車站底板大體積混凝土澆筑的溫度效應(yīng)

徐嘉祥, 武 科, 楊 濤, 李國棟, 韓宇聰

(1. 山東大學(xué) 土建與水利學(xué)院， 山東 濟(jì)南 250061； 2. 中國電建市政建設(shè)集團(tuán)有限公司, 天津 300384)

大體積混凝土建造過程中產(chǎn)生的溫度效應(yīng)以及混凝土的干縮往往會引起變形和開裂的問題，通常認(rèn)為混凝土在澆筑完成后的變形主要由溫度收縮及濕度收縮引起的[1].溫度收縮主要源自于混凝土內(nèi)外溫差以及隨齡期變化而產(chǎn)生的溫變.濕度收縮主要源自于混凝土水化反應(yīng)引起的自收縮和干縮.自收縮指的是膠凝材料的水化反應(yīng)引起毛細(xì)孔負(fù)壓和內(nèi)部相對濕度降低，從而導(dǎo)致宏觀體積減小的現(xiàn)象.干縮指的是混凝土失水導(dǎo)致毛細(xì)孔張力變大，導(dǎo)致毛細(xì)孔縮小，從而引起混凝土體積變小的現(xiàn)象.但對于溫度收縮和濕度收縮的影響時間、影響程度以及相互作用的水平尚不明確.

岳著文等[2]采用Midas有限元軟件，對大體積混凝土底板水化熱進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在水化反應(yīng)中內(nèi)、外部混凝土交替受到拉壓力的作用.張文博等[3]通過監(jiān)測和模擬研究，發(fā)現(xiàn)大體積混凝土由于早期水化熱大量聚集在內(nèi)部，形成巨大的里表溫差，易發(fā)生溫度裂縫，并提出適當(dāng)摻用粉煤灰的方法來降低水化熱.胡健中等[4]結(jié)合數(shù)值分析和現(xiàn)場實(shí)測，開展了大體積混凝土施工中的水化熱控制技術(shù)研究，結(jié)果表明混凝土澆筑層厚度是控制大體積混凝土內(nèi)部溫度峰值的關(guān)鍵因素，施工時應(yīng)合理分層.朱鵬飛等[5]采用Krstulovic-Dabic模型3個時期的積分方程，對比分析了大體積混凝土不同膠凝材料體系水化反應(yīng)的放熱規(guī)律.趙志方等[6]通過對不同摻量粉煤灰的混凝土進(jìn)行溫度應(yīng)力試驗(yàn)，提出兩種混凝土自收縮發(fā)展模型，研究表明高摻粉煤灰混凝土的自收縮發(fā)展程度比基準(zhǔn)混凝土小.ZHAO Y. Q.等[7]通過改變熱導(dǎo)率、比重等熱參數(shù)，分析溫度和應(yīng)力的變化過程，發(fā)現(xiàn)通過提高混凝土導(dǎo)熱系數(shù)、降低比熱和溫升系數(shù)，可以有效降低混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的最高溫度.M. K. SAEED等[8]通過試驗(yàn)和數(shù)值模擬，研究了纖維對大體積混凝土結(jié)構(gòu)水化熱和早期開裂的影響，使用DIANA FEA BV軟件對兩個現(xiàn)場大體積混凝土砌塊進(jìn)行了基于多物理場的有限元模擬，預(yù)測了熱量產(chǎn)生，探討了砌塊中的應(yīng)力分布和相關(guān)開裂問題.N.ANISKIN等[9]考慮了模板對溫度狀態(tài)的影響，采用數(shù)值計(jì)算對3種模板情況進(jìn)行了溫度裂縫風(fēng)險(xiǎn)的評估，對大體積混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工提供了資料.A.E.KLAUSEN等[10]通過試驗(yàn)研究了固化溫度對一系列粉煤灰混凝土自生變形的影響，發(fā)現(xiàn)自生變形和熱膨脹是硬化階段應(yīng)力發(fā)展的主要驅(qū)動力.綜上，目前研究大多集中在探究水化熱導(dǎo)致大體積混凝土的溫變，以及溫變對混凝土應(yīng)變和裂縫的影響，但對混凝土在澆筑完成初期的水化反應(yīng)所引起的自收縮和干縮對大體積混凝土底板應(yīng)變的影響研究較少.

