高層建筑鋼筋混凝土基礎(chǔ)大底板裂縫機(jī)理分析及預(yù)防畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-02 19:49 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 術(shù)的發(fā)展和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的完善，不少學(xué)者考慮混凝土的實(shí)際結(jié)構(gòu)，建立了構(gòu)造模型如骨料和水泥石組成的“層構(gòu)模型”、殼 — 核模型和組合盤體模型等。 通過彈性理論計算，從理論上證明了變形約束力可能導(dǎo)致三種類型微觀裂縫： 粘著裂縫：指骨料與水泥石粘接面上的裂縫，主要沿骨料周圍出現(xiàn)。水泥石裂縫：指水泥漿中的裂縫，主要出現(xiàn)在骨料與骨料之間。骨料裂縫：指骨料本身的裂縫。 這三種裂縫比較，前兩種較多，混凝土的微觀裂縫主要指前兩種?；炷廖⒂^裂縫產(chǎn)生的原因可按其構(gòu)造理論加以解釋，即把混凝土看做是由骨料、水 泥石、氣體、水份等組成的非均質(zhì)材料，在溫度、濕度和其他條件變化下，混凝土逐步 9 硬化，同時產(chǎn)生體積變形，這種變形是不均勻的，水泥石收縮較大，骨料收縮很小，水泥石熱膨脹系數(shù)較大，骨料熱膨脹系數(shù)較小，他們之間的相互變形引起約束應(yīng)力。在構(gòu)造理論中提出了一種簡單的計算模型，即假定圓形骨料不變形且均勻分布于均質(zhì)彈性 水泥石中，當(dāng)水泥石產(chǎn)生收縮時引起內(nèi)應(yīng)力，這種應(yīng)力可引起粘著微裂縫和水泥石微觀裂縫，混凝土的微觀裂縫肉眼是看不見的，肉眼可見裂縫范圍一般以。大于等于 ，它是微觀裂 縫擴(kuò)展的結(jié)果。 下面就通過不同的理論基礎(chǔ)來分析混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的機(jī)理?，F(xiàn)在國內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為是混凝土在澆筑、形成過程中不可避免存在著毛細(xì)孔、空隙及材料的裂隙缺陷，在外界因素作用下，這些缺陷部位將產(chǎn)生高度的應(yīng)力集中，并逐漸擴(kuò)展發(fā)展，形成混凝土體中的微裂紋。另一方面，混凝土體中各相的結(jié)合界面是最薄弱的環(huán)節(jié)，在外界因素作用下，將脫開而形成截面裂隙，并發(fā)展成微裂紋。若外界因素繼續(xù)作用，混凝土體中的微裂紋經(jīng)過匯集、貫通的過程而形成宏觀裂縫。同時，宏觀裂紋的端部又因應(yīng)力集中而出現(xiàn)新的微裂紋，甚至出現(xiàn)微裂紋區(qū)，這又 將發(fā)展成新的宏觀裂縫或體現(xiàn)為原有宏觀裂紋的延伸。如此反復(fù)交替，宏觀裂縫必將沿著一條最薄弱的路徑逐漸擴(kuò)展，最后使混凝土完全斷開而破壞。因此，混凝土材料的破壞過程實(shí)際上是損傷、損傷積累、宏觀裂紋出現(xiàn)、損傷繼續(xù)積累、宏觀裂縫擴(kuò)展交織發(fā)生的過程。 混凝土材料是由水泥砂漿與粗骨料混合而成的混合物，由于其特有的水化性質(zhì)使得混凝土結(jié)構(gòu)在施工期就經(jīng)歷了升溫和降溫兩個過程?；炷林杏捎谒嗌皾{與骨料熱膨脹系數(shù)的不同，在升溫過程中溫度荷載作用下水泥砂漿與骨料所形成的界面首先產(chǎn)生損傷，并隨溫度增加而發(fā)展，因此形成界面裂紋，當(dāng) 繼續(xù)增加的溫差達(dá)到某一數(shù)值后，界面裂紋便向水泥砂漿中延伸。在以后的降溫過程中界面裂紋與水泥砂漿中的微裂紋繼續(xù)發(fā)展，以致發(fā)展成宏觀裂縫，并可能導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂破壞，由于損傷是不可恢復(fù)的，故在以后的降溫過程中，所形成的界面裂縫不會消失，而且降溫過程中不僅原有的微裂紋會發(fā)展，同時也會產(chǎn)生新的微裂紋。 根據(jù)試驗(yàn)研究可以得出，骨料和水泥砂漿的最大應(yīng)力都發(fā)生在界面上。在升溫過程中，在骨料中產(chǎn)生徑向和環(huán)向壓應(yīng)力；在降溫過程中，在水泥砂漿中產(chǎn)生徑向壓應(yīng)力和環(huán)向拉應(yīng)力。由于界面是最薄弱的，無論升溫還是降溫當(dāng)界面上的 拉應(yīng)力大于此時的抗拉強(qiáng)度時，就會導(dǎo)致微裂縫。裂縫的形成和發(fā)展與混凝土的齡期和溫差有直接關(guān)系。 根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個階段： 早期自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約 30 天。這個階段的兩個特 10 征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝土彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。中期自水泥放熱作用基本結(jié)束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止， 在這個時期中，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊 加， 在此期間混凝上的彈性模量變化不大。晚期混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相迭加。根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類： 自生應(yīng)力：邊界上沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的 ,由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。例如，橋梁墩身，結(jié)構(gòu)尺寸相對較大，混凝土冷卻時表面溫度低，內(nèi)部溫度高，在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力， 在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。 約束應(yīng)力： 結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束 ,不能自由變形而引起的應(yīng)力。如箱梁頂板混凝土和護(hù)欄混凝土 。這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。要想根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。在大多數(shù)情況下， 需要依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計算?；炷恋男熳兪箿囟葢?yīng)力有相當(dāng)大的松弛， 計算溫度應(yīng)力時， 必須考慮徐變的影響。 大體積混凝土施工常見的質(zhì)量問題是溫度裂縫?；炷岭S著溫度變化而發(fā)生膨脹收縮，稱為溫度變形。對于大體積混凝土施工階段來講，裂縫是由于混凝土溫度變形而引起的。由于混凝土溫度變化產(chǎn)生變形受到混凝土內(nèi)部和外部的約束影響，產(chǎn)生 較大應(yīng)力，尤其是拉應(yīng)力，是導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。 泥水化熱是大體積混凝土中主要溫度因素?；炷猎谟步Y(jié)過程中，由于水泥的水化作用，在初始幾天產(chǎn)生大量的水化熱，使混凝土溫度升高。由于混凝土導(dǎo)熱不良，體積較大，相對散熱較小，因此形成熱量的積聚。內(nèi)部水化熱不易散失，外部混凝土散熱較快，水化熱溫升隨壁板厚度增加而加大，混凝土形成一定的溫度梯度。無論溫升階段，還是溫降階段，混凝土中心溫度總是高于混凝土表面溫度。根據(jù)熱脹冷縮的原理，中心部分混凝土膨脹速率要比表 面混凝土大。因此，混凝土中心與表面各質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)約束以及來自地基及其它外部邊界約束的共同作用，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)溫度梯度大到一定程度時，表面拉應(yīng)力超過混凝土大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生原因的極限抗拉強(qiáng)度時，混凝土表面產(chǎn)生裂縫。在升溫階段，混凝土未充分硬化，
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