大體積混凝土溫度裂縫控制及分析

1、:www.paper.1大體積混凝土溫度裂縫控制及分析大體積混凝土溫度裂縫控制及分析徐偉，吳春萍合肥工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，安徽合肥（230009）摘要：要：大體積混凝土中的裂縫大部分是由于體積變形引起的而在變形引起的裂縫中溫度作用是主要原因之一。文中簡述了溫度效應(yīng)引起的結(jié)構(gòu)裂縫特點以及目前常用的計算模擬模型，并利用有限元分析軟件ANSYS模擬某大體積混凝土工程施工階段溫度應(yīng)力場，該模型為設(shè)計提供了依據(jù)，在算例的基礎(chǔ)上說明有限元法在溫

2、度效應(yīng)計算方面具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：大體積混凝土；溫度應(yīng)力；溫度裂縫；裂縫控制；有限元分析；ANSYS前言前言大體積混凝土硬化期間，由于水泥釋放水化熱，混凝土的溫度升高，混凝土內(nèi)外溫差增大。由于混凝土溫度劇烈變化，極易引起裂縫，即溫度裂縫[1]。如何采取有效措施，防止溫度應(yīng)力造成混凝土出現(xiàn)有害溫度裂縫，一直是大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工的一個重大問題。本文就大體積混凝土溫度裂縫控制進(jìn)行探討，并通過溫度應(yīng)力分析指出ANSYS在溫度應(yīng)

3、力中的廣闊應(yīng)用前景。1.大體積混凝土裂縫形成的原因及形式大體積混凝土裂縫形成的原因及形式對于什么是大體積混凝土，目前國內(nèi)外尚無明確的定義。中國建筑工程總公司在混凝土施工工藝標(biāo)準(zhǔn)中指出：大體積混凝土是最小斷面任何一個方向尺寸大于0.8m以上的混凝土結(jié)構(gòu)，其尺寸已大到必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施降低其溫差，控制溫度應(yīng)力與裂縫開展的混凝土。這個定義強調(diào)兩點即：最小斷面尺寸的任一方向均在0.8m以上和必須控制溫度應(yīng)力而引起的開裂[1]。大體積混凝土的

4、裂縫主要有以下兩種形式[2]。1.1溫差裂縫溫差裂縫大體積混凝土由于橫斷面面積大體積較厚且混凝土自身的導(dǎo)熱性又很差因此水泥水化過程發(fā)出的熱量聚集于內(nèi)部不易散失。隨著混凝土齡期的增長彈性模量亦隨之不斷提高對混凝土內(nèi)部降溫收縮的約束也就愈來愈大以至于在混凝土表面產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。當(dāng)混凝土的抗拉強度不足以抵抗這種拉應(yīng)力時混凝土便開始出現(xiàn)裂縫這種由于混凝土內(nèi)外溫差產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變而引起的裂縫稱為溫差裂縫。1.2干縮裂縫干縮裂縫混凝土的拌合、水泥的

5、水化都離不開水這些和入混凝土的水分除少部分參與水泥水化外其余都會在水泥硬化過程中陸續(xù)蒸發(fā)掉并伴隨引發(fā)混凝土體積的收縮。當(dāng)這種收縮變形受到約束、結(jié)構(gòu)應(yīng)力超過混凝土的強度極限時就會引起混凝土結(jié)構(gòu)的干縮裂縫。很明顯抑制干縮裂縫的途徑一是設(shè)法降低拌合混凝土的水灰比減少混凝土中的含水量降低混凝土的體積收縮率二是加強對混凝土的養(yǎng)護(hù)延緩混凝土的收縮時間待混凝土形成較高強度后自身就可以抵御混凝土的收縮應(yīng)力。2.溫度裂縫的產(chǎn)生原因分析溫度裂縫的產(chǎn)生原因分