為此，筆者所在課題組依托成都地鐵19號線華興街站底板大體積混凝土澆筑工程，采用現(xiàn)場監(jiān)測與數(shù)值計(jì)算分析方法，開展地鐵車站底板大體積混凝土澆筑溫度效應(yīng)的研究，探討水化反應(yīng)引起的溫度收縮和濕度收縮的特性.采用分層、分段的方法，分析引起大體積混凝土底板變形的主要因素，并結(jié)合地鐵車站施工特點(diǎn)和工期要求提出合理化的控制措施.

1 車站底板大體積混凝土施工監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析

1.1 工程概況

成都地鐵19號線華興街站采用地下4層島式站臺，位于紅星路南延線東側(cè)空地內(nèi).車站總長為220.0 m，標(biāo)準(zhǔn)段總寬為37.4 m，車站基坑深為33.4 m，車站結(jié)構(gòu)頂板覆土為3.5～5.0 m.根據(jù)成都軌道交通19號線二期工程總體籌劃，華興街站小里程端采用圍護(hù)樁內(nèi)支撐，其余開挖段為全放坡明挖車站.主體結(jié)構(gòu)為地下4層島式框架結(jié)構(gòu)，采用明挖施工.車站基坑采用全放坡開挖與土釘支護(hù)的技術(shù).

本次監(jiān)測位置為車站第9段底層底板.底板采用兩側(cè)同時澆筑C35混凝土，底板厚度為1.4 m，長度為37.0 m，寬度為24.0 m，屬于大體積混凝土澆筑的范疇.車站結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1所示.

圖1 車站結(jié)構(gòu)剖面圖(單位：m)

1.2 監(jiān)測點(diǎn)布置及測量儀器

該地鐵車站大體積混凝土底板采用分層的方式進(jìn)行測點(diǎn)布置.考慮到底板厚度較大，為了更好地監(jiān)測底板溫度和應(yīng)變，將監(jiān)測點(diǎn)的布置分為上層、中層和下層，每一層又將監(jiān)測點(diǎn)分為內(nèi)側(cè)(靠近已澆筑底板)、中間和外側(cè).在底板厚度、長度和寬度3個方向分別設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，以便能夠比較全面地監(jiān)測底板3個維度的溫度和應(yīng)變.此外，為了節(jié)省監(jiān)測成本，考慮到底板澆筑過程是由兩側(cè)向中間同時進(jìn)行，因此在底板下層和上層也采用對稱布置的方式.底板下層僅在左側(cè)設(shè)置測點(diǎn)，測點(diǎn)編號為28-39，共計(jì)12個測點(diǎn)；在底板中層中間位置設(shè)置測點(diǎn)，測點(diǎn)編號為40-45，共計(jì)6個測點(diǎn)；底板上層僅在右側(cè)設(shè)置測點(diǎn)，測點(diǎn)編號為46-57，共計(jì)12個測點(diǎn).已澆筑的底板測點(diǎn)編號及布置平面圖如圖2所示.

圖2 底板監(jiān)測點(diǎn)編號及布置平面圖(單位：m)

底板數(shù)據(jù)監(jiān)測采用XHX-115系列振弦式混凝土埋入式應(yīng)變計(jì)，主要用來測定其埋設(shè)位置周圍混凝土的應(yīng)變變化.主要技術(shù)參數(shù)如下：量程為±1 500×10-6，靈敏度為1×10-6，測量標(biāo)距為150 mm，適用環(huán)境溫度為-10～70 ℃；溫度測量范圍為-20～125 ℃，溫度測量的靈敏度為0.25 ℃，精度為±0.50 ℃.

