混凝土收缩裂缝的计算机理及防治措施.pdf
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1、第 3 2卷 第 3期 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 2 0 1 1 笠 6 月 混凝土收缩裂缝的计算机理及防治措施 胡和平 ( 中国瑞林工程技术有限公司, 江西南昌 3 3 0 0 0 2 ) 摘 要 介绍混凝土收缩裂缝的计算机理 , 分析混凝土收缩裂缝的形成原 因, 提 出裂缝 防治措施 , 并通 过 工程 实例介 绍其 处理 方 法 ( 关键词 收缩裂缝 ; 形成原 因; 防治措施 中图分类号 : T U 5 0 1 文献标识码 : B 文章 编号 : 1 0 0 4 4 3 4 5 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 0 3 1 0 3 Ca l c u l a t i o n
2、M e c h a n i s m a n d Co n t r o l M e a s u r e s o f S h r i n k a g e Cr a c k s o f Co n c r e t e HU He pi ng ( C h i n a Ne r i n E n g i n e e rin g C o , L t d , Na n c h a n g , J i a n g x i 3 3 0 0 0 2 , C h i n a ) Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e c a l c u l
3、a t i o n me c h a n i s m o f s h ri n k a g e c r a c k s o f c o n c r e t e ,a n a l y z e t h e c a u s e s , a n d p u t f o r wa r d c o n t r o l m e a s u r e s o f s h ri n k a g e c r a c k s o f c o n c r e t e , a n d e l a b o r a t e i t s t r e a t me n t me t h o d t h r o u g h p r
4、 o j e c t p r a c t i c e s Ke y wo r d s s h ri n k a g e c r a c k s ; c a u s e s ; c o n t r o l me a s u r e s 混凝土结构是应用最为广泛的结构形式之一 , 然而由于混凝土的抗拉强度和极限拉应变都 比较 低, 许多混凝土结构在建设与使用过程中出现了不 同程度、 不同形式的裂缝。 混凝土的裂缝不仅影响了 结构的外观和使用性能, 甚至对结构的安全性都产 生了一定影响。本文结合某冶炼厂转炉风机基础设 计, 剖析混凝土早期裂缝产生的原因及相应的控制 处理措施【 l 1 。 1 混凝土
5、收缩裂缝的计算机理 混凝土在凝固过程中失水, 发生收缩。 凝固后随 着环境湿度的变化, 又有水分交换而发生体积收缩 或膨胀。混凝土和环境中水分交换都必须经由构件 表面, 故混凝土构件的表面和内部含水量( 湿度 ) 不 等 , 一般是连续的不均匀湿度场。仿照传热学的方 法 , 可建立起 混凝土和周 围环境的水分交换微分方 程求解, 或用有限元方法计算湿度场 , 并确定收缩 量。 下面只介绍一维收缩场问题及构件的相应力学 反应 。 以一个不对称配筋的矩形截面钢筋混凝土梁为 例 , 若在 t 时刻发生 的( 自由 ) 收缩量 沿截面宽度为 常数 , 沿高度为非线性变化 fv ) , 构件的截面应力
6、和变形的一般分析方法如下。 1 ) 变形条件若混凝土沿截面高度没有任何 约束, 发生自由收缩后构件变形为非线性。 当钢筋和 混凝土的粘结完好且无相对滑移时, 收缩变形受到 钢筋的约束而减少。取截面上、 下端的收缩应变 和 占 为 基本 未知量 , 距 下表面 Y处 的收缩应 变为 y= 【+ 。 相当于混凝土从自由收缩应变 凡 凡 往外拉伸应变为s c: 8 一 8 y= 8 出 一 ( 【+ ) , I t , 上、 下表面混凝土的拉伸应变分别为 占 O _ 和 ( o ) 一 。此时, 上下钢筋的收缩应变分别为 = 鱼 I+ , = 【+ 凡 凡 凡 2 ) 物理( 本构) 关系_其混凝土
7、的非线性受拉 本构关系( 一维) : 初始切线弹性模量为 , 随应变值 变化的塑性系数为 A ( 1 0 ) , 即得混凝土的拉应力 O c= A 。 ; 钢筋的应力一般远低于其屈服强度, 取弹 性模量 E则有 O r s v : E : 。 和 O s = E s E $ 。 收稿日期: 2 0 1 1 - O 1 2 1 作者简介: 胡和平( 1 9 7 O 一) , 男, 全国一级注册结构师, 主要从事结构设计工作。 3 2 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第 3 2卷 3 ) 内力平衡条件混凝土收缩后截面应力 自 成平衡 , 内力仍为零 : : 0 , o ; h I t r f
8、f o b d y = o s A + 0 , a r ab y d - -o 川 ) 仃 0 将上述方程式依次代人, 只出现两个基本未知量 和 钆, 对任一时刻 的收缩量 , 上述方程式 即可计 算截面应力, 得钢筋受压而混凝土受拉, 截面的曲率 为 1: 一8 t- B b ( P 为曲率半径) 。由此可计算混凝 P h 土收缩后的构件翘曲变形 ( 转角和挠度 ) 闭 。 2 混凝土收缩裂缝及其产生的原因 根据裂缝产生的时间可以分为施工期间出现的 裂缝和使用期间出现的裂缝 , 施工期间出现的裂缝 包括干燥收缩裂缝、 自收缩裂缝以及温度裂缝等3J。 混凝土内部发生化学反应 、 温度变化 以及
9、含水 量发生变化等因素引起的体积缩小, 均称为混凝土 的收缩 , 其主要包括化学收缩 、 干燥 收缩 、 自收缩 、 温 度收缩及碳化收缩等3 】。通常情况下, 上述几种收缩 之和被称为总收缩。 2 1干燥收缩裂缝 干燥收缩是指停止养护后 , 在不饱和的空气中 混凝土失去内部毛细孑 L 和凝胶孔的吸附水 , 从而引 起混凝土的收缩。 在普通混凝土中干燥收缩较大, 其 值在( 2 0 0 1 o o o ) x l O 而 自收缩值较小 , 在( 2 0 l O 0 ) x l O : 后者是前者的 1 1 0左右, 所以干燥收缩 的试验结果基本上反应了普通混凝土收缩的大小。 当干缩变形受到混凝
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