超长混凝土结构温度应力和收缩裂缝分析.pdf

1 2 4 低温建筑技术 2 0 1 0 年第 5 期( 总第 1 4 3 期) 超长混凝 土结构温度应 力和 收缩裂缝分析 逢毓卓， 戴大志 ( 哈尔滨工业大学建筑设计研究院 。 哈尔滨1 5 0 0 9 0 ) 【 摘要】 温度应力是超长混凝土结构需要考虑的重要因素， 文中简述了超长混凝土结构温度应力分析的 研究现状 ， 并提出了控制收缩裂缝的具体措施。 【 关键词】 超长混凝土结构； 温度应力； 收缩裂缝 【 中图分类号】 T d 7 5 5 7 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 5 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 1 2 4 0 2 近年来长度超过百米的混凝土结构 日益增多， 许多建设 单位在设计之初就提出对于超长结构不设伸缩缝的要求， 建 议采用其他的措施来解决超长结构的设计问题。如结构按 照国家规范的要求设置一道或多道伸缩缝， 将影响到建筑整 体表达和所要求的立面效果， 且还会给消防设备的布置、 电 气管线的铺设以及采暖通风设备的安装带来不便。同时， 在 某些结构的设计中， 即使设置了伸缩缝 ， 但因无法设置足够 多的伸缩缝， 也导致伸缩缝间的混凝土结构仍然较长。 1 超长结构温度场 超长结构温度场研究经历了以年温度变化产生的均匀 温度场分布为依据进行设计分析， 到考虑混凝土结构的温度 梯度问题再到混凝土结构的不均匀温度分布的过程。 温度应力是超长结构设计需要考虑的重要因素， 而建筑 物温度场的合理选择和建立是后续温度应力分析的基础， 是 决定温度应力结果合理与否的关键 ， 因此在建筑材料导热的 基础上对整个结构温度场的计算分析是必要的。 在大体积超长混凝土结构中， 温度场的发展过程可以分 为三个阶段： 早期温度场 ， 自浇筑混凝土开始， 至水泥放热 作用基本结束时止， 一般约一个月左右。此阶段特点 ： 因水 泥水化热作用而放出大量水化热 ， 引起温度场的急剧变化。 中期温度场 ， 自水泥放热作用基本结束时至混凝土冷却到 最终稳定温度时止。这时的温度场是由于混凝土冷却及外 界温度变化所引起的。晚期温度场， 混凝土完全冷却以后 的运行期， 温度应力主要是由外界气温和水温的变化所引起 的， 故又称为运行期温度场。 对于温度场计算的时间段， 一般认为结构在运行期间的 温度荷载有以下 3类 ： 一类 ， 季节温差指结构闭合阶段的施 工期温度与使用阶段温度之差， 也称结构中面温差， 由极缓 慢的气温变化所致。二类 ， 骤降温差主要是强冷空气的侵袭 作用和日落后夜间形成的内高外低温差。三类， 日照温差指 同一天太阳照射在结构的不同部位引起的温差。 2 超长结构温度应力 超长结构温度应力的早期研究 ， 研究主要集中在对热传 导方程的求解上 ， 通过建立热传导方程 ， 根据初始条件及边 界条件， 对方程及定解条件的不同程度的简化， 求得了具有 一 定精度的温度场函数。随着有限元的迅速发展使得有限 单元法能在温度场求解中得到了应用。有限差分法( F D M) 、 有限体积法( nr M) 和有限单元法( F E M) 在温度场的求解中 得到了广泛的应用。 国内对超长结构的温度分布和温度应力的计算理论的 研究从五十年代开始， 历史较早， 但是发展缓慢， 八、 九十年 代温度理论逐步形成， 很多学者作 了深入的研究， 开始应用 稳态温度场、 非稳态温度场理论建立一维或是二维导热模 型， 在边界温度已知情况下， 通过求解导热微分方程得到温 度分布情况， 然后根据约束情况求解温度内力。