大体积混凝土温度裂缝控制及分析VIP专享VIP免费

http://www.paper.edu.cn-1-大体积混凝土温度裂缝控制及分析徐伟，吴春萍合肥工业大学土木建筑工程学院，安徽合肥（230009）摘要：大体积混凝土中的裂缝大部分是由于体积变形引起的,而在变形引起的裂缝中,温度作用是主要原因之一。文中简述了温度效应引起的结构裂缝特点以及目前常用的计算模拟模型，并利用有限元分析软件ANSYS模拟某大体积混凝土工程施工阶段温度应力场，该模型为设计提供了依据，在算例的基础上说明有限元法在温度效应计算方面具有广阔的应用前景。关键词：大体积混凝土；温度应力；温度裂缝；裂缝控制；有限元分析；ANSYS前言大体积混凝土硬化期间，由于水泥释放水化热，混凝土的温度升高，混凝土内外温差增大。由于混凝土温度剧烈变化，极易引起裂缝，即温度裂缝[1]。如何采取有效措施，防止温度应力造成混凝土出现有害温度裂缝，一直是大体积混凝土结构施工的一个重大问题。本文就大体积混凝土温度裂缝控制进行探讨，并通过温度应力分析指出ANSYS在温度应力中的广阔应用前景。1.大体积混凝土裂缝形成的原因及形式对于什么是大体积混凝土，目前国内外尚无明确的定义。中国建筑工程总公司在混凝土施工工艺标准中指出：大体积混凝土是最小断面任何一个方向尺寸大于0.8m以上的混凝土结构，其尺寸已大到必须采取相应的技术措施降低其温差，控制温度应力与裂缝开展的混凝土。这个定义强调两点即：最小断面尺寸的任一方向均在0.8m以上和必须控制温度应力而引起的开裂[1]。大体积混凝土的裂缝主要有以下两种形式[2]。1.1温差裂缝大体积混凝土由于横断面面积大,体积较厚,且混凝土自身的导热性又很差,因此,水泥水化过程发出的热量聚集于内部不易散失。随着混凝土龄期的增长,弹性模量亦随之不断提高,对混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大,以至于在混凝土表面产生很大的拉应力。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时,混凝土便开始出现裂缝,这种由于混凝土内外温差产生的应力应变而引起的裂缝称为温差裂缝。1.2干缩裂缝混凝土的拌合、水泥的水化都离不开水,这些和入混凝土的水分除少部分参与水泥水化外,其余都会在水泥硬化过程中陆续蒸发掉,并伴随引发混凝土体积的收缩。当这种收缩变形受到约束、结构应力超过混凝土的强度极限时,就会引起混凝土结构的干缩裂缝。很明显,抑制干缩裂缝的途径,一是设法降低拌合混凝土的水灰比,减少混凝土中的含水量,降低混凝土的体积收缩率;二是加强对混凝土的养护,延缓混凝土的收缩时间,待混凝土形成较高强度后,自身就可以抵御混凝土的收缩应力。2.温度裂缝的产生原因分析http://www.paper.edu.cn-2-温度裂缝按其开裂形式可分为贯穿性裂缝和非贯穿性裂缝两种,前者是由于截面温度的均匀变化而引起,是工程中需要预防的有害裂缝,而后者则是由于温度沿构件截面的高度存在梯度,导致构件产生弯曲裂缝,一般在计算中不考虑,只需限制内外表面温差来进行控制,我国《高层建筑混凝土结构技术规程》规定构件内外表面温差如低于25℃即可不考虑其影响。2.1水泥水化热引起的温度应力和温度变形水泥在水化过程中产生大量的热量，每克水泥放出的热量将近502.42J，因而使混凝土内部的温度升高，一般在30。C左右，有时更高。它在1-3天放出的热量是总热量的一半。混凝土内部的最高温度多数发生在浇筑后的3-5天内，当混凝土内部与表面温差过大时就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成正比，温度越大，温度应力越也越大。当这种温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生裂缝。而混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥用量有关，混凝土越厚，水泥用量越大。内部温度越高，所形成的温度应力越大。温度应力与混凝土结构的尺寸有关，在一定尺寸范围内，混凝土结构尺寸越大，温度应力也越大，因而引起裂缝的可能性也越大，这就是大体积混凝土为什么容易产生裂缝的主要原因。2.2外约束与内约束的影响混凝土内部各质点相互影响、相互制约,这种现象叫约束。大体积混凝土因温度变化而发生变形也要受到不同程度的约束，限制其变形，因而产生了约束应力。大体积钢筋混凝土与地基浇筑在一起，当温度变化时，受到下部地基的限制，产生外部的约束应力。混凝土在早...