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2021-09-06 08:43:42 | 分类:默认分类 | 标签:

何为EPC的设计成本控制,设计管理者希望用数据指标来控制建筑造价,系统化分析设计成果的经济性,让设计对比更直观,让繁杂问题更简单。中建五局华东公司设计管理部设置专栏——【设计创新工作室】,定期解读设计问题,开启设计新思维。

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超长结构混凝土温度裂缝防控措施  

人的皮肤受多变气候影响容易干燥开裂,混凝土结构也一样如此,高温、日晒、干燥等不利环境都会导致结构开裂。初秋悄然而至,早晚温差逐渐变大,正如肌肤需要保养一样,混凝土也需要防裂。本期创新工作室来谈谈超长混凝土结构温度裂缝的成因和防治措施。


      引言

   

混凝土裂缝有很多种,主要有收缩裂缝、温度裂缝、沉降裂缝和结构裂缝。有调查显示,目前已建工程中出现的裂缝有95%左右是属于温度裂缝、收缩裂缝、沉降裂缝等非荷载裂缝,结构裂缝仅占5%。那么,日常防治裂缝的工作重点首要就在于 防治温度裂缝 

那么温度裂缝是怎么产生的呢?为什么超长混凝土容易产生温度裂缝呢?温度裂缝的防治措施是什么?今天带着这些问题,我们开始以下的分析。

     01  温度应力和其影响因素

   

温度裂缝的产生是因为温度应力大于混凝土的极限抗拉强度,导致混凝土受拉破坏,要防止出现温度裂缝首先要了解 温度应力 。温度应力按成因可分为两类:

(1)水泥硬化时产生的水化热使混凝土内外温度不均产生应力;

(2)混凝土的热胀冷缩受到外部制约,不能自由变形而引起应力。本文主要讨论后者。

为什么超长结构更容易产生温度裂缝呢?首先我们了解下什么是 超长结构 《高层建筑混凝土结构技术规程》对超长结构说明如下:

《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010

 

13.9.1 (条文说明) 

    ……

本节所述超长结构,通常指平面尺寸大于本规程规定的伸缩缝间距的结构。

了解了什么是 超长混凝土结构,我们再对其进行受力分析。以卧置在地基上的筏板为例,假设同一截面上的应力分布均匀,在地基土的制约下,构件截面上将出现水平法向应力σx和竖向应力σy,其沿构件长度方向的分布如下图所示。

  

超长混凝土构件的主要应力图

其中σx是引起垂直裂缝的主要应力,是设计控制应力,其最大值出现在构件中点,即x=0 处。σy可能引起水平裂缝,但其值一般很小,可忽略不计。σx  max 的 计算公式为:

 

其中:

        E——混凝土弹性模量(MPa)

        H——板厚(mm)

        L——结构物的长度(mm)

        Cx——地基阻力系数(N/mm3)

        cosh——双曲线余弦函数

        α——混凝土线膨胀系数,为1.0e-5/℃

        T——综合温差,T=T1+T2-T3

        T1——混凝土因水泥水化导致的升温值

        T2——混凝土干缩当量温差

        T3——混凝土膨胀当量温差

分析式(1)可发现法向最大应力σx的大小与构造和材料两大因素有关,我们把他们记做 材料因子M 和 构造系数S 

σ x  max  = M·S

  

材料因子分析:混凝土弹性模量E、混凝土线膨胀系数α和混凝土强度等级相关,相对固定,可视为常数;综合温差T和混凝土的配合比相关。

构造系数分析:构造系数S是[0,1]之间的数,当结构长度L、地基阻力系数Cx增加时,构造系数S也会变大。

材料因子和构造系数变大,混凝土法向应力也会变大。根据分析可知,防止温度裂缝的关键在于 结构受力约束形式 、 构件尺寸、混凝土材料 。通过控制约束形式和构件尺寸来实现释“ 放 ”温度应力,通过调整混凝土材料来实现抵“ 抗 ”温度应力。


  02    释“放”温度应力的技术措施 

分析公式(1)可知,通过合理的构造形式和减少构件尺寸,降低构造系数S的数值,可有效 释放 结构承受的约束应力。由此思路可引出以下几种“放”的技术措施:

1、设滑动层减阻力

首先我们考虑的是如何减少约束,充分释放温度应力,还是以超长混凝土结构筏板为例。在筏板与地基土之间的防水层上满铺一层10~20mm厚的细砂作为滑动层,以减小底板和地基之间的摩擦系数,释放约束应力。从而让混凝土自由收缩,释放温度应力 ,避免混凝土开裂。

2、设伸缩缝

缩短结构长度L可减小构造系数S,最终降低混凝土温度应力。因此释放约束应力的另一思路是通过合理分缝设计,降低结构长度,伸缩缝的应用正是基于这一原理。伸缩缝的做法是沿建筑物长度方向每隔一定距离预留永久性结构缝隙,将建筑物从屋顶、墙体、楼层和底板等构件全部断开,缝隙内用防水材料填充。规范(GB50010-2010)规定的钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距如下表所示。

  

3. 跳仓法施工 

缩短结构长度L的方法还有跳仓法施工。“跳仓法”就是把超长、超宽的混凝土结构划分成若干区段,采用间隔浇筑的一种施工方法。如下图所示,按照“分块规划、隔块施工、分层浇筑、整体成型”的原则,如同跳棋一样,隔一段浇一段,相邻两段间隔时间一般不少于7天,来有效释放混凝土在硬化初期剧烈的温度和干燥收缩应力。

 

4. 设诱导缝 

缩短结构长度L的第3种方法是设诱导缝。诱导缝是为了控制混凝土开裂的位置,人为造成薄弱连接面,其做法如下图所示。通过留置诱导缝,当构件的收缩应力大于其抗拉强度时,构件在设定位置有序开裂,开裂后构件的结构长度L减小,释放了收缩应力,从而防止在其他部位继续发生无序的开裂。因其容易产生渗水,只能用于水位低或干燥的地方。

  

诱导缝结构做法示意

5. 设后浇带

缩短结构长度L的另一种方法是设后浇带。后浇带将结构暂时划分为若干部分,经过构件内部收缩,在若干时间后再浇捣该施工缝混凝土,将结构连成整体。 与传统伸缩缝不同,后浇带是只存在于施工阶段的临时性伸缩缝,避免了永久留缝所导致的渗漏水等问题。后浇带的留设间距可取与伸缩缝相同,封闭时间一般需根据两侧混凝土的收缩完成情况结合施工作业要求确定(一般不少于42天)。

  


   03   总结 

如果把温度应力比作洪水,那么本文就“治理洪水”中的“疏水”介绍了几种技术措施,下一篇我们将针对“治理洪水”中的“堵水”进行讲解,聊一下防止温度裂缝中“抗” 的技术措施。

     
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