【正文】 混凝土,破壞對應(yīng)的拉應(yīng)變?yōu)?2又10一6。……()平均的,配筋試件中的應(yīng)變比素混凝土試件中的應(yīng)變大78又10一。飛ea。應(yīng)力曲線的屈服可解釋為由微裂紋引起的。文獻(xiàn)中不同的應(yīng)變加強(qiáng)系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)被用來使早期混凝土開裂危險(xiǎn)定量化。裂縫形式表明，通過不穩(wěn)定的應(yīng)力曲線，比素混凝土第一根裂縫出現(xiàn)的時(shí)間推后了幾個(gè)小時(shí)。stress[i49Pa]agc[h)stress(NiPaJageIhJ。一根配筋的混凝土比素混凝土同時(shí)或稍晚開裂。在文獻(xiàn)【“‘，的試驗(yàn)中，用了不同配筋率的試件和素混凝土試件。可見，鋼筋的存在沒有太大的影響HSC試件的自由變形。2)熱變形在半絕熱的養(yǎng)護(hù)條件下…，混凝土的變形被水化熱引起的熱變形控制。假設(shè)養(yǎng)護(hù)溫度絕對常數(shù)，則鋼筋不會(huì)受到大的變形。部分HSC也在20℃的恒溫下養(yǎng)護(hù)，以便確定自收縮變形的情況。最后，用一個(gè)公式使鋼筋減小早期混凝土通縫危險(xiǎn)的效應(yīng)定量化，并引入了應(yīng)變提高系數(shù)。為了區(qū)分熱效應(yīng)和收縮效應(yīng)，試件被恒溫和半絕熱養(yǎng)護(hù)。然而,觀察到的現(xiàn)實(shí)表明，足量配筋的混凝土裂縫的危害性要比用素混凝土試驗(yàn)建議的結(jié)果小得多。奇(t`,一m(t最廣泛被用來描述早期徐變的函數(shù)是DuoblePowerLawo(PL),它提供了混凝土早期徐變很好的預(yù)測【3939。(t`)是t`時(shí)刻的應(yīng)力張量,句(0t)獨(dú)立于應(yīng)力的應(yīng)變張量,它有關(guān)于熱和收縮現(xiàn)象(即,。(t`)+:O(t.)39。在這里,只有基本徐變被考慮,因?yàn)樵谠缙诟稍镄熳冎辉诨炷?一Zcm的表面才能觀測到。兩者均為固體材料流變力學(xué)研究的主要內(nèi)容?！睾苊黠@,這些方程的應(yīng)用中a=l是達(dá)不到的。回一E一(號)`/2基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果,幾,抗拉強(qiáng)度丘,彈性模量Ec,基于假設(shè)的終值通過這些力學(xué)特性在a=l時(shí)的衰退得到。時(shí),混凝土才可以考慮擁有固體骨架。,在整個(gè)過程中都被認(rèn)為是常數(shù),其典型值為:對于已硬化的混凝土,分別為Ta一10又10一6℃一`,【3339。相反,在NSC(普通強(qiáng)度混凝土)中,水的含量比確保水泥充分水化的水多。實(shí)際上,混凝土早期的徐變變形可以導(dǎo)致應(yīng)力的波動(dòng)達(dá)到50%或更多【3`39。至于力學(xué)模型,它只要在熱模型結(jié)束后再激活,而從熱模型中,得到計(jì)算體積變形。這些性質(zhì)參數(shù)中,有的已經(jīng)證明是隨齡期發(fā)展的,這與用于“正常使用條件”的設(shè)計(jì)假定不完全一致。因此,弄清混凝土的早期物理力學(xué)性能至關(guān)重要。另一方面,隨著施工技術(shù)、泵送設(shè)備、材料配比設(shè)計(jì)等的進(jìn)展,一些工程成功實(shí)現(xiàn)超長連續(xù)澆筑不設(shè)縫、工程完工后無害裂縫的目標(biāo),加快了施工進(jìn)度。?5?0o─┼─┼─┼─┼──┼──┼──┤│││廣op│\│││││││││││’銥…銥】io=/zm┼─┼─┼─┼─┼──┼──┼──┤│││rF│\\││U│││1dOO││320:│││┌──┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼850%┼──┼──z吸00喂00口Sd007260││││I/│叭│││││││││TIME│││├──┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼──┼──┼──┤││││萬│閱│\│││││││││││├──┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼──┼──┼──┤││││{││隊(duì)││││││││││└┼──┼─┼─┴─┼─┼─┼─┼──┼──┼──┤│││││決權(quán)│││││││││├──┼─┼─┬─┴─┼─┼─┼──┼──┼──┤││││││全契││││││││└──┼─┼─┤├─┼─┼──┼──┼──┤││││││!