筏板基础大体积混凝土温度裂缝控制的模型试验.pdf
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1、2 0 1 2年 第 2期 ( 总 第 2 6 8期 ) Nu mb e r 2 i n2 0 1 2 ( T o t a l No 2 6 8 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 2 0 1 7 筏板基础大体积混凝土温度裂缝控制的模型试验 王强 ,葛超 ,张健 ,刘波 ,孙威 , ,刘琳 。王绍东z ,向晖 ( 1 沈阳建筑大学 土木工程学院,辽宁 沈阳 1 1 0 1 6 8 ; 2 中建三局,湖北 武汉 4 3 0
2、0 0 0 ) 摘要: 沈阳市某工程 2 号塔楼筏板基础最大厚度达 1 1 m, 给现场施工带来了严峻的挑战。 为避免温度裂缝的产生 , 通过模型试验确定 筏板基础大体积混凝土温度监测和裂缝控制措施。 模型试验研究表明: 混凝土内部温度发展趋势大致可分为“ 急剧升温” 、 “ 快速降温” 和 “ 平稳降温” 3 个阶段, 温控工作中可根据不同的温度发展阶段采取不同的混凝土表面保温措施。 局部体量过大导致混凝土温度峰值增大, 局部突出部分降温速度加快, 对温控工作带来不利影响, 容易引发混凝土温度裂缝。 模型试验的结果为仿真分析与现场温控工作提供了数 据支持 。 关键词: 筏板基础;大体积混凝土
3、;温度裂缝;温度场;模型试验 中图分 类号: T U5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 O 1 2 ) 0 2 0 0 5 7 0 3 Mode l t e s t of t empe r a t ur e f i el d of ma ss c on cr e t e f or r a f t f ound a t i on WANGQ i a n g , G EC h a o , Z H ANG, j a n , L I UB o , S U NWe i , L 1 UL in , WA NGS h a o - d o n g 2
4、,XI A NGHu i 。 ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g , S h e n y a n g J i a n z h uUn i v e r s i t y, S h e n y a n g 1 1 0 1 6 8 , C h i n a ; 2 C h ma C o n s t r u c t i o n T h i r d E n g i n e e ri n g B u r e a u, Wu h a n 4 3 0 0 0 0 , C h i n a ) Ab s t r a c t : An e l e v e
5、 n me t e r t h i c k r a f t f o u n d a t i o n o fa hi g h r i s e b ui l d i n g wi l l b e b u i l t i n Sh e n y a n g, wh i c h wi l l b ri n g a h u g e c h a l l e n g e o n s i t e O p e r a t i o nMe a s ure s wh i c h a r e t o a v o i d t h e r ma l c r a c k o f r a ft- f o u n d a t i
6、 o n B I c i d e nt i fie d t h r o ug h mo d e l t e x t Th e mo d e l t e s t r e s ult s h o ws tha t t h e d e ve l o p me n t o f t e mp e r a t ur e fi e l d o f ma s s c o n c r e t e c a n b e a p p r o x i ma t e ly d i vi d e d i n t o t h r e e p h a s e s a s “ wa r mi n g f a s t ” “ c
7、o o l i n g f a s t ”an d“ c o o l i n g s t e a d i 1 y” I ns ul a t i n g ma t e ria l s h o u l d b e c o a t e d i n d i f f e r e n t wa y s t o a d a p t t o the d e v e l o p me n t o f t e mp e r a t u r e fi e l d P r o t r u d i n g p a r t o fr a ft f o un d a t i o n wi l l l e a d t o t
8、 h e i n c r e a s e o f t h e c o o l i n g s p e e d o f t he p r o t r u d i n g p a r t a n d the the r ma l s p i k e o f ma s s c o n c r e t e Pr o t r u d i n g p a r t wi l l b rin g the n e g a t i v e i m p a c t o n the c o n t r o l o f t e mp e r a t u r e fie l d, a n d g g e r t h e
9、rm a l c r a c k o f ma s s c o nc r e t e e a s i l yTh e r e s ul t s o ft h e mo d e l t e s t p r o v i d e d a t a t o the s i mu l a - t i o n an a l y s i s a n d t h e c o n tro l o f t e mp e r a t u r e fie l d Key wor ds : r a ft f o u n d a t i o n; ma s s c o n c r e t e; t h e r ma l c