1.3 底板水化熱監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

以該車站底板的厚度方向?yàn)閅方向，長度方向?yàn)閄方向，寬度方向?yàn)閆方向.單次澆筑混凝土體積較大，因此在澆筑和前期養(yǎng)護(hù)過程中會釋放出大量的水化熱，導(dǎo)致底板溫度發(fā)生劇烈的變化，并且由于澆筑采用分層、分段的方法進(jìn)行一次澆筑，底板各層的水化反應(yīng)會存在滯后效果.同時根據(jù)傳熱理論，在混凝土內(nèi)部主要以熱傳導(dǎo)的方式進(jìn)行傳熱，在混凝土表面主要以熱對流和熱輻射的方式進(jìn)行傳熱，熱量在混凝土各層的傳遞存在不協(xié)調(diào)性.因此對于厚度較大的大體積混凝土底板的溫度場研究，采用分層、分區(qū)域的方法比較合理.在下面的數(shù)據(jù)監(jiān)測及數(shù)值分析中，沿Y方向?qū)Φ装迳?、中、下各層進(jìn)行溫度與應(yīng)變的對比，沿Z方向?qū)Φ装鍍?nèi)中、外各區(qū)域進(jìn)行溫度與應(yīng)變的對比.

1.3.1底板水化熱溫度數(shù)據(jù)分析

圖3為底板外側(cè)各層溫度-齡期關(guān)系曲線.圖4為底板中間各層間最大溫差-齡期關(guān)系曲線.

圖3 底板外側(cè)各層溫度-齡期關(guān)系曲線

圖4 底板中間各層間最大溫差-齡期關(guān)系曲線

由圖3、4可知：① 底板外側(cè)各層溫度變化存在較大的差異，底板上層在齡期為0.5～1.0 d時最先達(dá)到最高溫度(42 ℃)，溫度達(dá)到最大值后開始迅速下降；下層在齡期為2.0～3.0 d時達(dá)到最高溫度(49 ℃)，由于下層混凝土最先澆筑，且下層區(qū)域距離換熱面最遠(yuǎn)，熱量不容易消散，因此溫度變化幅度較小，且較平緩；中層在齡期為1.0～2.0 d時達(dá)到最高溫度(58 ℃)，溫度呈先快速升高、再緩慢下降的變化趨勢，且變化幅度較大.② 底板各層混凝土的絕熱溫升在理論上應(yīng)該是一樣的，但在本試驗(yàn)中各層溫度的峰值及變化趨勢會有如此大的不同，主要是由于底板各層的換熱面存在差異.熱量在換熱面處流失較快，而在該底板中最大的換熱面為底板上表面.因此底板上層散熱最快，底板中層其次，底板下層最慢.此外，靠近換熱面的混凝土溫度受周圍環(huán)境溫度波動的影響較大，溫度變化趨勢不穩(wěn)定.從監(jiān)測數(shù)據(jù)中也可以看出，底板各層溫變的穩(wěn)定程度從下至上依次降低.上層散熱快，溫度最低，且受環(huán)境溫度影響大；中層溫度變化幅度最大，升溫快，降溫也快；下層散熱最慢，溫度變化幅度較小.③ 在底板各層的溫差對比中，相鄰兩層分別為中層和上層、中層和下層.其中中層和上層最大溫差可以達(dá)到約21 ℃，并且之后溫差一直維持在14 ℃左右；中層和下層最大溫差僅約為10 ℃，在澆筑完成的第5～6天達(dá)到最小值后，該溫差開始逐漸增大，且增大幅度不大.由此可知，底板的上層和中層的最大溫差一直占據(jù)主導(dǎo)地位，在澆筑完成的1.0～3.0 d內(nèi)就達(dá)到峰值.后期隨著水化反應(yīng)速度的減慢，溫差逐漸降低.但由于上層靠近換熱面，因此降溫會更快，中層和上層的溫差會一直保持一個較大的數(shù)值.雖然中層和下層在養(yǎng)護(hù)初期因?yàn)樗磻?yīng)開始的時間不同，導(dǎo)致兩層之間存在一定的溫差，但由于兩層的換熱條件相似，后期溫差會逐漸減小，直至趨于穩(wěn)定.

1.3.2底板應(yīng)變數(shù)據(jù)分析

圖5、6分別為底板中間上、中、下層測點(diǎn)在X、Z方向的應(yīng)變-齡期關(guān)系曲線.