并提出各种 实用的计算温度场、 温度应力的方法。 随着计算机技术的迅猛发展 ， 有限元计算软件也得到了 很好发展 ， 这为研究温度应力提供了较为准确而又实用的工 具。国外已开发了多种通用有限元计算 软件， 如 A N S Y S ， A B A Q U S ， S A P等。应用这些软件可以对具有各种边界条件 的复杂混凝土结构作有限元分析。由于对结构只作了比较 少的简化， 且整体建模可以考虑结构的空间效应， 因此所得 结果可较接近于真实解。 3 超长结构裂缝控制研究 目前国内外有关规范对于超长建筑结构变形作用的处 理可概括为： 第一类 ， 主要有 日本、 英国、 美国、 法国等国家， 一般不设 伸缩缝 ， 而在计算中考虑温度应力。 第二类 ， 主要有我国、 前苏联、 东欧一些 国家， 设计规范 对于伸缩缝的间距有明确的规定， 采取留伸缩缝来解决温度 作用的原则。 参考国内外近几年来一些有关温度作用的工程设计和 科研成果 ， 可将广大科研 、 设计人员在设计实践中对于超长 结构温度作用的处理方法概括为“ 抗” 、 “ 放” 、 “ 调” 三种方式。 “ 抗” 是通过提高混凝土的强度、 提高钢筋混凝土的配筋 率达到提高结构混凝土的极限抗拉、 抗压应变； 采用补偿收 缩混凝土 ， 以预压应力抵消结构混凝土工作时的受拉变形， 加强结构受温度作用影响较大的部位。 “ 放” 是按规范的要求， 通过设置永久性伸缩缝减小结构混 凝土温度应力的影响范围， 使结构在较小的范围内 任其变形。 “ 调” 是“ 抗” 、 “ 放” 两种方法的综合应用。通过混凝土配 合比设计、 材料选用、 外加剂掺入、 合理留置施工缝、 施工期 间临时的温度缝( 通常称为后浇带) 、 施工工艺控制、 合理养 护从而达到减小失水干缩和降温冷缩变形 ； 在温度应力较大 部位合理配置预应力钢筋同时加强薄弱部位。此外还可以 通过支撑及边界处理， 减小结构构件的约束变形。 以上这三种方法多是在概念上控制超长结构的设计， 但 是具体到每个实际工程 ， 结构布置的特点、 施工时的情况和 高景春等： 论现浇楼面裂缝的产生原因及防治措施 1 2 5 论现 浇楼面裂缝 的产 生原 因及 防治措 施 高景春 ， 赵宽 ( 1 哈尔滨华兴建筑工程有限公司。 哈尔滨1 5 0 0 1 0 ； 2 黑龙江省寒地建筑科学研究院。 哈尔滨1 5 0 0 8 0 ) 【 摘要】 对于混凝土楼、 屋面板裂缝较难克服质量通病， 结合多年的经验从采取的技术措施、 设计中加强 部位、 商品混凝土性能改善、 裂缝弥补处理四个方面说明来分析裂缝产生原因及防治措施。 【 关键词】 受力； 收缩； 材料质量； 加固 【 中图分类号】 W7 4 6 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 【 2 0 l 0 ) 0 I5 0 2 5 0 2 全现浇钢筋混凝土楼屋面板的裂缝 ， 是目前较难克服的 质量通病之一 ， 特别是住宅工程楼板的裂缝发生后 ， 往往会 引起的投诉、 纠纷、 以及索赔要求等。现结合我十多年来大 量施工实践中的经验， 介绍以施工为主、 兼顾设计和材料原 因分析楼面裂缝的产生原因及防治措施。 1 施 工中应采取 的主要技 术措 施 1 1 加强楼面上层钢筋网的有效保护措施 钢筋在楼面混凝土板中的抗拉受力， 起着抵抗外荷载所 产生的弯矩和防止混凝土收缩和温差裂缝发生的双重作用 ， 而这一双重作用均需钢筋处在上下合理的保护层前提下才 能确保有效。在实际施工中， 楼面下层的钢筋网在受到混凝 土垫块及模板的依托下保护层比较容易正确控制。