超長混凝土結(jié)構(gòu)建筑學(xué)施工過程約束應(yīng)力機(jī)理及平面設(shè)計研究

1、超長混凝土結(jié)構(gòu)建筑學(xué)施工過程約束應(yīng)力機(jī)理及平面設(shè)計研究第1章 緒論1.1 研究的背景和意義隨著超長混凝土結(jié)構(gòu)在建筑當(dāng)中不斷地涌現(xiàn)，超長混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性越來越受到重視，需要在結(jié)構(gòu)當(dāng)中少設(shè)置或者不設(shè)置變形縫來減少混凝土裂縫，因此工程師對結(jié)構(gòu)的抗裂性能提出了更高的要求。通常在超長混凝土結(jié)構(gòu)中為降低溫度變形的影響，多采用設(shè)置后澆帶的方法來釋放混凝土中的收縮應(yīng)力，也就是利用后澆帶把超長混凝土結(jié)構(gòu)分成多個片段，每個片段分別單獨施工，待混凝土達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度，大約兩個月左右，再利用后澆帶將各個片段的塊體連接成一個整體。后澆帶施工方法被廣泛的應(yīng)用于大體積混凝土工程當(dāng)中，但是設(shè)計人員往往依據(jù)以前的經(jīng)驗而缺

2、少實際的計算理論，導(dǎo)致工程后期使用過程當(dāng)中出現(xiàn)很多因后澆帶而引起的問題。本文針對超長結(jié)構(gòu)施工過程中，不同部位、不同結(jié)構(gòu)形式下的約束作用以及施工組織安排進(jìn)行分析研究，使超長混凝土結(jié)構(gòu)在施工過程當(dāng)中盡量不設(shè)縫或者少設(shè)縫，減少對后澆帶的使用，既能夠兼顧超長混凝土一次性超長澆筑過程中長度的需要，又能夠減小混凝土因溫度變形而產(chǎn)生裂縫。本文主要在前期對超長混凝土合理間歇時間的研究分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對超長混凝土間歇法施工技術(shù)進(jìn)行研究，針對地下超長混凝土結(jié)構(gòu)在不同的約束條件下時，不同約束形式對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生約束作用所對應(yīng)的約束系數(shù)值。通過理論分析得到超長混凝土結(jié)構(gòu)在不同約束形式下收縮應(yīng)力的計算理論，并結(jié)合青

3、島地區(qū)具體工程進(jìn)行驗算研究來確定超長混凝土結(jié)構(gòu)最合理的區(qū)段劃分，最終達(dá)到超長混凝土結(jié)構(gòu)無縫施工的效果。.1.2 國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范1（GB50010-2010）中對長超混凝土有明確的規(guī)定：即伸縮縫的間距超過規(guī)范規(guī)定要求的最大間距的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，或者概括為混凝土的伸縮縫間距雖沒有超過規(guī)范規(guī)定的限定值，但結(jié)構(gòu)收縮作用大、溫差變化大、對樓屋蓋約束作用比較大的豎向結(jié)構(gòu)抗側(cè)構(gòu)件等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。超長混凝土結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外已被研究多年，在已完工的工程上取得了巨大的成就，獲得了許多寶貴的經(jīng)驗。許多的科研人員在超長混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計和結(jié)構(gòu)計算、施工的方法、結(jié)構(gòu)裂縫的控制上面做了大量的研究，并

4、制定了相應(yīng)的施工規(guī)范來進(jìn)行工程的指導(dǎo)。前蘇聯(lián)、英國、德國等國家均在規(guī)范中對超長混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫設(shè)縫間距2作出明確規(guī)定，但也提倡采用合理的技術(shù)手段及措施來降低結(jié)構(gòu)中混凝土所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。Emborg 和 Bemander3在考慮到早期混凝土溫度變化、溫度傳導(dǎo)以及配筋因素的影響，進(jìn)行了許多的徐變試驗、混凝土熱體積自由縮膨試驗、松弛試驗等，在控制溫度應(yīng)力方面做出了重要貢獻(xiàn)。A Ghali4，R Fare 和 M Elbadry5在混凝土收縮、徐變及開裂作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力方面通過采用桿系單元模型進(jìn)行了深入的研究，推動了在超長混凝土結(jié)構(gòu)在實際工程中的使用。我國對超長混凝土結(jié)構(gòu)的研究起步比較晚，但卻對超長混

