温度应力对混凝土裂缝的影响-论文.doc

温度应力对混凝土裂缝的影响（韩卓明） 摘要：以潮白河防洪闸挡墙裂缝为例，对混凝土挡墙裂缝的形成进行分析，对挡墙混凝土温度应力、收缩应力进行计算分析，并提出相应的措施。 关键词：温度应力 混凝土裂缝 1 工程基本情况 潮白河防洪闸共6孔, 为开敞式钢筋混凝土结构, 单孔净宽6m, 中墩5个, 挡墙25个, 出现裂缝的是最先浇筑的6块挡墙。25个挡墙长度分别为6.5-18.0m,高度6.2-8.2m,挡墙断面为梯形, 迎水面为直墙, 背水面为斜墙, 上口宽为50cm,下口宽为200cm。挡墙内外设有双向钢筋, 直径18-20mm,保护层厚度45mm。挡墙混凝土配合比为C23F150W4,采用水泥为32.5普通硅酸盐水泥, 水泥用量344kg,水灰比0.48,砂率37.5%,骨料为5-25mm。浇筑工艺采用泵送混凝土, 混凝土坍落度控制在14-16cm, 在混凝土浇筑后7-10d,25个挡墙中6个都出现2-3条裂缝, 裂缝较垂直且无分叉, 一般在挡墙中部向上伸展, 下部开展到距底板10-50cm,裂缝在浇筑块的1/3-1/2处。 裂缝产生的原因 该工程挡墙断面最宽处200cm, 最窄处50cm, 平均厚125cm, 水化热引起的混凝土内外温差已经超25℃ , 为双面散热, 应按大体积混凝土施工。大体积混凝土施工中产生的温度裂缝, 是其内部矛盾发展的结果。一方面是混凝土由于内外温差产生应力和应变。另一方面是结构的外约束和混凝土各质点的约束阻止了这种应变, 一但温度应力超过混凝土能承受极限抗拉强度, 就会产生不同程度的裂缝。对该工程来说主要原因为以下3点：① 塑性塌落引起的裂缝；②温度变化引起的裂缝；③混凝土收缩引起的裂缝。本文就温度应力对潮白河防洪闸挡墙裂缝的影响进行分析。 只考虑底板约束时挡墙混凝土温度应力的计算 .1 水平方向主要应力σ的计算 挡墙作用在底板上, 可视作一个长墙结构, 受刚性基础约束, 沿水平方向主要应力σ, 按下式计算： σ=-EαT(1-ch β/cbβ L/2),边墙截面中点x=0,ch β=1,此时剪应力为0,上式即为： σ=-EαT(1-1/cb β L/2) (1) 式中： E——混凝土静弹性模量/(N/mm2),C25的E=2.8×10N/mm2； α——混凝土线性膨胀系数, 取1.0×10-5； T——综合温差℃ , 包括水泥水化温差、气温差和收缩当量温差； L——墙水平长度/mm； chβ——双曲余弦函数, β={Cx/(EH)}1/2,这里Cx为基础水平阻力系数,E为静弹性模量,H为结构高度,基础为钢筋混凝土时, C=1.0-1.5N/mm3。 .综合温差T的计算 这里的综合温差包括水泥水化温差T1,气温温差T2,收缩当量温差Tr。 .2.1 水泥水化温差T1 水泥水化温差按下式计算： T1=T浇+Thξ-T气 (2) 式中：T浇——浇筑混凝土温度/℃； T气——浇筑混凝土平均温度/℃； Th——混凝土最终绝热温升/℃,Th=ω·Q/Cρ； 这里ω为混凝土中水泥用量/(kg/m3)； Q——水泥水化热量(kJ/kg), 本式取Q=377kJ/kg； C——混凝土比热/(kJ/(kg·K)), 本式取0.97kJ/(kg·K)； ρ——混凝土的容重/(kg/m3),本式取2400kg/m3； ε——不同浇筑的厚度温降系数, 东墙为双面散热取0.193。 .2.气温温差T2 气温温差按下式计算： T2=T气+T稳 式中：T气——混凝土浇筑时的平均气温/℃ T稳——计算龄期月的平均气温/℃ 。 .2.收缩当温差Tr 收缩当量温差可由下式计算： Tr=-{ε(r)+ε(o)}/α 混凝土收缩变形引起的应力可以代入公式(1)计算,也可综合后计算。 式中, ε(r)为任意时间混凝土收缩变形, 其计算公式为： ε(r)=3.24×10-4(1-e-0.011)M1M2…Mn 其中,r为计算龄期/d；M为材质,工艺有关非标准条件下的影响系数, 计算时只考虑水泥细度和水灰比影响。M2=1.35, M4=1.25,其余M=1.0。ε(0)=4×10-5。 .2.综合温差计算值 具体数据见表1。 .混凝土抗拉强度的估算 统计挡墙多组试件抗压强度f28=25×1.1=27.5Mpa,则10d龄期的抗拉强度约为fa(10)=0.044×f28=1.21Mpa,挡墙受底板约束其内部水平应力呈双曲函数分布。从表格计算分析6块边墙时的天龄期δmax。都接近1.21Mpa,这就说明结构处于易开裂状态。 温度变形分析 混凝土温度变形的大小, 取决于温度变化(即温差△T)和混凝土线性膨胀系数α。在约束条件下, 温差△T引起的温度变形是△T与线性膨胀系数α的乘积α×△T,当α×△T超过混凝土的极限拉伸值时, 即出现裂缝, 可表