某工程悬挑梁裂缝原因分析及思考

齐元荣 魏晓东 陶化庆 刘文祥
　　（山东省建筑设计研究院鉴定加固设计所，济南 256100）
　　摘 要：结合某厂区内一出现裂缝的悬挑梁,通过对比现行混凝土结构设计规范中的混凝土梁及牛腿抗剪承载力公式,提出对荷载较大且剪跨比1<λ <1.5的悬挑梁，其抗剪承载力需参照牛腿斜裂缝控制要求进行计算。
　　关键词：剪跨比 悬挑梁 牛腿 裂缝控制

　　1 工程概况
　　菏泽某工业厂区内焦化工程，钢筋混凝土框架结构，共二层，无楼板，上部结构仅有梁柱构件。上层梁支承设备管道，下层悬挑梁支承拦焦车的轨道梁，悬挑梁截面尺寸为450x1200mm，自柱边挑出尺寸为1750mm，轨道梁受力中心点距柱边为1400mm，Fvk=800kN，受力简图如图1所示。钢筋混凝土设计强度等级为C35，悬挑梁箍筋为Ф10@100(4)。该工程设计完成日期为2010年9月，竣工日期为2011年3月，同年8月投入使用，挑入不久后就发现悬挑梁开裂，裂缝形态如图2所示。经现场检测后，裂缝产生原因已排除混凝土强度及钢筋设置不满足设计要求。

　　即混凝土部分承担的抗剪力约占总抗力的44%。按照现行混凝土结构设计规范中关于牛腿裂缝控制.
　　2 裂缝原因分析
　　从图2所示裂缝形态看，该裂缝属斜压破坏，抗剪承载力不足所致。根据现行混凝土结构设计规范斜截面承载力计算公式（如下）进行复核计算，

　　结果却表明，按（1）计算的抗剪承载力满足荷载要求。计算时取剪跨比λ =1.5,由公式右端第一项要求计算公式（如下）进行复核计算，

　　结果表明，按（2）式计算的抗剪承载力远远不能满足荷载要求。计算时取Fhk=0，按（2）式计算可保证斜裂缝宽度不超过0.1mm。
　　在本工程中，悬挑梁受力几乎全部为轨道梁传来的集中荷载，（1）式可表达为：

　　（2）式中支承吊车梁时β =0.65，又Fhk=0，（2）式进一步表达为：

　　(4)
　　且轨道梁传来的集中荷载几乎全部为活荷载，活荷载分项系数为1.4,即；混凝土抗拉强度设计值与标准值之间存在,将此两式代入（4）式，可得到 (5) 比较第（3）式中第一项与第（5）式，当1<λ <1.5时，

　　这说明按（3）计算时仅混凝土承担的抗剪承载力已经大于按牛腿裂缝控制所得出的承载力。而上文中提及本工程中混凝土部分承担的抗剪力约占总抗力的44%，其余大部分是由箍筋承担的。如果按照梁的抗剪承载力为控制条件进行设计，不以斜裂缝宽度为控制条件，将产生很宽的斜裂缝甚至断裂。
　　本工程中λ=1.21，从裂缝形态看，受力机理更接近于牛腿，设计时只按照梁的抗剪承载力为控制条件，未控制裂缝宽度，是本工程悬挑梁裂缝产生的原因。
　　3 启示及思考
　　3.1 现行混凝土结构设计规范中对牛腿的定义为，对于的悬臂梁不能划分到牛腿的范畴内，但如果仅按照（1）式进行斜截面承载力计算，不进行斜裂缝宽度验算，特别是在工业建筑中荷载较大时，会带来极大的安全隐患；由于现行混凝土结构设计规范没有规定斜截面裂缝计算公式，故本文建议对荷载较大且剪跨比1<λ<1.5的悬挑梁，应参照牛腿裂缝控制要求来合理选取悬挑梁截面尺寸。
　　3.2 对荷载较大且剪跨比1<λ<1.5的悬挑梁，特别是挑梁尾部有集中力作用时，应参照牛腿设置水平箍筋及弯起钢筋，弯起钢筋要求“宜采用HRB400或HRB500级热轧带肋钢筋，并使其与集中荷载作用点到牛腿斜边下端点连线的交点位于牛腿上部L/6～L/2之间的范围内，L为该连线的长度。”水平箍筋及弯起钢筋能有效减缓或阻止斜截面裂缝的开展。
　　基于以上两点，本工程的加固处理方案也明确为（1）在原悬挑梁下部增大截面，使其满足牛腿裂缝控制要求；（2）在原挑梁两侧粘贴竖向及横向钢板，作用等同于水平箍筋及弯起钢筋，阻止斜截面裂缝的继续开展。具体实施的加固方案如图3所示，加固处理后满足轨道梁荷载要求，运行良好至今，同样说明本工程加固方案正确，达到了良好的加固效果。

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