控制大体积混凝土裂缝的技术措施.pdf
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1、刘俊 凯控制 大体积混凝 土裂缝 的技 术措施 3 7 控制大体积混凝土裂缝 的技术措施 刘俊凯 中石油东北炼化工程有限责任公司吉林设计院吉林1 3 2 0 0 2 摘要 介绍大体积混凝土裂缝的概念、公式推导、影响裂缝的各项指标以及施工中的预防措施,总结控 制大体积混凝土裂缝的措施。 关键词 大体积混凝土水化热温度应力裂缝 现代 建筑 中时常涉 及到 大体 积混 凝土施 工 , 如高层楼房 基础 、大型 设备 基础 和水利 大 坝等。 其主要特点 为体积大 ,一般实 体最小 尺寸 I m。 其表面系数 比较 小,水 泥水 化热 释放 比较集 中, 内部温升比较快 。混凝土 内外 温差 较大 时
2、,易使 混凝土产生温度裂缝 ,影 响结构安全和正常使用 , 所以必须分析其原因,采取措施来保证施工质量 。 I 大体积混凝土的裂缝 大体积混凝 土 内出现 的裂 缝按 深 度 的不 同, 分为贯穿裂缝 、深层裂缝及表面裂缝三种 。 贯穿裂缝是 由混凝 土表 面裂缝发 展为深层裂 缝 ,最终 形成 贯穿裂 缝。它 切 断 了结构 的断面 , 可能破坏结构的整体性和稳定性 ,有较严 重 的危 害性 ;深层裂缝 部分地切 断结 构 断面 ,也有 一定 危害性 ;表面裂缝一般危害性较小 。 大体积混凝 土在施 工阶段所 产生温度裂缝 的 原因:由于内外温差而产生的;结构的外部 约束和混凝 土各质 点间
3、的约束 ,阻止混凝 土收缩 变形 。混凝土抗压强度较大 ,但抗拉 强度却很小 , 所 以温度应力 一旦超过 混凝土能 承受 的抗拉强度 时,即会出现裂缝。这种 裂缝 的宽度在允许 限值 内,一般不会影响结构 的强度 ,但 却对结 构 的耐 久性有所影响,因此必须予以重视和控制 。 2 产生裂缝 的原 因 2 1 公式的推导 当基础板相对地基有 一温差 T时 ,计算 板 内 约束应力。此时只考虑对贯穿裂缝起控制作用的 平均拉力 ,通过光弹试验证 明主拉应力理论 是可 以应用到 长墙 混凝 土裂 缝 的分析 中,概念 清楚 , 简单实用 。长墙受地基约束计算简图见 图 I 。 HT国 。 夕 j
4、夕 , v x L I 2 L 2 二 一一一一一一一 = = = = = = 一 图 1 长墙受地基约束计算简图 在筏式底板的任意点 X处,截取一段 d ) 【 长 的 微体,由于假定均匀受力,微体的高度取全高 H, 其厚度为 t ,承受 均匀 内力为 N ( 即 盯 的合力 ) , 地基对 板 的剪力 为 Q ( 的合力 ) 。取水 平 投影 ( 暂时忽略地基对板的垂直应力 1 7 ) 。 列出平衡方程 x = 0: N+d NN+Q= 0 Ht &r +r t d x=0 警+ 音 = 0 任意点的位移由约束位移与自由位移合成: =t z +a Tx 一 E 掌: + d x 出 d 2
5、 n d 一 十 刘俊凯:工程师。2 0 0 5年 7月毕业于吉林省建筑工程学 院土木工程专业。一直从 事土建结构设计工作。联系 电话:( 0 4 3 2 ) 6 3 9 5 8 4 9 1 Ema i l :l i u j u n k a i c p e n e t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 38 CHEMI CAL ENGI NEERI NG DEs I GN 一 一 一 如 一 r= 一C E 一警: 。 设 一 p 辔一 : o n 此微分方程的通解为: - - Ac h +Bs h c h -c h ( ) h 3 x s h ( )
