大体积混凝土裂缝控制研究

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1、第28卷第3期土木工程与管理学报Vo1．28No．32011年9月JournalofCivilEngineeringandManagementSep．2011大体积混凝土裂缝控制研究林一，王凯，高荣雄(1．贵阳市城市规划设计研究院，贵州贵阳550000；2．华中科技大学土木工程与力学学院，湖北武汉430074)摘要：随着大体积混凝土的广泛应用，混凝土的裂缝控制问题日益突出。裂缝的产生会导致混凝土的抗渗、抗腐蚀等性能下降，影响结构的耐久性。本文分析了大体积混凝土由于水化热而产生的开裂机理，结合实际

2、工程，应用Midas软件模拟大体积混凝土温废场，重点解决了混凝土分层浇筑、水管冷却及边界条件等因素对其温控的影响，监测结果与理论分析较好吻合，论文研究工作对类似工程具有借鉴作用。关键词：大体积混凝土；裂缝控制；有限元分析中图分类号：TU755文献标识码：A文章编号：2095-0985(2011)03-0035—05大体积混凝土的应用越来越广泛，随之而来大体积混凝土内部中心最高温度J：的，大体积混凝土的裂缝控制问题也越来越引起Tc(t)=T(t)+r，n(1)设计和施工人员的关注。我国工程界认为当

3、混凝一为温降系数。随混凝土浇筑块的厚度与土结构断面尺寸大于1m时，就称之为大体积混龄期而异。凝土¨。导致大体积混凝土开裂的主要因素有大体积混凝土外部中心最高温度J：水化热、温差、混凝土收缩等，其中水化热是导致(t)=Ts(t)+71Ⅱ(t)(2)混凝土产生裂缝的主要原因。内外温差：大体积混凝土在浇筑振捣以后，产生大量的AT(t)=71c(t)一(t)=T(t)+一(t)水化热，由于混凝土表面散热，混凝土温度中心由一(t)(3)向表面递减，温度的不同导致混凝土内外变形不在绝热条件下，即水泥与外部没

4、有热交换时，统一，中心混凝土与边缘混凝土变形不一致，因而水泥水化热不能散发出去，混凝土温度将持续升产生温度应力J。所受约束的不同导致温度应高。不同的水泥品种和单位体积的水泥用量影响力大小也不相同。当混凝土的抗拉应力不能抵抗温度升高规律，温度随时问上升的曲线为：温度应力的作用时，结构就会开裂产生由温度应()=_wst(1一emt)(4)力引起的非荷载裂缝。其中为每1m混凝土中的水泥含量，ks／大体积混凝土的温度场In。；g为每kg水泥水化热量；c为比热，一般为0．92～1．0×10J／kg·oC；

5、p为混凝土密度，一般取从浇筑完成开始，大体积混凝土就处于一个2500kg／m；m为与水泥品种有关的系数，一般取动态温度场中，这个温度场将引起应力，所以有必0．3～0．5。要分析温度场及其变化过程。浇筑刚刚完成时，散热温降(t)取决于大体积混凝土内部此混凝土的初始温度为人模温度，即内部任一点，其点散发的热量Q，其值取决于此点与周围的温差，初始温度为人模温度。导致混凝土开裂的温度应根据热传导定律，可知：力是混凝土内此点与周围的温差△(t)引起混Q=OL-S·[Th(t)一T(t)](5)凝土变形造成

6、的。混凝土内外温差是水化热的绝其中O／为对流交换系数；S为混凝土表面与热温升、混凝土浇筑温度(t)、混凝土结构物外界环境接触总面积；(t)为混凝土内部此点的的散热温降(t)、外界温度(t)的叠加。温度。收稿日期：2011-07—15作者简介：林一(1957一)，男，贵州黔西人，研究方向为工业与民用建筑(Ernail：WY466459ZG@163．COrn)通讯作者：高荣雄(1969-)，男，福建福安人，副教授，博士，研究方向为桥梁健康评估与加固(Email：bridgel15@163．corn)

7、·36·土木工程与管理学报2011年(3)有限单元法。把求解区域分为有限个单2温度场的求解元，通过变分原理，得到以结点温度为变量的一个代数方程组，求解方程得到温度值，得到的计算结2．1热传导方程果精度较高。由于水泥水化过程放热的作用，混凝土温度随时间变化变成具有内热源的热传导问题，即在3工程实例混凝土区域内，非稳定温度场T(，Y，z，t)必须满足热传导方程]：3．1工程概况本文以福银高速公路九江长江公路大桥为一a￡==口口(I、窘—a戈—‘+十—Oy—2+十—a_‘)／I+—a—￡(I、6O)J

8、例，利用MIDAS进行温控有限元分析，桥梁全长式中，0为导温系数；0为混凝土的绝热温升；25．43公里，为双塔不等跨混合梁斜拉桥。本次为混凝土龄期(时间)。温控为九江长江公路大桥B1合同段主墩承台、2．2热传递初始条件和边界条件墩身起步段温控，限于篇幅，文中仅列出承台计算(1)初始条件的模型与结果。T(，Y，z，0)=To(，Y，z)(7)3．2计算边界条件(2)边界条件(1)取封底混凝土底面及侧面与基坑支护接大体积混凝土温度场边界条件可分为四类。触面温度等于周围土体温度10~C；第1类为混凝土