圖5 底板中間各層測點(diǎn)X方向應(yīng)變-齡期關(guān)系曲線

圖6 底板中間各層測點(diǎn)Z方向應(yīng)變-齡期關(guān)系曲線

由圖5、6可知：底板混凝土在水化反應(yīng)前期反應(yīng)劇烈，混凝土的干縮及自收縮作用明顯，而且此時混凝土強(qiáng)度還不夠，彈性模量較小，會引起較大的收縮變形；同時，水化反應(yīng)前期混凝土的內(nèi)部溫度急劇上升，與上層混凝土形成巨大溫差，根據(jù)熱脹冷縮原理，內(nèi)部體積膨脹，但受到溫度較低的上層混凝土約束，會在內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力[11-12]，進(jìn)而產(chǎn)生壓應(yīng)變.因此在水化反應(yīng)前期，混凝土內(nèi)部普遍產(chǎn)生較大的壓應(yīng)變，由此分析可以知道，混凝土的壓應(yīng)變主要是由干縮、自收縮以及溫差效應(yīng)引起的.

基于各層最大應(yīng)變的測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到各測點(diǎn)擬合曲線如圖7、8所示.由圖7、8可知：應(yīng)變變化的穩(wěn)定性與溫度變化的穩(wěn)定性有著密切聯(lián)系，在底板上層，混凝土溫度變化不穩(wěn)定，規(guī)律性不強(qiáng)，測點(diǎn)46、57的應(yīng)變變化也極不穩(wěn)定；底板下層和中層混凝土溫變規(guī)律較強(qiáng)，測點(diǎn)38、39、44和45應(yīng)變變化趨勢也比較有規(guī)律.這說明混凝土的應(yīng)變不僅與底板各層之間的環(huán)境溫差效應(yīng)有關(guān)，也與混凝土自身的溫度變化密切相關(guān).

圖7 測點(diǎn)X方向最大應(yīng)變-齡期關(guān)系擬合曲線

圖8 測點(diǎn)Z方向最大應(yīng)變-齡期關(guān)系擬合曲線

由圖7還可知：① 底板下層測點(diǎn)38的X方向應(yīng)變和測點(diǎn)39的Z方向應(yīng)變范圍相差不大，并且變化趨勢相似，最大壓應(yīng)變約為-1.50×10-4；測點(diǎn)38和39的應(yīng)變在前期變化較大，且壓應(yīng)變急劇增加，隨著齡期增長，應(yīng)變逐漸減小，這主要和底板下層溫度變化相關(guān).②底板中層測點(diǎn)44的X方向應(yīng)變和測點(diǎn)45的Z方向應(yīng)變變化趨勢相近，最大壓應(yīng)變約為-2.20×10-4，均為先急劇增加，然后再平緩減小，減小后的壓應(yīng)變約為-0.80×10-4，其中X方向最大壓應(yīng)變普遍要比Z方向大.但在后期兩者恢復(fù)到相同水平的壓應(yīng)變，因此底板中層為應(yīng)變變化最大的部位，應(yīng)變變化規(guī)律性較好.

底板上層應(yīng)變變化規(guī)律性較差，壓應(yīng)變上下波動呈現(xiàn)不規(guī)則變化，且Z方向最大壓應(yīng)變比X方向大，Z方向最大壓應(yīng)變?yōu)?0.80×10-4，在底板上層和中層的溫差較大，溫度的穩(wěn)定性不高，同時上層受環(huán)境溫度影響較大，散熱快.因而在外部環(huán)境因素影響下，底板上層應(yīng)變變化不規(guī)律.

圖9為在監(jiān)測第10天底板各層測點(diǎn)應(yīng)變分布情況.由圖9可知：X方向最大壓應(yīng)變?yōu)?1.77×10-4，位于中層測點(diǎn)44；Z方向最大壓應(yīng)變?yōu)?1.24×10-4，位于下層測點(diǎn)39；底板最大壓應(yīng)變集中于底板內(nèi)側(cè)中、下層和外側(cè)的位置.主要是因?yàn)榈装逯?、下層散熱慢，且溫度變化幅度大，溫度效?yīng)比較明顯，尤其在底板外側(cè)(靠近未澆筑底板一側(cè))的混凝土與周圍環(huán)境散熱較快，且約束較少，因此壓應(yīng)變比較大.