6、以此类推 ,边界条件定积分常数为: =0 =0 s h O=0 得 A =0 : L O z:0 E警= E ( ) = 。 掌 : 。 出 血 d x = c 号 则 , B aT 得位移 的表达式 ( 端部位 移 ,最大水平 法向应力、剪应力都由位移导出) : = s h l 3 x 卢 c ( ) 一 ( ) :一 : 寺 = 一 (卜 毒) 根据推导结果绘 出水平 法 向力及剪应力 分布 图 ,见 图 2 。 从工程实践方面可知,水平应力 仃 是设 计主 要控制应力 ,是引起 垂直裂缝 的主要应力 ,其最 大值在截面的中点 x= 0处,此处剪应力 一r = 0,即 最大 主席 力 :
7、a 一 | 目目 la a x 盯如 。 一J z 、 ,。 y 图 2 长墙的主要应力图形 = 0 c h l x=1 1 一 O xm x 一 眈 l 导 、 二 , 在该值上乘以应力松弛系数得徐变应力 : 1一 x = - E a T 导 JH ( , r ) 为了较为确 切计 算早期 混凝 土 的温度 应力 , 考虑弹性模量 的变化及 松 弛系数 随时 间的变化 , 将温差分为许多 区段 T ,各段 内将 E ( t )及 H ( t , )看作常量,最后叠加得考虑徐变作用的应 力 ( 一般大块或厚板均属二维平面应力) : , 1 、 x max = i = 一 1-W子 = 卜 )
8、T iE i( f) ) 式中, T 为将从温升的峰值至周围气温总降温差 分解为 n段的第 i 段温差 ;E i ( t )为相当于第 i 段 降温时的弹性模量 ;Hi ( t ,丁 )为相 当于第 i 段龄 期 T ; ,经过由 t 至 T i 时问的应力松弛系数 ,t 为 由 峰值温度降至周 围气温的时间。 应用上 述公式 可计算 任 意时 间 的应 力状态 , 但根据裂缝 出现 的实践经验 ,浇注后 1 5 3 O天出 现较为不利的应力状态 ,可按此阶段进行计算。 从公式可看 出,温度应力 首先和温差成正 比,升 温为正,应力为负,即引起压应力;降温为负, 应力为正 ,即引起拉 应力 ;
9、收缩值换算 为当量 温 差 ,永远为 负值 ,应力为拉应 力 ,因此混凝 土结 构的降温与 收缩 同时发 生时 ,混凝 土结 构将 承受 互相叠加的拉应 力,容易 开裂 ,所 以夏 季施 工 的 工程比秋冬季施工的更容易开裂。 2 2 水泥水化热 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘俊凯控制大体积混凝 土裂缝 的技 术措施 3 9 水泥在水化 过程 中要释放 热量 ,而大体 积混 凝土结构断 面较 厚 ,表 面系数相 对较小 ,所 以水 泥发生的水 化热聚集在结构 内部不易散失 ,以致 越积越多,使 内外 温差增 大。单位 时间混凝 土释 放的水泥水化热 与混凝
10、土单 位体积 中水泥用 量和 品种有关 ,并 随混凝 土 的龄期 而增 长。由于混凝 土结构表 面可 以 自然散热 ,实 际上 内部 的最高 温 度多发生在浇筑后 的最初 3 5天。 2 3外界气温变化 大体积混凝土在施 工阶段 的浇筑 温度随着外 界气温变化 而变化 ,特别 是气 温骤降 ,会大 大增 加内外层混凝土温差,这对大体积混凝土是极为 不利的。温度应力是由温差引起变形而产生的,温 差愈大 ,温度应力也愈大。同时 ,在高温条件 下 , 大体积混凝土不易 散热 ,混凝 土 内部 的最高 温度 一 般可达 6 0 6 5 ,并且有较长 的延续时 间,因 此 ,应采取温度控 制措施 ,防止
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