││一│!一│}│││││├───┴─┴─┴──┤│││││││}、二居溉39。對比測量值和計(jì)算值，考慮到采用了簡化模型和材料熱特性的粗糙，這是相對較好的對實(shí)際溫度的數(shù)值模擬。有限元模型八NAOG252GGfi14:48:51在整個(gè)監(jiān)測過程中認(rèn)為在FE模型的上邊界為空氣溫度。在此分析中沒有考慮鋼筋的影響，因?yàn)殇摻畹拇嬖趯囟葓龅挠绊懛浅Ｐ。梢院雎圆挥?jì)。中的一個(gè)自動(dòng)化的牛奶貯藏廠的樓板作為算例,在工作荷載下,豎向位移受到柱子強(qiáng)烈的約束。式(3.5)是在r3邊界上給定對流換熱的條件,稱為第三類邊界條件。最后一項(xiàng)是微體內(nèi)熱源產(chǎn)生的熱量。是邊界層的絕熱壁溫度。h是對流換熱系數(shù)(w/(mZQ一Q(x,y,z,t)是物體內(nèi)部的熱源密度(w/kg)。K))。一39。內(nèi)..)2.2.2溫度場有限元計(jì)算原理由于結(jié)構(gòu)的形狀以及變溫條件的復(fù)雜性,依靠傳統(tǒng)的解析方法要精確地確定溫度場往往是不可能的,有限元法卻是解決上述問題的方便而有效的工具。近似解通常選擇使之滿足強(qiáng)制邊界條件和連續(xù)性的要求(在選擇函數(shù)u時(shí)已事先滿足的邊界條件,這種邊界條件稱為強(qiáng)制邊界條件。假設(shè)未知場函數(shù)u可以采用近似函數(shù)來表示。相應(yīng)的近似解法實(shí)際上是求解泛函的駐值問題。它不是直接從問題的微分方程和相應(yīng)的定解條件出發(fā),而是從與其等效的積分形式出發(fā)。一個(gè)問題的有限差分法的求解步驟歸納為:首先將求解域劃分為網(wǎng)格,然后在網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)上用差分方程來近似微分方程。由于太陽輻射而產(chǎn)生到混凝土上的熱可通過簡單的疊加被混凝土表面吸收的太陽能來計(jì)算(一般為0.65)。在假設(shè)混凝土表面和空氣是直接接觸的條件下,對流一輻射簡化系數(shù)是可用的。……()其中:。混凝土和空氣之間由于輻射的熱交換可根據(jù)Setafn一Bolztmnan方程表示為【2539。基于風(fēng)速v(m)s/,對流系數(shù)可估計(jì)為【2639。對于熱問題的邊界條件,對流和輻射現(xiàn)象對于混凝土早期是應(yīng)當(dāng)考慮的。.......(去11)(少11(少11(4)混凝土表面的熱流量是時(shí)間的已知函數(shù),即,日T、一允(嘆一)二必(丁)”””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””39。一表面的溫度梯度。即t0的某時(shí)刻，結(jié)構(gòu)表面與周圍氣溫的關(guān)系是表面溫度梯度與溫差(結(jié)構(gòu)表面于環(huán)境氣溫差)成比例:廠}T1K__、}—}=一(d一ln}02210關(guān)于活化能，確定它的非常有效和精確的方法是通過等溫測定【231。...........()上面方程可直接通過混凝土混合物的絕熱試驗(yàn)校準(zhǔn)(它提供Tt曲線，t為時(shí)間)。....................因?yàn)閷?shí)際上水化度率是Ea女=f(。,【`739。,混凝土的熱導(dǎo)率根據(jù)下式變化k二k。,川39。關(guān)于k和pc的特性,應(yīng)當(dāng)考慮水泥水化的過程中它們的發(fā)展。環(huán)境溫度的來源主要是太陽輻射、或施工后加熱養(yǎng)護(hù)等。2混凝土早期溫度場2.1混凝土早期溫度場理論混凝土結(jié)構(gòu)澆筑完成后,水泥的水化過程尚在持續(xù)中,釋放大量的水化熱使混凝土內(nèi)部溫度上升,通過與外界的熱交換(邊界上熱量的不斷散失、太陽或其他外部熱源的輻射補(bǔ)充),其溫度逐漸與周邊環(huán)境的溫度趨于平衡。