大体积混凝土裂缝控制计算.docx

. 大体积混凝土裂缝控制计算潘晓勇(中铁十八局集团二公司 河北唐山 063000)摘要：针对拱座基础超大体积混凝土浇筑，工前计算了温度应力 并进行了裂缝出现可能性分析 对浇筑方法和养护方法提出了相应意见。精选范本1、案例简介某客运专线特大跨度钢管拱桥，主跨416m，拱座基础为台阶状大体积混凝土，尺寸为48m32m24m，横桥宽度达到48m，纵向长32m，高24m，基础沿侧面边缘单层配筋，分层浇筑，基础沿纵向中心设变形缝一道，高度9m。工前进行裂缝控制计算。2、混凝土温度变形值计算 L=L（T2-T1) (1) =48301.010-5 =14.4mm式中：L为结构物长取48mT2-T1:为混凝土温度差，取30:混凝土线膨胀系数110-5 3、自约束裂缝控制计算由于混凝土内部温差（中心与表面部位）导致混凝土收缩时，各质点之间的相互约束，表面产生拉应力，内部产生压应力，称为自约束应力。设：一次浇筑厚度为3m，混凝土等级为C30，3d时内部与边缘部位温差为17，求不考虑徐变松驰影响由内部温差产生的拉应力及压应力。t=23EtT11- (2)c=13EtT11- (3)式中：t、c为混凝土拉应力、压应力。Et：混凝土的弹性模量N/mm2。E3=Ec(1-e-0.09t) （4）=31041-e-0.27=0.71104N/mm2：混凝土膨胀系数110-5。T1：混凝土中心与边缘温差，边缘部位一般取表面下0.51m范围内，非混凝土表面。：混凝土泊松比，取0.15。将上式参数代入（2）、（3）式中得：t=0.95N/mm2c=0.47N/mm2，故内部温差引起的拉应力及压应力分别为0.95MPa、0.47MPa。大体积混凝土中，为计算早期裂缝，一般地抗拉强度采用的是轴心抗拉强度，而非劈裂抗拉强度。C30等级混凝土的轴心抗拉强度一般只有抗压强度的6%12%1,国内学者提出的经验数值是5%10%,混凝土设计原理教材提出的两者之间的平均值换算关系为：ft=0.395fcu0.55 (5)ft:混凝土轴心抗拉强度平均值fcu:混凝土立方体抗压强度均值已知3d时，混凝土轴心抗压强度值fcu为12.4MPa(试验报告数据)，代入公式(5)中计算3d轴心抗拉强度值为ft=0.39512.40.55 =1.58MPa0.95因此3d时，混凝土内部温差产生自约束拉应力小于同期混凝土轴心抗拉强度，可以有效控制表面温度裂缝产生。关于公式(5)，1提出了另外一个经过试验拟合的公式为：ft=0.407fcu0.51 （6）按此式计算结果：ft=0.40712.40.51 =1.47MPa此结果与公式（5）结果1.58MPa相比，相差约7%，说明两个结果极为相近。需要说明的是：在计算手册中，混凝土抗拉强度一般取设计值，C30等级为1.43MPa，这个值小于按龄期计算的混凝土抗拉强度。4、外约束裂缝控制计算外约束指混凝土降温时趋于大气温度过程中产生收缩变形，这种变形受到边界条件的限制，进而产生的温度应力，它是引起混凝土贯穿性开裂的主因。而各进段内部的非均匀降温差则是内约束应力的主因，也是产生表面裂缝的主要原因。本例：大体积混凝土每浇筑层厚度为3m，混凝土等级为C30，使用P.O42.5水泥，内掺法级粉煤灰掺量为30%,水胶比为0.48，其他参数：Ec=3.0104N/mm2；Ty：混凝土收缩当量温差最大9；S(t)：考虑徐变的松驰系数取0.3；R：混凝土的外约约束系数，本例中地基设20cm厚混凝土垫层，前端设8根桩基，综合取0.5；c：混凝土的泊松比，取0.15混凝土入模温度：20当地平均气温：19养护期间月平均最低气温：13求可能产生的最大温度收缩应力及露天养护期间（15d）可能产生温度收缩应力及抗裂安全度。解：1)混凝土绝热温升Tt=mcQcc+F50 =2444850.962410+10450 =53.2 (7)T15=53.2(1-e-0.36215) = 52.97 (8)2)混凝土的收缩变形值y(t)=y0(1-e-bt)M1Mn（9）式y(t):非标准状态下收缩变形值y0:标准状态极限收缩值3.2410-4e:常数2.718b:经验系数，取0.01t:计算龄期M1Mn:非标条件修正系数，对应本例各种条件及环境特点，查计算手册，计有10项。M1=1.0； M2=1.35；M3=1.0；M4=1.21；M5=1.0；M6=0.93；M7=0.88；M8=0.76；M9=1.0；M10=0.98（配筋率近于0）。将上式代入（9）式中得：y15=3.2410-41-e-0.1511.311.2110.930.880.7610.98=0.43310-43)混凝土15d收缩当量温差Ty(15)=y(t) (10) =0.43310-41.010-5 =4.34)混凝土15d弹性模量Et=Ec1-e-0.09t (11) =31041-e-1.35 =2.22104 N/mm25)混凝土的综合最大温差T=T0+23Tt+Tyt-Th =20+2353.2+9-19 =45.56)基础混凝土最大降温收缩应力=-E tT1-StR =-2.22104110-545.51-0.150.30.5 =1.78 MPa7)露天养护15d时降温收缩应力T=T0+23Tt+Tyt-Th =20+2352.97+4.3-13 =46.6=-E tT1-StR=1.83MPa5、结论由计算可知，最大温降及15d露天养护期产生的温度应力分别为1.78MPa、1.83MPa；C30等级混凝土设计抗拉强度为1.43MPa、抗拉强度标准值为2.20MPa，由于温降引起的拉应力均超过了抗拉强度设计值，小于抗拉强度标准值，也小于用公式（5）推算的混凝土抗拉强度（15d时抗压强度取30MPa,计算得抗拉强度为2.56MPa），保证系数为2.21.83=1.201.15,说明此条件下控制混凝土表面裂缝还是有保证的，但由于现场条件及经验系数取值影响，计算结果会有一定偏差，这就显得计算应力偏大，为保证万无一失，混凝土表面必须采取