6、析:www.paper.3在0.3%0.5%之間。受力鋼筋能滿足變形要求的，不再增加溫度筋；構(gòu)造筋不能起到抗約束作用的，應(yīng)增配溫度筋。3.1.2超長工程不設(shè)置伸縮縫須有裂縫控制措施。3.1.3設(shè)滑動層和壓縮層。這樣可以讓混凝土結(jié)構(gòu)減少由于溫度應(yīng)力而引起的自約束的影響。對控制溫度裂縫起到較有效的作用。3.1.4設(shè)置“暗梁”。對于一般厚度不大，高度也不高的結(jié)構(gòu)因為邊緣效應(yīng)會引起上寬下窄的裂縫。為此在此結(jié)構(gòu)縱橫斷面的四角，以及施工縫上下配粗筋

7、予以加強，即做“暗梁”。這樣處理后，易裂的薄弱部位含鋼率增大，混凝土極限拉伸提高，結(jié)構(gòu)抗裂性得到增強。3.1.5從構(gòu)造上提高混凝土極限拉伸及抗拉強度可以有效的提高“抗”的作用。設(shè)置“后澆逢”可以控制施工期間較大溫差與收縮應(yīng)力。適當(dāng)增配預(yù)應(yīng)力筋，以預(yù)應(yīng)力筋的張拉力來抗混凝土的溫度收縮應(yīng)力。3.2施工階段的控制施工階段的控制3.2.1嚴(yán)格控制混凝土原材料的質(zhì)量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。特別在泵送混凝土工藝中一定要采取“精料方針”，粗細(xì)骨料的含泥量應(yīng)盡量減

8、?。?%1.5%），盡量選用水化熱較小的礦渣硅酸鹽水泥。3.2.2混凝土集料的配比應(yīng)做細(xì)致分析，強度等級和水化熱及收縮有矛盾，應(yīng)根據(jù)工程所處條件進(jìn)行最優(yōu)方案選擇?；炷恋乃冶群苤匾瑧?yīng)力滿足強度要求及泵送工藝要求條件下盡可能降低，為此摻入減水劑是必要的。3.2.3對于厚度較大的混凝土結(jié)構(gòu)宜采用分層澆筑，體積過大的應(yīng)采用補償收縮混凝土，即摻入膨脹劑.根據(jù)工程特點，利用后期強度，如60d，90d，120d強度，允許工程在60d，90d或1

9、20d達(dá)到設(shè)計強度，這樣可以減少水泥用量，減少水化熱和收縮。3.2.4盡可能降低泵送混凝土溫度，因為溫度裂縫主要是水化熱降溫引起的拉應(yīng)力，也盡可能減少入模溫度，薄層連續(xù)澆筑，隨后采取保溫養(yǎng)護(hù)，以減少內(nèi)外溫差，注意要緩慢降溫，為混凝土創(chuàng)造充分應(yīng)力松弛的條件。3.2.5混凝土拆模時間要根據(jù)工程具體條件確定，應(yīng)盡可能多養(yǎng)護(hù)一段時間。拆模后混凝土表面的溫度不應(yīng)下降15℃以上。拆模后還要加強養(yǎng)護(hù)，采取保溫、保濕等養(yǎng)護(hù)措施控制好中心及表面溫差、表面

10、和大氣溫差各溫差必須控制在25℃范圍內(nèi)。4.工程實例分析工程實例分析溫度裂縫涉及多方面因素，溫度效應(yīng)的計算也相當(dāng)復(fù)雜，我國規(guī)范也未對其做出計算描述。王鐵夢教授根據(jù)工程實際提出了“王鐵夢法”來計算溫度效應(yīng)在大量工程中得到應(yīng)用并取得成功。隨著計算力學(xué)和材料本構(gòu)的不斷發(fā)展采用有限元方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)計算已成為一種新途徑?！巴蹊F夢法”主要適用于大型基礎(chǔ)底板及長墻等受均勻約束的結(jié)構(gòu)。它根據(jù)混凝土開裂的本質(zhì)原因利用二維平面應(yīng)力模型建立了溫度應(yīng)力計