工程界已經(jīng)意識到,混凝土的松弛可以減低早期混凝土內(nèi)部由于溫度和收縮變形引起的拉應(yīng)力積累,從而緩解裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。6.2徐變對混凝土裂縫的影響固體材料在固定荷載長期作用下將產(chǎn)生緩慢的變形,力學(xué)術(shù)語為蠕變,混凝土科學(xué)中習(xí)慣地稱為徐變。當(dāng)然在某些配筋率較高的構(gòu)件中,例如配筋率達(dá)5一10%的中心受拉構(gòu)件,收縮應(yīng)力值尚為可觀,計(jì)算中應(yīng)考慮其影響。但是合理布置分布鋼筋,可以減輕混凝土的收縮程度,限制裂縫的開展。分別為鋼筋和混凝土截面面積。式中:飾(at)一配筋后的混凝土極限拉伸(mmm/m)。反映這一關(guān)系的有如下經(jīng)驗(yàn)公式【`39。大量工程實(shí)踐證明了適當(dāng)配筋能夠提高混凝土的極限拉伸,其關(guān)鍵在于“適當(dāng)”兩字。但雙方共同的觀點(diǎn)是,鋼筋能起到控制裂縫擴(kuò)展,減少裂縫寬度的作用。由此可見,對于混凝土早期裂縫問題進(jìn)行系統(tǒng)的理論分析,綜合考慮各種影響因素的作用,完善早期裂縫的生成、發(fā)展機(jī)理試驗(yàn)研究,建立裂縫開展控制分析方法,將成為混凝土結(jié)構(gòu)早期裂縫控制研究的中心任務(wù)。(4)結(jié)構(gòu)尺寸:墻板和樓板厚度的增加,外墻延長米的增加,都將增大裂縫出現(xiàn)的可能性。(2)養(yǎng)護(hù):例如某網(wǎng)球場車庫頂板混凝土澆搗后澆水養(yǎng)護(hù)一星期,后由于多種原因裸露在外8個(gè)多月,裂縫數(shù)目達(dá)到100多條。一般說的“混凝土早期裂縫”,主要是針對早前期階段和早期階段這兩個(gè)主要時(shí)段而言。(3)早期階段:一般指7h2至god的時(shí)段。認(rèn)為,有必要統(tǒng)一定義混凝土的成型發(fā)展階段,并按水泥水化進(jìn)程把混凝土的成型發(fā)展分為四個(gè)階段:(1)塑性階段:從澆搗完成開始至終凝完成的時(shí)段,對普通混凝土一般約為6一1h2的時(shí)段。6影響混凝土結(jié)構(gòu)早期裂縫的因素研究混凝土施工期間裂縫的發(fā)展,必須明確混凝土材料的成熟規(guī)律(水泥水化和養(yǎng)護(hù))、施工環(huán)境條件(溫度和濕度變化)的影響、結(jié)構(gòu)布置的約束作用、施工組織方式產(chǎn)生的活荷載等。所以就材料本身來說,“抗拉強(qiáng)度不足引起開裂”這種說法不夠確切。這樣,裂縫就分為兩大類:荷載引起的裂縫及變形變化引起的裂縫。混凝土早期收縮裂縫控制的重點(diǎn),集中于自干燥收縮和干燥收縮的研究,尤其是現(xiàn)澆墻板厚度較薄,現(xiàn)澆墻板施工完成后形成的暴露面比較的,混凝土失水形成早期收縮裂縫的趨勢較大。一般發(fā)生于年代較長、暴露于潮濕環(huán)境中的混凝土。水分散失既包括大氣蒸發(fā),也包括地基土壤的吸收。雖然體積變化量很大,但由于混凝土尚未硬化,一般認(rèn)為,在施工作業(yè)振搗充分時(shí)不會(huì)影響后期質(zhì)量。(3)由變形變化引起的裂縫(第二類荷載)。裂縫的主要成因不外乎有以下三種【`39。一般工業(yè)及民用建筑中,裂縫對使用(防水、防腐、承重)都無危險(xiǎn)性,故假定具有小于住05mm裂縫的結(jié)構(gòu)為無裂縫結(jié)構(gòu),所謂不允許裂縫設(shè)計(jì),裂縫的結(jié)構(gòu)。在三種裂縫中,前兩種較多,骨料裂縫較少。4.2混凝土的微觀裂縫與宏觀裂縫有關(guān)混凝土的現(xiàn)代試驗(yàn)研究設(shè)備的出現(xiàn)(如各種實(shí)體顯微鏡、X光照相設(shè)備、超聲儀器、滲透觀測儀等),完全證實(shí)了在尚未受荷載的混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中存在肉眼不可見的微觀裂縫(簡稱“微裂”)。最后,關(guān)于材料的分子強(qiáng)度理論,它是應(yīng)用物理力學(xué)方法研究分子間的作用力,求出材料的宏觀強(qiáng)度,從而可以按人的意志設(shè)計(jì)超高強(qiáng)度建筑材料的理論。