談控制高層建筑基礎大體積混凝土裂縫的施工技術(shù)

摘 要：本文通過工程算法計算混凝土的溫控并和實測的溫值存在的偏差進行分析，以能夠更好的對大體積混凝土裂縫控制技術(shù)進行指導；運用專業(yè)的軟件模擬施工的流程，分析大體積混凝土的溫度應力場與瞬態(tài)溫度場，并結(jié)合實例進行分析對比，探究大體積混凝土裂縫在高層建筑方面的控制技術(shù)，為今后高層建筑的施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：高層建筑；溫度場；溫度裂縫；大體積混凝土；裂縫控制

前 言

想要讓大體積混凝土不會出現(xiàn)貫穿性的裂縫與表面裂縫的條件為Rf大于σmax，這說明了控制大體積混凝土不開裂有兩方面：①混凝土的抗拉強度比各種因素導致開裂的應力要大；②使總溫度的應力、混凝土的收縮應力、外部和內(nèi)部的溫差應力降低，使混凝土的變形能力加強并改善松弛與徐變的能力?；炷恋臏囟葢?，主要和混凝土的澆筑溫度、混凝土的表面溫度以及水泥的水化熱有關(guān)。就是通過對配合比的優(yōu)化，選擇水泥的品種，使混凝土的養(yǎng)護條件得到改善，就能夠控制大體積混凝土的裂縫。

目前采用工程算法，因為以截面中心的最高溫度的降溫曲線來代替平均的降溫曲線，用經(jīng)驗公式來確定溫度的近似解，并且直接應用到類似工程的裂縫控制中，所以，近似解并沒有考慮到混凝土外界氣溫和內(nèi)部溫度的影響。修正澆筑塊的溫度系數(shù)，采用了經(jīng)驗系數(shù)，難以確切反映出實際的施工中溫度變化的規(guī)律。

1 基礎底板大體積混凝土溫控工程算法分析

以某高層公寓的基礎底板混凝土的溫控工程施工為例，該基礎的平面尺寸大約是1205.28m2，混凝土的厚度一般約為1.5m，加厚局部，最厚處大約3.9m，澆筑混凝土的量為2200m3。平均氣溫為21℃。混凝土的強度為C35，防水的等級為P8。采用連續(xù)推進，一次到頂，自然流淌的施工技術(shù)。

經(jīng)計算，混凝土最高的內(nèi)部溫度為40.22℃，表面的溫度為24.82℃，二者溫差為15.40℃，沒超過規(guī)定的25℃。而大氣溫度和表面溫度之差是3.82℃，也沒有超過規(guī)定的25℃，所以不用采取其他的措施。

局部加厚的混凝土內(nèi)部的最高溫度是50.15℃，表面溫度是23.46℃，溫差是26.69℃，超過規(guī)定的25℃，說要覆蓋增加兩層保溫。調(diào)整之后，混凝土的表面溫度是30.4℃這樣內(nèi)部最高溫度和表面溫度的差、表面溫度和大氣溫度的差，分別為19.75℃和9.40℃。

據(jù)圖1、圖2上顯示出的數(shù)據(jù)分析工程實測的平均溫度曲線，得出混凝土的溫控計算的結(jié)果和實測的數(shù)據(jù)存在一些差異。說明經(jīng)驗公式和實測溫度見有一定的偏差，需要研究更為精準的方法，方便知道大體積混凝土的實際施工。

2 溫度應力場與溫度場的有限單元法

大體積混凝土里，主要考慮熱傳導中水泥水化熱造成的影響，其主要的求解方法有：有限差分解法、解析解法、有限單元法。

對于計算三維與二維的溫度場，有限單元法是最好的。其優(yōu)點如下：

（1）容易適應不規(guī)則的邊界；

（2）溫度的梯度比較大的區(qū)域里，可采取的措施是加密局部網(wǎng)格，使計算的精度提高；

（3）容易和有限單元法的程序配套，把徐變變形、溫度場和應力場納入統(tǒng)一的一個程序里分析計算。

2.1 線性瞬態(tài)熱傳導問題求解

若混凝土材料的參數(shù)不會隨著溫度而變化，那么所討論的問題為線性的。用隱式解法中向后差分法來求瞬態(tài)的熱傳導，隱式的解法之中，效果較好的就是向后差分法。瞬態(tài)的熱傳導之中，依據(jù)數(shù)學來推導，得到如下的公式：