圖9 在監(jiān)測第10天各層測點(diǎn)應(yīng)變分布情況

由圖9還可知：X方向最小壓應(yīng)變約等于0，位于上層測點(diǎn)48；Z方向最小壓應(yīng)變也約等于0，位于上層測點(diǎn)51.可見，底板最小壓應(yīng)變集中于底板上層內(nèi)側(cè)的位置(靠近已澆筑底板一側(cè)).主要是因?yàn)榭拷褲仓装逡粋?cè)的變形受到約束，底板上層溫度較低，后期溫度變化幅度不大，且接近環(huán)境溫度，溫度效應(yīng)影響較小.同時，由測點(diǎn)52、54可以發(fā)現(xiàn)底板上層內(nèi)側(cè)和中間位置普遍出現(xiàn)拉應(yīng)變，這主要是由底板中層和上層間存在較大溫差效應(yīng)引起的，內(nèi)部混凝土溫度較高，發(fā)生體積膨脹，上層混凝土變形受到內(nèi)部約束，上層相應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力，因此底板上層的內(nèi)側(cè)和中間位置易引起開裂.

2 數(shù)值計(jì)算模型與分析方法

2.1 數(shù)值計(jì)算模型

采用Abaqus大型有限元分析軟件對溫度場和應(yīng)變場進(jìn)行分析，結(jié)合工程實(shí)例，建立地鐵車站大體積混凝土底板的三維應(yīng)力模型.對底板模型進(jìn)行拆分，將其分為上、中、下3層，同時每一層按照測點(diǎn)布置區(qū)域拆分，之后對底板各層進(jìn)行網(wǎng)格劃分.采用C3D8R八結(jié)點(diǎn)線性六面體單元，設(shè)置減縮積分和沙漏控制，底板共劃分為30 600個單元.圖10為混凝土底板單元有限元網(wǎng)格劃分.考慮到混凝土在澆筑完成初期強(qiáng)度還未形成，因此設(shè)置其彈性模量為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%.此外，設(shè)置底板初始溫度為20 ℃.其他參數(shù)設(shè)置如下：彈性模量為2 437.5 MPa，泊松比為0.15，比熱為1.009 kJ·(kg·℃)-1，線膨脹系數(shù)為1×10-5，密度為2 500 kg·m-3，傳導(dǎo)率為1.74×10-3kW·(m·K)-1.

圖10 底板單元有限元分析模型

2.2 數(shù)值計(jì)算分析方法

車站底板數(shù)值模擬分析主要分為在單一自重作用下和單一溫度作用下的分析.根據(jù)這兩部分?jǐn)?shù)值模擬結(jié)果，進(jìn)一步探究不同因素對底板應(yīng)變的影響，有限元分析軟件中的設(shè)置如下：

1) 溫度施加.對底板采用分層、分塊的方式，根據(jù)實(shí)際監(jiān)測溫度施加溫度場.使用Abaqus中自帶的幅值編輯器，根據(jù)不同分析步時間，設(shè)置與之對應(yīng)的溫度，以此施加多個溫度的預(yù)定義場，從而模擬底板在真實(shí)溫變作用下產(chǎn)生的應(yīng)變.

2) 邊界條件.對靠近已澆筑一側(cè)的底板側(cè)面，施加3個方向的位移約束.對底板其他3個側(cè)面施加法向位移約束，并在第7分析步解除約束，從而模擬施工現(xiàn)場拆模對底板邊界條件的影響，對底板底部施加法向位移約束，底板頂部作為自由面，不設(shè)置約束.

3) 分析步設(shè)置.采用動力隱式分析步，根據(jù)每次現(xiàn)場監(jiān)測所對應(yīng)的時間，設(shè)置分析步時間，從而更好地模擬溫度變化對底板應(yīng)變影響的時效性.共設(shè)置了16個分析步，其中前10個分析步時間設(shè)置為43 200 s，后6個分析步時間設(shè)置為86 400 s.