10、 r a c k; t e mp e r a t u r e fie l d; mo d e l t e s t 0 引言 近年来 , 我国高层建筑快速发展【1 。 沈阳市某工程 2号塔楼 拟建高度为 3 8 5 r n , 为我国东北地区第一高层。 塔楼底板工程设 计采用超厚筏板基础, 最大厚度达 1 1 m, 浇筑面积约为 4 7 0 0 r n 2 。 为尽量释放混凝土内部水化热 , 避免有害裂缝的产生, 筏板基 础分两批浇筑, 筏板基础平面如图 1 所示。 该基础具有混凝土强度高、 厚度大和一次性浇筑量大的 特点 , 是典型的大体积混凝土结构。 大体积混凝土现场测温的 方法能够准确地反
11、映出混凝土内部温度2 , 却无法根据温度变 化调整浇筑顺序和施工工艺, 具有一定的被动性和滞后性。 水 管冷却的降温方法可以降低混凝土内部温度 , 但同时存在着 容易形成冷击、 混凝土降温与徐变发展不协调等缺陷【 3 】 , 混凝 土的开裂问题也仍没有得到很好的解决。 许多大体积混凝土 结构或多或少地出现了表面和贯穿性裂缝4 , 严重地影响了结 构的整体性和稳定性。 近年来, 已有一些学者尝试采用数值分 析手段进行大体积混凝土温度场分析【 5 - 6 , 但仿真分析中材料 参数和本构模型描述困难, 计算精度难以达到预定要求。 与数 图 1 筏板基础平面图 值模拟相比, 模型试验不依赖参数的选取
12、 , 其结果更接近于实 际情况 7 。 本研究采用模型试验的方法研究筏板基础温度场的 发展趋势 , 为筏基的施工方案设计提供了技术支持, 指导筏板 基础大体积混凝土施工。 收稿 日期 :2 0 1 l - o 8 - 2 5 基金项目:辽宁省教育厅基金项目( L 2 0 1 0 4 5 8 ) ; 辽宁省建筑结构工程重点实验室开放基金项目( J G - 2 0 0 9 1 6 ) 57 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 模型试验 的概况 1 1 模型的尺寸选择 本次模型试验依据原施工方案按照原筏板基础的 1 1 5 进 行模型设计, 模型尺寸见表 1 。 第一
13、批浇筑模型厚度为 o _ 3 5 m, 面 积约为 2 2 4 m , 另带有 0 6 5 mx O 6 5 mx O 3 5 m的塔吊承台模型。 第二批浇筑模型厚度为 0 4 5 m, 面积约为 2 2 4 m2 。 表 1 模型尺寸选择 板厚 1 m 板厚 2 m 板厚 3 m 宽度 m 长度 m 混凝土量 m 原型 5 1 5 9 1 1 1 6 0 8 4 3 3 0 3 0 模型 0 3 5 0 4 0 7 5 4 5 6 1 1 1 2 模型的混凝土配合 比选择 模型浇筑采用与施工方案相同配合比的混凝土, 为降低混 凝土浇筑后的峰值温度 , 选择混凝土配合 比时适当延缓混凝土 初凝
14、期。通过试验结果对比, 绘出不同胶凝材料 、 不同粉煤灰掺 量的强度曲线 , 再通过做配合比进行验证, 最后确定混凝土配 合 比, 见表 2 。 表 2 模型选用混凝配合比 1 3 模 型 的配筋 选择 在保证原筏板基础配筋率的基础上, 筏板模型的配筋采用 6 5钢筋铺设底层、 中层及顶层三层钢筋网, 各层钢筋网均为 双层双向配筋, 各层钢筋如表 3 所示。 表 3 模型配筋要求 1 4 模型测温的传感器及采集系统 本次试验采用 X YJ 一 2埋入式混凝土应变传感器, 可同时监 测混凝土内部温度及应变。 X YJ 一 2型振弦式混凝土应变计可直 接埋人混凝土中, 可测量温度范围为一 3 0
15、1 0 0, 满足? 昆 凝土测 温需求 。 传感器在安装固定前经绝缘防水处理并校验合格 , 安 装时位置准确并与固定金属架绝缘绝热。 测试系统由MC D 4 3 2振弦采集仪和计算机等仪器设备构 成 , MC D 4 3 2采集仪可实现实时时钟及定时存储数据的功能 , 支持最大 3 2通道的信号采集 , 系统精度满足规范要求。 1 5 模型中测点的布置 根据筏板基础的结构特点, 测点由各区域均匀布置, 核心 区、 中心区为重点, 具体布置如图2 、 3所示。 点位 0 2 、 O 9 、 1 2 、 l 3 、 0 7 、 1 6 与点位 1 4 、 1 3 、 0 6 、 2 1 分别为厚
16、底板的纵向与横向对称轴, 点位 1 2 、 1 0 、 1 1 、 0 4设置在混凝土厚度板斜轴上。 其余点位分布 于筏板模型的边缘和角点处, 以便于观察底板整体温度场的情 况为布置原则。 58 , 1 4l 一 8 3 0 9 4 2 4 1 1 3 4 z 。 。 一 D 7 2 O 3 2 1 0 4 1 7】 l 1 : 一 。 062 一 2 0 1 0 5 2 121 1 l l l J 57 6 a 5 2 2 65( J X8 3 、 图 2 上层传感器布置图 1 I 1 0 8 2 I J 、 、 I 。 L - - J ( m 1 0 9 2 , 0 t) 3 1 2 1
17、1 2 2 ,I 1 2 3 , 1 1 3 1 ,: : 2 , l ; 3 071 0 3 0】 , 1 0 2 _1 忻 11 2 l 0 6 1 I O 5 1 磊 一 2 2l 1 1 7 6 5 2 0 6 5 0 8 8 3 5 7 5 6 4 5 2 j 图 3下层传 感器布置 图 2 模 型试验 的数据 分析 2 1 筏板模型温度随时间变化趋势 将装置于第一批浇筑筏板模型内的各测点的测温结果绘 成曲线 , 如图4 所示。 由各条曲线整体发展趋势可见 : 在筏板模 型的第一批混凝土浇筑完成后, 最初 2 d内水泥水化反应剧烈, 混凝土的内部温度急剧上升 , 可称之为“ 急剧升温
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