膨脹加強(qiáng)帶在超長混凝土結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)的應(yīng)用

孫 寧

（商丘師范學(xué)院建筑工程學(xué)院， 河南 商丘 476000）

近年來，隨著城市化速度不斷提升，為適應(yīng)新的城市功能，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)正在向大型化和多功能化發(fā)展，超長超寬的混凝土結(jié)構(gòu)隨處可見。這些結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)或施工過程中需要設(shè)置多條后澆帶或伸縮縫來間接作用引起的應(yīng)力，以防止結(jié)構(gòu)收縮開裂。因此，在這些超長混凝土結(jié)構(gòu)工程中，能否設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶替代后澆帶或伸縮縫實(shí)現(xiàn)“無縫設(shè)計(jì)”，成為一個亟待解決的關(guān)鍵性技術(shù)問題。

1 技術(shù)原理

在溫降和收縮等間接效應(yīng)的作用下，超長混凝土結(jié)構(gòu)與普通混凝土結(jié)構(gòu)具有更大開裂風(fēng)險。間接應(yīng)力從結(jié)構(gòu)的兩端向中間逐漸增大，當(dāng)最大間接應(yīng)力達(dá)到時，混凝土就會開裂，以至形成貫穿性結(jié)構(gòu)裂縫，影響建筑的使用功能及結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。為了降低超長混凝土結(jié)構(gòu)的開裂風(fēng)險，又不額外增加工程建設(shè)費(fèi)用，除了采用補(bǔ)償混凝土技術(shù)外，還可以在混凝土結(jié)構(gòu)的適當(dāng)部位設(shè)置限制膨脹率更大的混凝土膨脹加強(qiáng)帶，提供自應(yīng)力，減弱結(jié)構(gòu)開裂或增大開裂的間距。在滿足工程誤差要求的前提下，將膨脹加強(qiáng)帶的補(bǔ)償原理示意如下：

圖1-1 膨脹加強(qiáng)帶模型作用原理圖

則臨界點(diǎn)F、H、J的應(yīng)力有下列關(guān)系：

其中：n為膨脹加強(qiáng)帶的個數(shù)；為抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)；

、￠分別為小摻量、大摻量補(bǔ)償混凝土的限制膨脹率；

為線膨脹系數(shù)（通常取1×10-5/0C）；ch為雙曲余弦函數(shù)；

l為結(jié)構(gòu)的長度(mm)。

2 工程算例

商丘地區(qū)某三層教學(xué)樓，平面尺寸為108×17.4 m，為方便使用，建設(shè)單位要求無縫設(shè)計(jì)，該結(jié)構(gòu)長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定的長度，屬超長混凝土結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)尺寸為7.2m×7.2m，柱截面尺寸b×h=500㎜×500㎜，梁截面尺寸b×h=250㎜×550㎜，層高H=4.2m，120㎜厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，各構(gòu)件采用混凝土強(qiáng)度等級均為C30,采用摻12%UEA（限制膨脹率為ε1= 2.3 ×10-4）補(bǔ)償混凝土,并在中間位置設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶一處（摻 15%UEA,限制膨脹率為ε2=3.6×10-4, ）。

2.1 混凝土水化熱溫升值

其中：W1、W2分別為水泥用量1065Kg/m3、UEA用量57Kg/m3；

Q1為普通硅酸鹽水泥水化熱,取340 kJ /kg；Q2為UEA的水化熱,取325 kJ /kg；

g為混凝土的密度；c為混凝土的比熱。

則代入上式得Tmax=48.3 ℃，

絕熱狀態(tài)下t時刻的溫升

混凝土中心最高溫度：

考慮到超長混凝土結(jié)構(gòu)，肋梁樓蓋厚度較小屬薄板結(jié)構(gòu),溫度散熱較快，根據(jù)商丘市某建筑工程有限公司混凝土作業(yè)指導(dǎo)書h￡1m時，各齡期的溫降系數(shù)x如表2.1：

表2.1 各齡期溫降系表

表2.2 混凝土中心溫度值（實(shí)測值以每天下午14時測定）（℃）

齡期t時，混凝土中心溫度與外界氣溫之差

混凝土的表面溫度：

表2.3 各齡期構(gòu)件溫度計(jì)算值及外界溫差值（℃）

2.2 混凝土相對收縮量

表2.4 各齡期構(gòu)件收縮溫差當(dāng)量值及綜合溫差值

由上表可知在第30天時，綜合溫差為-15.2℃，由式（1-4）

取n=1,即在不動點(diǎn)處設(shè)置一條寬3000㎜的膨脹加強(qiáng)帶，與工程實(shí)際設(shè)計(jì)相符。早期施工及硬化階段溫度應(yīng)力如下：

表2.5 施工及硬化期間溫度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果表（MPa）

由上表可知，溫度收縮應(yīng)力均未達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，混凝土不會發(fā)生開裂；因此，采用膨脹加強(qiáng)帶作為控制超長結(jié)構(gòu)的溫度收縮應(yīng)力，減少或避免混凝土開裂是有效可行的。

3 小結(jié)

（1）根據(jù)補(bǔ)償混凝土及膨脹加強(qiáng)帶的作用原理，用極限變形的概念研究膨脹加強(qiáng)帶的作用，提出超長混凝土設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶的計(jì)算公式，作為實(shí)用的一種方法供超長混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工時參考。

（2）利用補(bǔ)償收縮混凝土的特性，采用膨脹加強(qiáng)帶代替后澆帶或伸縮縫，實(shí)現(xiàn)連續(xù)澆筑100m左右超長混凝土結(jié)構(gòu)是切實(shí)可行的，既有效地降低了超長結(jié)構(gòu)間接應(yīng)力的問題, 在保證工程質(zhì)量的前提下, 又實(shí)現(xiàn)了加快了施工進(jìn)度,節(jié)省了工程費(fèi)用。

[1].孫寧；厲玲玲,超長混凝土結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)研究[J].淮陰工學(xué)院學(xué)報,2012(2)

[2].魯統(tǒng)衛(wèi)，鄭國峰，韓軍洲,補(bǔ)償收縮混凝土在超長大面積薄板工程中的應(yīng)用[J].膨脹劑與膨脹混凝土,2005(5)

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