3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析

3.1 單一自重作用

埋入式混凝土應(yīng)變計(jì)測得的應(yīng)變值計(jì)算如下：

εr=εt+εs+εg，

(1)

式中：εr為應(yīng)變計(jì)實(shí)測值；εt為溫度效應(yīng)產(chǎn)生的應(yīng)變值；εs為混凝土干縮及自收縮產(chǎn)生的應(yīng)變值；εg為混凝土自重引起的應(yīng)變值.

對模型在單一自重荷載作用下的情況進(jìn)行數(shù)值計(jì)算.圖11為底板在單一自重作用下兩個方向的應(yīng)變云圖.根據(jù)圖11顯示，在自重影響下，Z方向應(yīng)變分布比較均勻，X方向應(yīng)變則出現(xiàn)條帶式分布，在厚度較大截面中X方向應(yīng)變較大.主要原因?yàn)樵撥囌镜装逖豘方向截面變化不大，而沿X方向截面變化較大；在變截面處重力分布呈現(xiàn)差異，車站底板在X方向出現(xiàn)受力不均，從而導(dǎo)致應(yīng)變分布不均，底板在X和Z方向應(yīng)變變化不大，數(shù)量級為1×10-7左右.

圖11 底板在單一自重作用下的應(yīng)變云圖

因此底板在不考慮后期施工及其他外荷載作用下，其自重對應(yīng)變的影響不大，εg≈0，可以忽略不計(jì)，得

εr≈εt+εs.

(2)

3.2 單一溫度作用

圖12為底板在單一溫度作用下X和Z兩個方向的應(yīng)變云圖.由圖12可知，在溫度場作用下，底板在兩個方向上普遍產(chǎn)生壓應(yīng)變，且X方向壓應(yīng)變普遍比Z方向大，最大數(shù)量級約為1×10-4，與實(shí)測值應(yīng)變量級相近.且在后期與實(shí)測應(yīng)變變化趨勢相同，證明數(shù)值模擬分析結(jié)果具有一定的可靠度.

圖12 底板在單一溫度作用下的應(yīng)變云圖

從圖12中可以看出：應(yīng)變在底板各層、內(nèi)外側(cè)和厚度變化處存在差異，在單一溫度作用下，底板應(yīng)變主要與溫度變化、邊界條件有關(guān)；Z方向應(yīng)變分布比較均勻，在底板內(nèi)、外側(cè)及厚度方向上存在一定差異.這主要是由大體積混凝土底板內(nèi)、外側(cè)各層溫度不均勻分布及變化引起的.最大壓應(yīng)變集中于底板上層邊緣位置，該位置溫度變化明顯，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生較大溫度應(yīng)力和溫度應(yīng)變.X方向應(yīng)變在已澆筑一側(cè)底板位置出現(xiàn)拉應(yīng)變，而在底板其他部位仍是壓應(yīng)變.這主要是因?yàn)橐褲仓粋?cè)的混凝土對底板側(cè)面處X方向變形起到約束作用，底板在散熱收縮過程中變形受到阻礙，由此產(chǎn)生一定的拉應(yīng)變.在底板遠(yuǎn)離已澆筑一側(cè)X方向應(yīng)變分布規(guī)律同Z方向相似，主要受到溫度變化的影響產(chǎn)生一定壓應(yīng)變.

3.3 εt和εs在底板應(yīng)變中的影響

根據(jù)以上單一溫度作用下的數(shù)值分析結(jié)果，提取底板下層外側(cè)某一單元的X和Z方向溫度應(yīng)變數(shù)據(jù)，選取的單元位置為測點(diǎn)38和測點(diǎn)39附近.該位置處兩個方向的實(shí)測數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，數(shù)據(jù)變化比較平緩，因此選取該位置作為研究的典型測點(diǎn).根據(jù)式(2)，由實(shí)測應(yīng)變值得到底板的收縮應(yīng)變值.即εs≈εr-εt，繪得典型測點(diǎn)處應(yīng)變-齡期關(guān)系曲線如圖13所示.

