【正文】 很明顯,與素混凝。試驗(yàn)中,對(duì)于沒筋混凝土,破壞對(duì)應(yīng)的拉應(yīng)變?yōu)?2又10一6。工程實(shí)際中用來判斷硬化中的混凝土的裂縫危險(xiǎn)性的溫度標(biāo)準(zhǔn)為:新舊混凝土、表面和中心層的混凝土的溫差不應(yīng)超過15一25℃?！?)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。crde,mea。飛ea。cr,rneiofrecd,mena一170又10一6,相應(yīng)的素混凝土試件的為Ecr,pnail,mena一92又10一6,配筋試件的應(yīng)變提高可用應(yīng)變提高系數(shù)n來表示。應(yīng)力曲線的屈服可解釋為由微裂紋引起的。比較4}8和4小12試件的結(jié)果，鋼筋的配筋率似乎對(duì)裂縫開裂時(shí)間推后的情況并沒有影響。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。文獻(xiàn)【41，為了獲得配4根鋼筋的試件中關(guān)于裂縫的更多信息，裂縫開裂后馬上用熒光環(huán)氧樹脂灌注裂縫，樹脂硬化后試件被切片、劈裂裂縫的形式二這些裂縫比試件中間的裂縫小些。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)。由于在配鋼筋的鋼筋混凝土中，混凝土的應(yīng)力比素混凝土中的應(yīng)力早些達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度，所以配一根鋼筋的鋼筋混凝土開裂比素混凝土早。stress[i49Pa]agc[h)stress(NiPaJageIhJ。比較了素混凝土試件的應(yīng)力發(fā)展和一根鋼筋的應(yīng)力發(fā)展及四根鋼筋的應(yīng)力發(fā)展。所以可以用公式6}=}t}}to、一A5一根配筋的混凝土比素混凝土同時(shí)或稍晚開裂。半絕熱養(yǎng)護(hù)的試件在澆注后2748小時(shí)之間出現(xiàn)第一條裂縫。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。在早期，如果變形受到約束，應(yīng)力就會(huì)產(chǎn)生。可見，鋼筋的存在沒有太大的影響HSC試件的自由變形。這個(gè)結(jié)果可以被解釋為:在普通混凝土中，自生收縮起的作用比較小。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。配筋的布置對(duì)其沒有影響。假設(shè)養(yǎng)護(hù)溫度絕對(duì)常數(shù)，則鋼筋不會(huì)受到大的變形。實(shí)驗(yàn)室的試件是密封的，避免濕氣向周圍流失。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。研究的試件有素混凝土和各種配筋率((00/a,)和鋼筋分布(分別為一根鋼筋和四根鋼筋:1小12和4}6(113mm2),1中16和4}$(201mm2),1中25和4小12)的配筋混凝土。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)。為了使早期裂縫形式可視化，裂縫被熒光環(huán)氧環(huán)氧樹脂灌注。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)。文獻(xiàn)【4I1在實(shí)驗(yàn)室研究了配筋對(duì)混凝土早期裂縫的影響。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。3.1.4對(duì)鋼筋的考慮3.1.4.1配筋對(duì)自由變形的作用到目前為止,大多數(shù)混凝土硬化階段裂縫危害性的研究集中于素混凝土。奇(t`,一m(t39。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。、)I,。(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.)t`是加載時(shí)間,從而,應(yīng)變張量。39。為了計(jì)算t時(shí)刻的基本徐變,本文中采用了文獻(xiàn)【3939。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。工程界已經(jīng)意識(shí)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。兩者均為固體材料流變力學(xué)研究的主要內(nèi)容。3.1.3對(duì)徐變的考慮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?！睾苊黠@,這些方程的應(yīng)用中a=l是達(dá)不到的?；匾籈一(號(hào))`/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。:一些作者建議應(yīng)當(dāng)通過磯cat的針入度實(shí)驗(yàn)來得到,但是采用超聲方法和其他電子方法的建議也很多【3539。時(shí),混凝土才可以考慮擁有固體骨架。從力學(xué)的觀點(diǎn),存在一個(gè)初始的水化度,在這個(gè)時(shí)刻之前,混凝土的力學(xué)性能可以被忽略。,在整個(gè)過程中都被認(rèn)為是常數(shù),其典型值為:對(duì)于已硬化的混凝土,分別為Ta一10又10一6℃一`,【3339。在本文NSC中的應(yīng)用,收縮被忽視了,因?yàn)樽陨湛s在NSC中不重要,干燥收縮在早期不重要。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。在HPC(高性能混凝土)中,自收縮也是早期的一個(gè)問題,因?yàn)樗嗨磻?yīng)生成的固體的體積小于混凝土混合物的體積總合,從宏觀的角度,這導(dǎo)致早期混凝土收縮。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。其中Ta是熱膨脹系數(shù),I是單位張量。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。為了計(jì)算隨時(shí)間發(fā)展的混凝土的應(yīng)力和應(yīng)變,得到混凝土裂縫的有關(guān)情況,在分析完早期混凝土的溫度場后必須分析其應(yīng)力場。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,混凝土早期抗拉強(qiáng)度發(fā)展的研究對(duì)于裂縫控制相當(dāng)重要。因此,弄清混凝土的早期物理力學(xué)性能至關(guān)重要。而現(xiàn)行施工規(guī)范僅以某些強(qiáng)度指標(biāo)(如d7抗壓強(qiáng)度)控制施工進(jìn)度和工程質(zhì)量也缺乏系統(tǒng)的考慮。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。