截面厚度對現(xiàn)澆板早期裂縫的影響分析

徐靜偉

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 西安 710600)

0 引言

隨著建筑工程技術(shù)的不斷發(fā)展以及混凝土制備、運(yùn)輸設(shè)備的不斷更新，現(xiàn)澆混凝土板因其整體性好、抗震性強(qiáng)，并在一定程度上可以滿足大跨度、易分隔等優(yōu)點，成為工業(yè)與民用建筑中普遍采用的結(jié)構(gòu)形式，但裂縫問題也隨之而來[1]。本文以混凝土現(xiàn)澆板為研究對象，利用ANSYS對有限元模型進(jìn)行數(shù)值模擬計算，針對截面厚度對現(xiàn)澆板早期溫度及應(yīng)力的影響程度和開裂可能性進(jìn)行討論。

1 計算工況與計算模型

為便于建立模型，本文選擇開間為5.4m，進(jìn)深為6.3m的某單位辦公樓現(xiàn)澆板為研究對象。板厚120mm，縱橫框架梁截面尺寸為450×800mm，梁板采用C30混凝土一起澆筑，在14天后拆模；框架柱截面尺寸為 5 00×5 00mm，采用 C40混凝土。本工況計算中對現(xiàn)澆樓板在早期階段所受荷載情況，不考慮板的自重，只考慮溫度作用和收縮的影響，同時考慮混凝土徐變影響；應(yīng)力計算時，混凝土按各向同性線彈性材料考慮。這里為了簡化計算，對于梁、板的熱膨脹系數(shù)aT和波松比，在整個過程中都被認(rèn)為是常數(shù)，分別取為

本文在現(xiàn)澆樓板早期應(yīng)力有限元計算中，選用實體單元SOLID185模擬現(xiàn)澆樓板和框架梁，再用SOLID45單元模擬柱子。有限元模型如所示。

圖1 溫度場計算模型

2 截面厚度的影響

對于現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu)而言，板的厚度是一個基本的影響因素。分別采用板厚為120mm、150mm、180mm進(jìn)行建模，其余構(gòu)件尺寸保持不變，分析在溫度和徐變作用下不同板厚度對結(jié)構(gòu)早期溫度及應(yīng)力狀態(tài)的影響。

不同板厚對現(xiàn)澆板早期溫度的影響分別如現(xiàn)澆板截面厚度對其早期溫度應(yīng)力的影響見表所示，表面及內(nèi)部最大拉應(yīng)力的大小和出現(xiàn)時間均有差異。隨著板厚的增加，現(xiàn)澆板頂面、中心和底面的應(yīng)力值有逐漸減小的趨勢。此外，從表中可以看出，現(xiàn)澆板厚度越大，相應(yīng)部位最大拉應(yīng)力出現(xiàn)時間也越遲，板厚180mm時最大拉應(yīng)力的出現(xiàn)齡期均比板厚120mm的出現(xiàn)時間推遲12~18小時，這對早期抗裂而言是有利的。

表1、圖、圖3所示。通過比較分析可以看出，現(xiàn)澆板的厚度不同，中心與表面峰值溫度的大小及出現(xiàn)的時間也有所不同。板厚越大，峰值溫度就越高，達(dá)到峰值溫度的時間也就越遲。厚度從120mm增加到150mm，中心溫度提高2.5%，從150mm加厚到180mm，中心溫度提高2.2%；除中心溫度有差異外，混凝土表面溫度也有差異，但相對中心溫度而言，板厚對表面溫度提高的幅度不大。內(nèi)外溫差也有較大差異，參見現(xiàn)澆板截面厚度對其早期溫度應(yīng)力的影響見表所示，表面及內(nèi)部最大拉應(yīng)力的大小和出現(xiàn)時間均有差異。隨著板厚的增加，現(xiàn)澆板頂面、中心和底面的應(yīng)力值有逐漸減小的趨勢。此外，從表中可以看出，現(xiàn)澆板厚度越大，相應(yīng)部位最大拉應(yīng)力出現(xiàn)時間也越遲，板厚180mm時最大拉應(yīng)力的出現(xiàn)齡期均比板厚120mm的出現(xiàn)時間推遲12~18小時，這對早期抗裂而言是有利的。

表1，現(xiàn)澆板厚度越大，相應(yīng)的內(nèi)外溫差就越大。早期混凝土溫升與溫降的幅度隨板厚的增加而增大，參見圖3。

現(xiàn)澆板截面厚度對其早期溫度應(yīng)力的影響見表所示，表面及內(nèi)部最大拉應(yīng)力的大小和出現(xiàn)時間均有差異。隨著板厚的增加，現(xiàn)澆板頂面、中心和底面的應(yīng)力值有逐漸減小的趨勢。此外，從表中可以看出，現(xiàn)澆板厚度越大，相應(yīng)部位最大拉應(yīng)力出現(xiàn)時間也越遲，板厚 180mm時最大拉應(yīng)力的出現(xiàn)齡期均比板厚 120mm的出現(xiàn)時間推遲12~18小時，這對早期抗裂而言是有利的。

表1 不同厚度對現(xiàn)澆板溫度及溫差的影響

圖2 不同板厚對現(xiàn)澆板中心溫度的影響

圖3 不同板厚對現(xiàn)澆板溫度場的影響

表2 板厚對現(xiàn)澆板溫度應(yīng)力的影響

3 結(jié)論

適當(dāng)增大板厚可以提高現(xiàn)澆板剛度，降低板的應(yīng)力值，改善板應(yīng)力分布狀態(tài)，對于防止板角裂縫有一定的作用。

[1]羅國強(qiáng)，羅剛，羅誠. 混凝土與砌體結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)[M]. 北京：中國建材工業(yè)出版社，2006：9-57.

[2]張玉梅. 早期混凝土的溫度應(yīng)力及裂縫控制[D]. 北京：北京交通大學(xué)，2007.

[3]邢國華, 李衛(wèi)衛(wèi), 謝鵬宇, 等. 鋼筋混凝土梁-柱-板邊節(jié)點現(xiàn)澆板主裂縫傾角分析[J]. 長安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）, 2017, 37(3): 82-89.