■T■+■T■+Q■=0

該式是線性方程組。t=0是初始瞬時，視為{T}n，代到該式中，可求得第一時段的溫度{T}n+1，用此方法逐步進行遞推，可計算任意時間的溫度。

2.2 傳熱問題

為充分的考慮土壤溫度場與大體積混凝土溫度場互相的影響，采用了一維不穩(wěn)定的耦合熱傳導的方程組描述出混凝土傳熱的問題。

3 分析ANSYS5.7的計算結(jié)果

使用專業(yè)軟件模擬計算了大體積混凝土的溫度場，提供出預防混凝土產(chǎn)生裂縫的數(shù)據(jù)，確定了大體積混凝土中耦合溫度場運用的必要性及其內(nèi)部溫度場分布的規(guī)律。

3.1 基本假設有限元計算

由于導致大體積混凝土產(chǎn)生開裂的因素比較多，所以作出以下的假設：

（1）混凝土是各向同性的均質(zhì)材料，在靜載和溫度的作用下，材料是在彈性的范圍，構(gòu)件溫度的變形是符合平面假定的；

（2）本結(jié)構(gòu)的溫度場內(nèi)，材料的特性不會隨溫度而改變；

（3）基礎的混凝土不會發(fā)生變形，墻體的混凝土的變形收縮是均勻分布的；

（4）熱源的放熱率是時間函數(shù)，和空間的變量無關(guān)；

（5）基礎的底板是個整體，不考分層與非連續(xù)的澆搗及其鋼筋的傳熱的因素。

3.2 選取計算對象和劃分網(wǎng)格

底板的混凝土寬約為31.08m，長約38.78m，厚約為1.5m，加厚局部，最厚處約為3.9m；土壤的厚約為2.5m，長為46.78m，寬為39.08m。采用空間8節(jié)點來劃分網(wǎng)格的模型。

3.3 計算結(jié)果分析

澆筑的初期，混凝土的溫度升高，在混凝土的內(nèi)部產(chǎn)生壓應力，伴隨著水化反應，使混凝土的體積變形，縮小體積產(chǎn)生拉應力，這兩者互相抵消一些應力，但還是呈現(xiàn)出壓應力。早期混凝土彈性的模量比較小，所以早期時混凝土的應力比較小。

一般澆筑混凝土3～5d后溫度才開始下降，收縮仍繼續(xù)，壓應力逐漸轉(zhuǎn)變成拉應力，初期時混凝土的降溫比較快，因此，拉應力增長得較快。因為混凝土的降溫從快至慢，所以，混凝土的收縮也從快至慢，但是，總體上拉應力是增長的趨緩。

有限元分析溫度的應力場，依然與現(xiàn)場的測試有些差異，存在差異的原因有：

（1）現(xiàn)場測試與溫度場的仿真結(jié)果存在差異，導致現(xiàn)場測試和溫度應力場的仿真結(jié)果出現(xiàn)差異。

（2）在計算的過程中，因為彈性模量是隨這時間變化過快，所以仿真分析里采用近似的曲線，從而造成誤差。

（3）現(xiàn)場測試時，由于施工的工藝影響，導致現(xiàn)場測試出現(xiàn)誤差，但從總的趨勢上來分析而者溫度的應力基本還是相一致的。

4 結(jié) 論

在通過長期、仔細的現(xiàn)場觀察后，發(fā)現(xiàn)基礎混凝土的表面沒有溫度裂縫的出現(xiàn)，工程的質(zhì)量得到了很好的保證，具體如下：

（1）通過工程算法的實例可以證明，經(jīng)驗上的計算混凝土溫控的公式與實際測量的溫值之間存在著一定的偏差，因此為了能在實踐中更好地指導大體積混凝土的施工，需要將計算方法進一步進行精確。

（2）運用大型的有限元軟件ANSYS來進行施工流程的模擬仿真，將大體積混凝土的瞬態(tài)溫度場和溫度應力場都進行了分析，并與實例中的高層建筑大體積混凝土的溫控實驗數(shù)據(jù)進行相應的對比分析、論證，故結(jié)果數(shù)據(jù)真實、可靠。

（3）通過工程的實踐證明，依靠混凝土的內(nèi)外最大溫差值是否超過25℃來進行大體積混凝土是否會出現(xiàn)裂縫的判斷太過片面，若要判斷大體積混凝土是否會出現(xiàn)裂縫，最為可靠的方法是分析由內(nèi)外溫差引起的最大拉應力以及由溫度引起的自約束應力是否能夠滿足混凝土抗裂的要求。

參考文獻

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