考虑配筋影响的混凝土构件早期收缩量计算方法.pdf

第 4 1 卷第 3 期 2 0 1 0年 3月 V0 l _4 l N o 3 Ma r 2 0 1 0 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 2 5 1 考虑配筋影响的混凝土构件早期收缩量计算方法 于德湖 ，韩传峰2 ，吕天启 ，付长春4 ，张同波4 ( 1 _ 主岛理工大学土木学 院，2 6 6 0 3 3 ， 山东青岛 ；2 同济大学经济与管理学院，2 0 0 0 9 2 ， 上海 ； 3 北京市建筑工程研究院 ，1 0 0 0 3 9 ， 北京 ；4 青建集团股份公 司，2 6 6 0 7 1 ， 山东青岛 ) 摘 要： 为获得普通 预应力混凝土构件收缩量 的简化计算方法 ， 在素混凝土收缩量的基础上， 考虑钢筋及预 应力筋的影响 ， 推导出普通 预应力钢筋混凝土构件收缩值的计算公式 。对比分析表明， 所建议公式的计算结果 合理 。为便于工程应用， 给出了素混凝土早期收缩的建议值。 关键词 ： 混凝土 ； 收缩计算 ； 简化方法 中图分类号 ： T U 3 7 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 2 5 1 - 0 3 SUGGES TI VE M ETHoD oN EARLY S HRI NK| AGE CALCULATI oN oF CoNCRETE M EM BER I NFLUENCED BY RE玎 oRCEM ENT YU De -h u ，HAN Ch u an - f e ng ， L U Ti a n q i 。 ， FU Ch an g c hu n ，ZHANG To ng -b o ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ，Q i n g d a o T e c h n o l o g i c a l U n i v e r s i t y 2 6 6 0 3 3，Q i n g d a o ，S h a n g d o n g ，C h i n a ；2 S c h ool o f E c o n o mi c Ma n a g e m e n t ，T o n a l U n i v e r s i t y ，2 0 0 0 9 2，S h a n g h a i ，C h i n a ；3 B e ij i n g B u il d i n g C o n s t r u c t i o n R e s e a r c h I n s ti t u t e ，1 0 0 0 3 9 ， B e i j i n g ， C h i n a ；4 Q i n g j i a n G r o u p C o ，L t d ，2 6 6 0 7 1 ，Q i n g d a o ，S h a n d o n g ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： F o r a c q u i rin g t h e s i mp l i fie d c o mp u t a t i o n a l me t h o d o f t h e n o r r n a l p r e s t r e s s e d c o n c r e t e s t r u c t u r a l s h rin k a g e q u a n t i t y ， i n t h e p r e s e n t p a p e r ， c o mp u t a t i o n a l f o r mu l a o f t h e c o mmo n p r e s t r e s s e d c o n e r e t e s t ruc t u r a l s h rin k a g e a r e d e r i v e d o n t h e b a s e o f t h e p l a i n c o n c r e t e s h rin k a g e t h e o r y a n d t h e c o n s i d e r a t i o n o f s t e e l b a r a n d p r e s t r e s s e d b a r i n flu e n c e s C o mp a r a t i v e a n a l y z e i n d i c a t e s t h a t t h e r e s u l t o f t h e f o rm u l a p r o p o s e d i n t h i s p a p e r i s r e a s o n a b l e F o r t h e s a k e o f c o n v e n i e n t a p p l i c a t i o n ，t h e p a p e r o f f e r s r e c o mme n d e d v a l u e o f t h e p l a i n c o n c r e t e s h rin k a g e a t e a r l y a g e Ke y wo r d s ：c o n c r e t e；s h r i n k a g e c alc u l a t i o n；s i mp l i fic a t i o n c o mp u t a t i o n me t h o d 收缩是造成混凝土开裂的重要因素 早期收缩开 裂还会引起混凝土耐久性的降低并加速劣化进程 1 1 - 3 1 。 