大体积混凝土结构裂缝控制与温度应力研究

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1、大体积混凝土结构裂缝控制与温度应力研究土热学指标的随机性，包括导热系数兄，导温系数口等，这些参数往往需要半经验半理论公式换算，与统计参数。就温度应力场获得而言，一方面随机温度场的随机性，另一方面，混凝土材料力学特性如弹性模量，徐变度等都应视为随机性更为合理。1．5研究内容混凝土作为目前用量最大的建筑材料，已广泛应用于工业与民用建筑、水利、城市建设、农林、交通及海港等工程。但由于温度的影响大体积混凝土易产生温度裂缝，如何控制并在设计中如何考虑裂缝的问题是施工和设计最关心的事情。本文主要从大体积混凝土裂缝控制的理论出发，分析了裂缝产生的机理和影响因素，并提出了大体积混凝土裂缝控制的方法，并应用到了

2、实际工程，结果表明，其研究成果具有较强的工程应用价值。大连理工大学专业学位硕士学位论文2大体积混凝土裂缝形成机理及控制理论2．1裂缝种类通过弹性理论计算，从理论上证明了变形约束力可能导致三种类型的微观裂缝：(1)粘着裂缝：指骨料与水泥石粘接面上的裂缝，主要沿骨料周围出现；(2)水泥石裂缝：指水泥浆中的裂缝主要出现在骨料与骨料之间；(3)骨料裂缝：指骨料本身的裂缝。这三种裂缝比较，前两种较多，混凝土微观裂缝主要指前两种，它们的存在对于混凝土基本物理力学性质如弹塑性、各种强度、变形、泊松比、结构刚度、化学反应等有重要的影响。混凝土微观裂缝产生的原因可按其构造理论加以解释，即把混凝土看作是由骨料、水

3、泥石、气体、水分等组成的非均质材料，在温度、湿度和其它条件变化下，混凝土逐步硬化，同时产生体积变形，这种变形是不均匀的，水泥石收缩较大，骨料收缩很小，水泥石热膨胀系数较大，骨料热膨胀系数较小，它们之间的相互变形引起约束应力。在构造理论中提出了一种简单的计算模型，即假定圆形骨料不变形且均匀分布于均质弹性水泥石中，当水泥石产生收缩时引起内应力，这种应力可引起粘着为裂缝和水泥石微观裂缝，混凝土微观裂缝是肉眼看不见的，肉眼可见裂缝范围一般以O．05rll／n为界。大于等于O．05mm的裂缝称为宏观裂缝，它是微观裂缝扩展的结果。观测证实，结构物的裂缝是时刻不停运动着，这种运动包含两种意思：一是裂缝宽度的

4、扩展与缩小；二是裂缝长度的延伸及裂缝数量的增加。裂缝稳定运动是正常的，工程中要防止的是不稳定的裂缝运动。裂缝形式多种样，大致可归纳为：表面裂缝、贯穿裂缝、深层裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、对角线裂缝、斜向裂缝等。根据危害性可以分为三种类型：2．1．1贯穿裂缝当结构受拉、弯曲受拉、偏心受拉时，导致结构表面开裂，从而形成了贯穿裂缝；大体积混凝土的水化热形成的裂缝，也多为贯穿裂缝。这种裂缝一旦出现，就会延伸至整个结构断面，将结构分离，导致结构整体性和稳定性的破坏。所以，我们必须采取措施，防止结构进一步恶化。2．1．2深层裂缝由于结构不规则变化，混凝土等级低、配筋不当，当受到超重荷载、地震、冲击突然作用，

5、使裂缝向深层延伸，危害结构的整体性能。大体积混凝土结构裂缝控制与温度应力研究2．1．3表面裂缝在结构表面浅层上，出现的龟纹状裂缝、竖向裂缝、水平裂缝、干缩裂缝等均属于表面裂缝。这通常是因为混凝土等级低，施工方法不当，养护不到位等原因所导致。以上三种裂缝的特征见表2．1。‘表2．1大体积混凝土裂缝特征Tab．2一lThecrackscharacteristicsofmassiveconcrete2．2混凝土的物理力学性能钢筋混凝土结构施工中裂缝的产生与同期混凝土的物理力学性能有直接的关系，本节简要介绍混凝土温度应力和收缩应力计算过程中涉及到的有关混凝土的物理性能【15】。2．2．1混凝土的变形大

6、连理工大学专业学位硕士学位论文在混凝土中除了外力引起的变化而外，由于各种物理化学作用，还会发生各种体积变形。其中除了温度将是本节的主要论题外，还有沉陷、干湿变形、自生体积变形(包括碱性膨胀)等。在这些体积变形中，一般说来，以温度变形为最重要。由于温度变形受约束而在混凝土结构中引起的应力常常远较外载引起的应力大，并对结构发生很不利的影响。例如，混凝土坝浇筑块后期冷却形成的拉应力可达每平方厘米几百牛顿，严重时能形成贯穿裂缝。干湿变形对混凝土结构的影响也很重要。混凝土表面因水分蒸发干缩而形成横表面裂缝的现象是很常见的。对于断面尺寸较小的结构，干缩对整体应力也有不容忽视的影响。为了分析各种体积变形对结

7、构应力的影响，首先应该了解各种各样体积变形的成因和物理特性【16’171。’2．2．1．1温度变形随着温度的变化混凝土产生膨胀或收缩。混凝土的温度膨胀系数口约在(5．8．12．6)x10．6／。C之间，一般计算机中取其平均值a=10x10-6／。C。骨料岩石品种是影响膨胀系数的主要因素。用石英岩制备的混凝土膨胀系数大，依次是砂岩、花岗岩、玄武岩以及某种品种的石灰岩。石灰岩本身的膨胀系数为12．6×