5、凝土結(jié)構(gòu)有著共同的認(rèn)知，即溫度應(yīng)力是引起超長混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的主要原因。由于工民建結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，對溫度應(yīng)力的研究也有所局限，尤其是對超長混凝土結(jié)構(gòu)不同約束作用的研究、溫度場變化方面的實測數(shù)據(jù)匱乏。.第2章 超長結(jié)構(gòu)收縮基本理論及主要施工要求2.1 超長混凝土結(jié)構(gòu)收縮變形現(xiàn)代工程當(dāng)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計的尺寸越來越大，功能要求也越來越復(fù)雜，因此對超長混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制也就更加的嚴(yán)格。通常，混凝土從澆筑到凝固過程中，由于受外界環(huán)境及溫度的變化,混凝土?xí)l(fā)生由流體到塑性固體的變形，這個過程當(dāng)中水泥會發(fā)生水化反應(yīng)，放出大量的熱量，致使混凝土的體積膨脹變大，后期混凝土溫度降低后又受到收縮作用，整個過程中溫度應(yīng)

6、力和混凝土收縮的變化不是瞬間完成的，當(dāng)超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時就會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。因此對超長混凝土結(jié)構(gòu)溫度收縮和變形進(jìn)行控制，來解決因溫度變化及混凝土的收縮、徐變等作用造成的混凝土開裂就顯得尤為重要，再結(jié)合現(xiàn)場施工組織的合理安排，來減少超長結(jié)構(gòu)施工中裂縫的產(chǎn)生?；炷潦湛s是指不受荷載作用的混凝土，由于變形而導(dǎo)致體積的減小。混凝土的收縮與物理性質(zhì)有關(guān)，是不可避免的固有屬性?；炷磷詽仓不_始，會因水化熱反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱量，造成體積的變化，整個過程混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部和表面會由于溫度升降溫速度的差異，造成混凝土結(jié)構(gòu)的收縮變形。混凝土的收縮根據(jù)發(fā)生的條件機(jī)理又可以劃分為幾種不同的類型，主要是塑性收縮、

7、自生收縮、溫度收縮、碳化收縮和干燥收縮16。而實際工程當(dāng)中，溫度收縮和干燥收縮為主要的影響因素。.2.2 超長混凝土結(jié)構(gòu)施工規(guī)范及方法2.2.1 超長混凝土施工規(guī)范要求對于超長混凝土，由于一次性澆筑混凝土的量比較大，溫度應(yīng)力的影響較普通混凝土要大，因此實際使用當(dāng)中除應(yīng)滿足設(shè)計規(guī)范及生產(chǎn)工藝要求外，還應(yīng)該符合相關(guān)施工規(guī)范29的要求：（1）混凝土的設(shè)計強(qiáng)度等級宜在 C25C40 的范圍內(nèi)，并以混凝土 60d 或90d 的強(qiáng)度作為混凝土配合比設(shè)計、混凝土體強(qiáng)度評定及工程驗收的依據(jù)；（2）超長混凝土結(jié)構(gòu)配筋除應(yīng)滿足強(qiáng)度和構(gòu)造要求外，還應(yīng)結(jié)合大體積混凝土的施工方法來配置控制混凝土溫度和收縮的構(gòu)造配筋；（

8、3）置于巖石類地基上的超長混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)在混凝土墊層上設(shè)置滑動層；（4）大塊式基礎(chǔ)及其它筏式、箱體基礎(chǔ)不宜設(shè)置永久變形縫及豎向施工縫；（5）設(shè)計中宜盡量采用減少超長混凝土外部約束的技術(shù)措施。超長混凝土結(jié)構(gòu)的材料、配合比也要符合規(guī)定的強(qiáng)度等級、抗?jié)B性、耐久性等要求，既要保證滿足施工工藝的要求，又可以降低混凝土的絕熱溫升，減少材料的使用。.第 3 章 超長結(jié)構(gòu)中不同約束取值分析及試驗研究.173.1 墻體約束取值研究.173.1.1 墻體約束取值理論分析.173.1.2 墻體約束取值的試驗研究.203.2 普通梁板結(jié)構(gòu)約束取值研究.243.3 抗浮錨桿（或樁基礎(chǔ)）約束取值研究.313.3.1 抗浮