圖13 典型測點(diǎn)處應(yīng)變-齡期關(guān)系曲線

圖13中，X和Z兩個方向溫度應(yīng)變εt與收縮應(yīng)變εs的折線與實(shí)測應(yīng)變εr的折線越相近，就說明此時溫度應(yīng)變或收縮應(yīng)變的影響程度越大.由圖13可知：在澆筑的前兩天內(nèi)，由于混凝土水化反應(yīng)的劇烈發(fā)生，混凝土內(nèi)部溫度迅速上升，由數(shù)值模擬計(jì)算的溫度應(yīng)變?yōu)檎龖?yīng)變；隨著混凝土溫度達(dá)到峰值，升溫引起的正應(yīng)變也達(dá)到最大值，但在澆筑完成初期混凝土強(qiáng)度還未形成，因此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力并不太高，在前期底板產(chǎn)生收縮變形的主要原因?yàn)榛炷了磻?yīng)過程中產(chǎn)生的混凝土自收縮及混凝土的干縮.在混凝土初步固化和硬化后，由于受到約束，體積變形將引起再生混凝土的內(nèi)應(yīng)力,該內(nèi)應(yīng)力在前期對混凝土的壓應(yīng)變起到主導(dǎo)作用[13-14].由圖13還可以看出，實(shí)測的應(yīng)變曲線與收縮應(yīng)變曲線變化趨勢相近，同時由于各層存在溫差，各層變形不協(xié)調(diào)產(chǎn)生的壓應(yīng)變也不容忽視.在澆筑第3天之后，混凝土的水化反應(yīng)逐漸減弱，直至趨于平穩(wěn)，同時混凝土的溫度也由峰值逐漸平緩下降.此時，混凝土強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，混凝土的干縮和自收縮引起的收縮應(yīng)變減小.而混凝土內(nèi)部的溫度應(yīng)變隨著混凝土彈性模量的增加逐漸占據(jù)主導(dǎo).此時，由圖13可以看出實(shí)測應(yīng)變與溫度應(yīng)變的變化趨勢相同.綜上，對此類混凝土底板，在澆筑前期(齡期為0～3.0 d)，收縮應(yīng)變?yōu)榛炷翍?yīng)變的主要影響因素，在澆筑中后期(齡期為4.0～10.0 d)，溫度應(yīng)變?yōu)榛炷翍?yīng)變的主要影響因素.

4 結(jié)論與建議

1) 在地鐵車站大體積混凝土底板中，底板各層溫度存在很大差異，因而會產(chǎn)生巨大的溫差效應(yīng)和溫度效應(yīng).其中底板中層和上層溫差最大，這導(dǎo)致混凝土內(nèi)部壓應(yīng)變進(jìn)一步增大.在底板水平面的長度和寬度兩個方向的應(yīng)變最大值位于底板中層和下層，上層混凝土?xí)趦?nèi)部混凝土約束下產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，容易引起底板上層混凝土的開裂.

2) 在混凝土澆筑完成后的養(yǎng)護(hù)期間，不同階段影響混凝土應(yīng)變的主要因素不同.在前期(齡期為0～3.0 d)壓應(yīng)變主要由混凝土劇烈水化反應(yīng)引起的自收縮和干縮引起，在澆筑中后期(齡期為4.0～10.0 d)主要由溫度效應(yīng)及底板各層間溫差效應(yīng)引起.因此，在不同養(yǎng)護(hù)階段，需要關(guān)注的底板位置以及對應(yīng)的安全措施是不同的.

3) 大體積混凝土底板在前期需要重點(diǎn)關(guān)注劇烈水化反應(yīng)帶來的收縮變形過大的影響，可以采取分層澆筑或者摻用外加劑來調(diào)節(jié)水化反應(yīng)速率，改變混凝土的初凝和終凝時間，控制混凝土的半熟齡期，從而達(dá)到控制混凝土自收縮和干縮的目的.在中后期，需要重點(diǎn)關(guān)注溫度效應(yīng)和溫差效應(yīng).針對底板中、下層混凝土溫度高、散熱速率慢的問題，可以采用物理和化學(xué)降溫方法對其進(jìn)行降溫.例如，在齡期為0～3 d時使用冷卻管或者摻用粉煤灰的方法來降低水化熱；針對底板上層混凝土散熱速率快、易開裂的問題，可以采取增加養(yǎng)護(hù)時間，在養(yǎng)護(hù)期間對混凝土覆蓋保濕、保溫材料等方法.