因此，可以推斷力學(xué)性能也有相同的規(guī)律，即沿界面厚度的應(yīng)力梯度變化非常小。?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。C2)另一方面，對(duì)于上表面和下表面的對(duì)流系數(shù)的簡化假設(shè)，如上表面沒有考慮前24小時(shí)覆蓋在其上的臨時(shí)的織物，下表面對(duì)其與土壤接觸的簡化等。對(duì)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(duì)較好的對(duì)實(shí)際溫度的數(shù)值模擬?？偣策M(jìn)行了9天的計(jì)算，時(shí)間步長取為1小時(shí)。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。在分析中，混凝土的熱傳導(dǎo)系數(shù)、比熱的平均值、活化能等都是假設(shè)的，1{1一_上一卜」…一一斗—一—一一一一一一一」一}一}}l時(shí)間(天)混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)混凝土的體積比熱上邊界熱對(duì)流系數(shù)下邊界熱對(duì)流系數(shù)土壤溫度初始溫度k=2:6W/mI}pc=2400x103h=}m2Kh=}m2KT=139。在此分析中沒有考慮鋼筋的影響，因?yàn)殇摻畹拇嬖趯?duì)溫度場的影響非常小，可以忽略不計(jì)。:通過橫向和縱向的條帶在不同的日期澆注。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?！?)條件下滿足瞬態(tài)熱傳導(dǎo)方程及邊界條件的場函數(shù)T,T應(yīng)是坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)。rl+rZ+r3=r,r是域Q的全部邊界。式(3.5)是在r3邊界上給定對(duì)流換熱的條件,稱為第三類邊界條件。式(3.3)是在rl邊界上給定溫度寸(r,)t,稱為第一類邊界條件,它是強(qiáng)制邊界條件。最后一項(xiàng)是微體內(nèi)熱源產(chǎn)生的熱量。第一項(xiàng)是微分體升溫所需要的熱量。是邊界層的絕熱壁溫度。Ta一Ta(r,)t,對(duì)于r3邊界,在自然對(duì)流條件下,Ta是外界環(huán)境溫度。h是對(duì)流換熱系數(shù)(w/(mZT一寸(r,)t是在rl邊界上的給定溫度。Q一Q(x,y,z,t)是物體內(nèi)部的熱源密度(w/kg)。kx,kv,kz是材料沿物體三個(gè)主方向(x,y,z方向)的導(dǎo)熱系數(shù)(W/(mK))?！?“汰“即一虎式中,p是材料密度(kg/m3)。一39?！?、一_、,~,、k二二丁一n二+k二丁一n+k7,丁一n7二h(39。內(nèi)..)在一般的三維問題中,瞬態(tài)溫度場的場變量Tx(,y,z,)t在直角坐標(biāo)系中應(yīng)滿足的微分方程是:日T日二日T、日二日T、日二Pc二二,一二一(k二幾二一)一二,(kv幾二一)一二,(k優(yōu)汰汰心心虎7擎)一、Q一。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。rq邊界上的邊界條件自動(dòng)得到滿足。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。Ni是稱之為試探函數(shù)(或基函數(shù)、形函數(shù))的已知函數(shù),它取自完全的函數(shù)序列,是線性獨(dú)立的。假設(shè)未知場函數(shù)u可以采用近似函數(shù)來表示。有限元法區(qū)別于傳統(tǒng)的加權(quán)余量法和求解泛函駐值的變分法,該法不是在整個(gè)求解域上假設(shè)近似函數(shù),而是在各個(gè)單元上分片假設(shè)近似函數(shù)。相應(yīng)的近似解法實(shí)際上是求解泛函的駐值問題。利用加權(quán)余量法的原理,可以建立多種近似解法,例如配點(diǎn)法、最小二乘法、伽遼金法、力矩法等都是屬于這一類數(shù)值分析方法。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)。在流體力學(xué)領(lǐng)域內(nèi),有限差分法至今仍占支配地位。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。2.2有限元方法模擬2.2.1有限元的發(fā)展及其概念已經(jīng)發(fā)展的偏微分方程數(shù)值分析方法可以分為兩大類【2“39。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)。……()、hcrA州k1A39。h__二(—+》—)`在假設(shè)混凝土表面和空氣是直接接觸的條件下,對(duì)流一輻射簡化系數(shù)是可用的。為了簡化,輻射通常和對(duì)流一起考慮,通過一個(gè)簡化的對(duì)流一輻射系數(shù)hcr一h?！?)其中:?；炷梁涂諝庵g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(duì)流系數(shù)可估計(jì)為【2639。q二h。對(duì)于熱問題的邊界條件,對(duì)流和輻射現(xiàn)象對(duì)于混凝土早期是應(yīng)當(dāng)考慮的。.......若表面熱流量等于零,則結(jié)構(gòu)物四周是絕熱的:匹一0..............................................................................(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。……(Z男義ctrl夕。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}~~可以說邊值條件就是一系列熱傳導(dǎo)方程的定解條件，即混凝土表面與周圍介質(zhì)的熱交換條件幾，在傳熱學(xué)上分為四類:(1)在某時(shí)刻ttl結(jié)構(gòu)表面的溫度分布是已知的:T}}}Y}z}}}二}}XAY}Zat1)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。選擇性的，方程式中的參數(shù)和方程f(a)可以通過解析法或?qū)ｉT設(shè)計(jì)用來再現(xiàn)水泥水化的微結(jié)構(gòu)模型來得到，如Hymostruc法，MultiCoponentHydration或CHEMY3D}i439。...........()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(。EaQ=af(。,【`739。關(guān)于混凝土的體積比熱pc,在水泥水化的過程中,它有一個(gè)相對(duì)的常數(shù)值,呈現(xiàn)出低于5%最終值的變化【`,39。),混凝土的熱導(dǎo)率根據(jù)下