缝危险性为最大。梁底保护层裂缝较细微而密集,梁侧立面枣核型裂缝最显眼,容易引起关注。
(5) 节点裂缝。危险性极大,加固处理难度最大。但出现几率不高。
(6) 楼板裂缝。裂缝几率最高,直接影响使用功能,最为用户所关注,呼声最高。
(7) 屋面板裂缝。机理复杂,原因多样,涉及屋面防水功能,处理难度大。