但当垫 块间距放大到 1 5 m时， 钢筋网的合理保护层厚度就无法保 障， 所以纵横向的垫块间距限制在 l m左右。 与此相反， 楼面上层钢筋网的有效保护， 一直是施工中 的一大疑难问题。其原因为： 板的上层钢筋一般较细较软， 受人员踩踏后就立即弯曲、 变形、 下坠； 钢筋离楼层模板的高 度较大 ， 无法受到模板的依托保护； 各工种交叉作业， 造成施 工人员众多、 行走十分频繁， 无处落脚后难免被大量踩踏； 上 层钢筋网的钢筋小撑马设置间距过大， 甚至不设( 仅依靠楼 面梁上部钢筋搁置和分离式配筋的拐脚支撑) 。根据大量的 施工实践， 建议楼面双层双向钢筋( 包括分离式配置的负弯 矩短筋 ) 必须设置钢筋 小撑马， 其 纵横 向间距 不应大于 7 0 0 ra m( 即每平方米不得少于 2只) ， 特别是对于 鹋 一类细 小钢筋 ， 小撑马的间距应控制在 6 0 0 ra m以内( 即每 不得 少于 3只) ， 才能取得较良好的效果。 1 2 预埋线管处的裂缝防治 预埋线管， 特别是多根线管的集中处使截面混凝土受到 使用时所处的环境条件均各不相同， 对情况较为复杂的工程 还应具体分析。 4 采用的裂缝控 制措 施 4 1 在适当位置每隔 6 07 0 m设置一道施工后浇带， 后浇 带中间设置一道加强带。 后浇带梁、 板钢筋均断开， 后浇带合拢时间不少于6 o d ， 合 拢温度控制在 5 1 0 C 。钢筋采用搭接焊并浇筑微膨胀混凝 土， 即在普通混凝土中掺加一定比例的微膨胀剂， 微膨胀混凝 土在水化过程中产生适量膨胀 ， 在钢筋和邻位约束下， 在钢筋 混凝土中建立起一定的预应力 ( 约为 0 20 7 胁的预压 力) ， 这一应力可抵消混凝土在收缩时产生的拉应力， 从而能 起到减少混凝土构件裂缝的产生。外加剂掺量按限制膨胀率 控制， 加强区( 3 5 ) X 1 0 一， 非加强区( 2 3 ) X 1 0 一。 4 2 在混凝土中掺入外加剂 在混凝土中掺加以聚丙烯为原料的短纤维 1 0 ， 可以 有效地控制混凝土的塑性收缩， 改善混凝土的抗裂抗渗性能。 4 3 在混凝土梁板中增设抵抗温度应力的通长钢筋 钢筋采用闪光对焊或直螺纹连接 ， 墙板配筋率单层单向 O 2 5 ， 地下室部位双层双向配筋。对温度影响大的部位 提高配筋率单层单向0 3 o ， 纵向梁配置通长腰筋， 间距 2 0 0 m m， 直径根据梁宽确定 ， 但不小于 1 2 。在温度敏感部 位的框架梁中设置预应力钢筋。 4 4 采用合理的施工方法 合理施工方法是防止和减少结构裂缝的关键因素， 对于 超长较大的工程， 建议施工单位进行专项研究。根据其它工 程经验， 做好施工组织设计。对于大体积混凝土采用混凝土 6 o d的后期强度作为混凝土强度评定、 工程交工验收及混凝 土配合 比设计的依据， 但应严格控制混凝土的强度值 ， 施工 完成后的混凝土强度宜不大于设计强度的 1 2 倍。 施工时主要注意以下几点 ： 混凝土配合 比； 水泥的 选择及其质量； 混凝土所用骨料的选择及其质量； 混凝 土中掺加外加剂及混合料的质量和使用方法； 超长混凝土 浇筑的要求； 超长混凝土的养护要求。 参考文献 1 崔帅 超长结构温度应力分析与控制 D 上海： 同济大学， 2 O a 7 2 刘兴法 混凝土结构的温度应力分析 M 北京： 人民交通出版 社 。 1 9 9 1 3 朱伯芳 大体积混凝土温度应力与温度控制 M 北京： 中国电 力 出版社 ， 9 9 9 收稿日期 2 0 1 0 0 1 0 6 作者简介 逢毓卓( 1 9 7 8 一 ) ， 女 ， 哈尔滨人， 工程师， 从事结构 设计工作。