研究表明 ，处于完全 自由状态下的收缩对混凝土并无 不良影响，但实际工程中的混凝土处于不同约束状态 下， 在这种状态下 ， 混凝土结构往往因收缩大而开裂 ， 从而会对结构的安全性和耐久性构成威胁1 4 , 。 在计算预应力损失或施工中确定后浇带浇筑时间 等问题时 ，常需计算钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土 构件的收缩量，而 目前国内外关于钢筋混凝土构件收 缩的研究大部分还停留在试验模型设计 的阶段。关于 预应力混凝土结构的收缩或由其引起的预应力损失有 一 些理论及试验研究 ， 但计算公式过于复杂， 王铁梦 曾给出素混凝土或低配筋混凝土收缩量的计算公式_ 8 1 ， 本文在该公式的基础上，经推导并考虑了普通钢筋及 预应力钢筋的影响， 得出普通 预应力钢筋混凝土构件 收稿日期 ： 2 0 0 9 1 0 - 0 4 基金项 目： 青岛市科 技攻关项 月( 1 K 0 5 - - 4 ) ； 青岛 市重点技 术创新 项 目 ( 2 0 0 7 2 0 6 2 ) 作者简 介 ： 于德湖 ( 1 9 7 5 一 ) ， 男 ， 河北 无极 人 ， 副 教授 ， e m a i l ： y u d e h u _ q t e e h y a h o o t o mc n 收缩值的计算公式。 1 素混凝土收缩量计算公式 王铁梦认为 ， 任意时刻的素混凝土( 包括低配筋混 凝土) 收缩可通过如下公式计算3 1 ： ( f ) = M1 Mn ( 1 - e ( 1 ) 式中 ( f ) 任意时间的收缩， ( 时间) 以d 为单位 ； 6 经验系数 ， 一般取0 0 1 ， 养护较差时取 0 0 3； s D 标准状态下的极限收缩 ， 对于普通混凝 土 = 3 2 4 1 0 ； 广一 考 虑各种非标准条件 的修正 系数3 1 。 2 钢筋混凝 土收缩量计算公式推导 下面以素混凝土( 低配筋混凝土) 的收缩计算为基 础 ， 推导钢筋混凝土的收缩计算公式删 。 计算简图如图1 所示 钢筋混凝土构件长为 ， 若无钢筋影响， 则构件发 生自由收缩值为 f ， 由于钢筋的约束作用， 构件发生的 实际收缩值为 ， 则根据力的平衡方程 ， 可得到 ： -2 5 2 建筑技术 第 4 1 卷第 3期 图l 普通钢筋混凝土构件收缩量计算简图 ( 通过应变的定义得 ： A ( ( 3 ) 即 ： r 变 形为 ： = 。 研 ( 5 ) 其中： 1 A墨c 1 。 s 1 +p 式中A -一 构件任截面处混凝土所占面积； E混凝土弹性模量 ； r普通钢筋混凝土构件的收缩应变； 同条件素混凝土构件 的收缩应变。 ( 5 )式即为钢筋混凝土构件的收缩量计算公式 ， 若考虑混凝土早期收缩是时间的函数 ， 可改写为 ： ( f ) = f ( ) ( 6 ) 其中研 ( ) 可由( 1 ) 式求得 。 3 预应力钢筋混凝土收缩量公式推导 计算简图如图2 所示 ，设 、 、 研 分别表示预应力 混凝土的收缩应变、预应力产生的压缩应变和素混凝 土的自由收缩应变， 推导过程同上 ， 可得 ： 8 p (f ) = f ) 1 7 E e l E A e 图2 预应力钢筋混凝土收缩量计算简 图 4结果对 比分析 4 1 与规范中预应力混凝土的收缩损失对比 计算天数取无穷大 ， 则公式( 7 ) 给 出的结果代表预 应力混凝土的极限收缩应变 ， 可以和 混凝土结构设 计规范 ( G B5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) t 0 1 中关于预应力混凝土收缩 损失的建议值进行比较。不同条件下计算结果的对比 情况如表1 及图3 所示 ，可见本建议公式计算结果与规 范建议值吻合较好。 表1 建议公式结果与规 范方法结果对比 ( x l 0 一 J 1 0 o 2 o o 3 0 o 6 0 o 理论厚度 规范 建议 规范 建议 规范 建议 规范 建议 2 A u ram 方法 方法 方法 方法 方法 方法 方法 方法 3 2 5 O 2 6 8 20 o 1 91 1 7 0 1 7 7 1 1 0 1 4l 预 加 力 7 2 3 O 2 3 4 1 9 0 1 8 8 1 6 O 1 7 0 1 1 O 1 _ 3 6 时 的混 1 0 2 1 7 22 0 1 l 8 6 1 8 6 1 6 0 1 6 5 1 1 O 1 3 2 凝 土 龄 1 4 2 0 o 2 1 0 1 8 O 1 7 4 1 6 O 1 5 8 1 1 O 1 - 2 7 期 d 2 8 1 7 O 1 6 9 1 6 O 1 5 8 1 5 O 1 3 7 1 1 O 1 1 0 6 o 1 4 0 1 5 2 1 4 0 1 3 8 1 - 3 O 1 - 3 1 l _0 0 1 0 3 规 范 建议 值 程序 计算 值 龄期 d 图3 建议值与规范 中预应力混凝土收缩应变终值对比 4 2与普通钢筋混凝土的收缩试验数据对比 取截面2 5 0 mm 2 5 0 m m长度为2 5 m的配筋梁为 试验对象 ， 梁 的配筋如 图4 所示， 测点布置如图5 所示。 