唯象理論忽略了混凝土內(nèi)部的構(gòu)造組成,如混凝土內(nèi)部固相、氣相、液相的相互作用,導(dǎo)熱過程、水分轉(zhuǎn)移、蒸發(fā)過程以及各種孔隙、缺陷、內(nèi)部微裂等不連續(xù)現(xiàn)象,計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相差較大。后期又在彈性假定基礎(chǔ)上引進(jìn)了塑性理論。同時(shí)綜合考慮其他影響早期混凝土裂縫的因素,從而為鋼筋混凝土設(shè)計(jì)和施工中如何控制早期溫度裂縫提出一些有益的建議,使鋼筋混凝土的裂縫能被經(jīng)濟(jì)合理的得到控制。國外BaZnad對徐變有較為系統(tǒng)的研究,并積累了大量的數(shù)據(jù)。對這兩者的研究是有效預(yù)測荷載與變形作用引起的混凝土約束應(yīng)力水平及開裂效應(yīng)的關(guān)鍵。如果此時(shí)在混凝土中配有適量的、均勻的鋼筋,當(dāng)混凝土首先從某個(gè)薄弱點(diǎn)開裂時(shí),混凝土中的溫度應(yīng)力轉(zhuǎn)而由鋼筋承擔(dān),這就限制了混凝土裂縫的繼續(xù)開展,裂縫就會(huì)在下一個(gè)薄弱點(diǎn)發(fā)生。溫度筋在混凝土中作用:混凝土的膨脹系數(shù)為1只10一,而鋼筋的膨脹系數(shù)為1.2只10一,兩者十分接近,這就是說對于一受均勻溫差,且截面內(nèi)無溫度梯度的薄壁桿件來說,其中混凝土與鋼盤是同時(shí)伸長或壓縮的,且伸縮值基本相等,這就是說,當(dāng)混凝土中尚未出現(xiàn)裂縫仍處于彈性階段時(shí),由于鋼筋在混凝土中與混凝土同時(shí)收縮,鋼筋內(nèi)是無內(nèi)力或內(nèi)力很小的。即需要對結(jié)構(gòu)在溫度、收縮和徐變共同作用下進(jìn)行應(yīng)力分析。根據(jù)成熟度的概念,構(gòu)件內(nèi)核的強(qiáng)度發(fā)展就比表面快。靜定結(jié)構(gòu)的溫度變化不會(huì)產(chǎn)生支座約束應(yīng)力,但是,實(shí)際結(jié)構(gòu)往往是超靜定的。溫度變化是熱應(yīng)力和溫度裂縫的起因。根據(jù)有關(guān)工程,陳志明等對不同厚度的大體積鋼筋混凝土在高溫下混凝土內(nèi)部溫度進(jìn)行了施工全過程的跟蹤和實(shí)測,統(tǒng)計(jì)整理出混凝土的中心部位的溫度升降變化的全部曲線。近年來,研究人員更是對徐變和收縮的數(shù)學(xué)模型及結(jié)構(gòu)分析理論進(jìn)行改進(jìn)工作。國外對混凝土的收縮和徐變的研究卻較為豐富。Elgaaly(1985)對混凝土結(jié)構(gòu)中的梁、墻板和樓板的溫度梯度進(jìn)行了理論研究和實(shí)驗(yàn)測試比較,推出了結(jié)構(gòu)影響參數(shù)的計(jì)算公式。提出了控制早期裂縫的一般原則和實(shí)際措施以及控制大體積混凝土裂縫的特殊措施。再次,從結(jié)構(gòu)體型的角度看,混凝土體量越來越大,結(jié)構(gòu)形式日趨復(fù)雜,這為混凝土的早期體積穩(wěn)定性增加了一些不確定因素。首先,從材料的角度看,現(xiàn)代混凝土自身的組份發(fā)生了很大的變化:水灰比越來越小,單位體積水泥用量不斷增加,水泥細(xì)度不斷減小,新型早強(qiáng)水泥的生產(chǎn)應(yīng)用,包括高效減水劑在內(nèi)的各種化學(xué)外加劑的應(yīng)用,磨細(xì)摻合料,尤其是硅灰的使用。早期裂縫問題在國內(nèi)外的工程中都相當(dāng)普遍。徐變對早期鋼筋混凝土溫度應(yīng)力和裂縫的影響。這種設(shè)計(jì)一般過于保守,往往造成很大的浪費(fèi),同時(shí)并不能很好地解決裂縫的控制問題。又如高層建筑地下室外墻裂縫或高速公路隧道裂縫將導(dǎo)致地下水入滲,以致影響設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)。我國的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中已采用了可靠度理論,而且工程結(jié)構(gòu)使用中的耐久性仍然是正在研究的重要問題之一。這些工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中裂縫的控制是一項(xiàng)重要指標(biāo)。工程結(jié)構(gòu)的裂縫還影響建筑的舒適性和設(shè)施使用功能要求,如高層建筑現(xiàn)澆樓板的裂縫,即使不影響使用的安全性和耐久性,在舒