试验采用箔式应变片全桥温度补偿连接法，经灵敏度 修正和桥路修正后得到的数据如图6 所示。 根据图表的数据对比可看出，实测值总体趋势小 于计算值， 主要由以下原因造成 ： ( 1 ) 在编制程序时有 些参数取保守值( 如水灰比 、 水泥浆量所对应的参数 ) ， 致使计算值偏大 ； ( 2 ) 试验梁在 自然条件下养护 ， 外界 温度 的变化对 混凝土收缩 的影响因素无法被分离出 来 。 5 混凝土早期收缩的建议值 前述验证了建议公式结果的可靠性 ，利用本文建 2 0 1 0 年 3月 于德湖 ， 等： 考虑配筋影响的混凝土构件早期收缩量计算方法 2 5 3 图4 梁的配筋示意 2 婚 图5 实验梁测点布置 图6 钢筋混凝土粱收缩验算对 比 议计算公式( 6 ) ( 7 ) ， 可基 于素混凝土收缩值 ， 计 算普 通 预应力钢筋混凝土的收缩值 。 由于素混凝土收缩值计算公式 ( 1 ) 的使用仍 不是 很方便 ， 对工程中常遇到的早期收缩问题， 本文给出特 定条件下素混凝土构件早期收缩建议值( 表2 ) 。 其他参 数的影响可根据文献3 ， 5 ， 1 1 的建议进行调整 ，即可求 得任意混凝土构件的早期收缩。由于构件截面特征是 影响混凝土收缩的较主要参数，本文根据不同的截面 特征对素混凝土的早期收缩给出建议值( 图7 ) 。 6 结语 普通 预应力钢筋混凝土构件收缩值的计算 可用 于很多工程问题 ， 如 ： 当计算时间取无穷大 ， 可计算预 应力混凝土的收缩损失 ； 早龄期的收缩量计算 ， 有助于 确定后浇带的施工时间等。 本文以素混凝土的收缩量为基础 。建立了考虑配 筋对钢筋混凝土构件收缩量影响的建议计算方法 ， 通 表2 特定条件下素混凝土早期收缩建议值 混凝土的收缩值e ( x l 0 4 ) 龄期 r =- L S ( e m 1 ， d 0 0 1 0 2 O- 3 O 4 O 5 3 0 0 3 9 00 5 5 0 0 7 2 00 7 4 0 08 7 0 O 9 5 7 0 0 7 7 0 1 0 9 0 1 4 3 0 1 4 7 O 1 71 O 1 8 7 1 4 O 1 1 5 0 1 6 1 0 2 1 2 0_2l 8 02 5 4 0 2 7 8 3 O 0 1 5l 0 2l 3 02 8 0 0 2 8 8 03 3 6 0 3 6 7 6 0 O 1 8 7 0 2 6 3 0 3 4 6 0 3 5 7 0 4 1 5 0 4 5 4 注： 表中参数取值为： 普通水泥 、 骨料为花岗岩碎石、 混凝土振 动捣实、 自然硬化 、 环境湿度为3 0 ； ( 其他时间利用表中数据插值求出； ( 表中的r 截面特征 ， 、 s 分别表示与大气接触的周长和构件截 面积 ： 若实际结构参数与本研究条件不符， 可根据文献3 中有关参 数按比例调整。 婚 龄期 d 图7 不同截面特征的混凝土 早期收缩建议值 过对比分析 。 表明所建议公式的可靠性。 为便于工程应 用， 文中还对素混凝土早期收缩给出了建议值。 参考文献 1 岩崎训明混凝土的特性 M 尹家辛，李景 星北京：中国建筑 工业出版社，1 9 8 0 2 C e t a l H s u T T Mi c r o c r a c k i n g o f p l a i n c o n c r e t e a n d t h e s h a p e o f t h e s t r e s s - s t r a i n c u r v e J A C I J o u r n a l ，1 9 6 3 3 Y hu T C S t r e s s - s t r a i n r e s p o n s e a n d f r a c t u r e o f c o n c r e t e i n i1 一 n i a x i al a n d b i a x i al c o mp r e s s i o n J AC I J o u r n al，1 9 7 2 4 巴恒静，高小建约束条件下高性 能混凝 土的早期开裂 明混凝 土，2 0 0 2 ( 5 ) 5 高小建，巴恒静混凝土结构耐久性与裂缝控 制中值得探讨的几 个 问题【 J j 混凝土， 2 0 0 1 ( 1 1 ) 6 王铁梦 钢筋混凝土结构的裂缝控制I J 1 安徽建筑 ， 2 0 0 1 ( 1 ) 7 袁勇 混凝土结构早期裂缝控 制 北京： 科学技术出版社， 2 0 0 4 8 王铁梦 工程结构裂缝控制 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 4 9 过镇海 ， 时旭东 钢筋混凝土原理和分析【 M 北京： 清华大学出版社， 2 0 0 3 【 1 0 GB 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ， 混凝土结构设计规范 S I 1 NJ G a r d n e r C o mp a r i s of p r e d i c t i o n p r o v i s i o n s f o r d r y i n g s h r i n k a g e a n d c r e e p o f n o r ma l - s t r e n g t h c o n c r e t e s 【 J J N R C C a n a d a ： C an J Ci v En g Vo 1 3 1 2 0 0 4： 7 6 8 7 7 2