9、錨桿約束取值計算理論分析.313.3.2 抗浮錨桿約束取值試驗研究.343.4 有限元模擬分析.373.5 小結(jié).41第 4 章 超長結(jié)構(gòu)分段長度劃分理論分析及試驗研究.434.1 間歇法施工分段長度劃分理論計算.434.2 分塊間相互作用機(jī)理分析.504.3 混凝土分塊間相互作用試驗研究.524.4 分塊澆筑下收縮應(yīng)力分析.544.5 小結(jié).58第 5 章 施工組織對超長結(jié)構(gòu)分段的影響分析.595.1 施工順序和施工組織.595.2 剪力墻與施工縫位置對區(qū)段的劃分.665.3 施工機(jī)具與施工縫位置的影響.675.4 小結(jié).67第5章 施工組織對超長結(jié)構(gòu)分段的影響分析5.1 施工順序和施工組織

10、對于超長混凝土結(jié)構(gòu)區(qū)段的劃分除了要滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計上的要求外，還要結(jié)合后期施工組織來進(jìn)行合理的安排。通過以往對地下室底板、樓板等不同部位的施工和統(tǒng)計分析，在合理安排施工的間歇時間，充分利用混凝土收縮原理的基礎(chǔ)上，來進(jìn)行施工組織的安排。下面就結(jié)合青島地區(qū)具體的工程案例，通過對施工組織中各個影響因素的分析，找到最佳的施工順序和混凝土澆筑的關(guān)鍵工序，從而減少施工對超長混凝土塊體的劃分的影響。通過對表中不同施工段人力資源的安排統(tǒng)計分析可以看出，在工程實際工期確定的情況下，所劃分施工區(qū)段的面積與所需勞動力資源是互相影響，近似成正比關(guān)系。為保證不出現(xiàn)窩工現(xiàn)象，進(jìn)行施工區(qū)段劃分時應(yīng)盡量減少出現(xiàn)空置的工作平面，從

11、而達(dá)到對施工現(xiàn)場勞動力資源的合理分配，實現(xiàn)人員利用率的最大化。因地下室樓板施工區(qū)段一般根據(jù)底板劃分情況進(jìn)行劃分，所以下面將結(jié)合具體工程案例進(jìn)行分析研究。.結(jié)論超長混凝土結(jié)構(gòu)在工民建建筑當(dāng)中被廣泛的使用，并且在實踐方面取得了巨大的成績和進(jìn)步。這種以取消后澆帶，縮短建設(shè)工期的新型施工技術(shù)，目前還沒有完整的理論來控制施工質(zhì)量，而且混凝土裂縫和溫度應(yīng)力變形的問題成為阻礙超長混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)一步施工發(fā)展的最大障礙。超長混凝土結(jié)構(gòu)中由于受到各種約束構(gòu)件的約束作用，因此不同結(jié)構(gòu)形式下對應(yīng)的約束系數(shù)值便是一個很重要的問題，除此之外，混凝土相鄰分塊間的相互作用約束規(guī)律及施工組織安排都是影響超長混凝土結(jié)構(gòu)施工的重要因

12、素，對超長結(jié)構(gòu)施工工藝的優(yōu)化和設(shè)計具有重要的作用。本文通過理論分析并結(jié)合工程現(xiàn)場對超長混凝土結(jié)構(gòu)底板、樓板等不同約束形式進(jìn)行試驗監(jiān)測，通過對混凝土構(gòu)件溫度及混凝土應(yīng)變值的監(jiān)測和計算分析，理論上證明超長結(jié)構(gòu)分塊施工理論的可行性。利用有限元軟件 SAP2000 進(jìn)行約束用下的規(guī)律分析，結(jié)合施工組織的安排設(shè)計和優(yōu)化，得到超長混凝土結(jié)構(gòu)在不同約束形式下的約束系數(shù)值及分段長度劃分的范圍。在已有研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合間歇時間的影響進(jìn)一步探討相鄰塊體不同間歇時間下澆筑時的相互作用規(guī)律，對超長混凝土結(jié)構(gòu)施工中溫度約束應(yīng)力機(jī)理研究和平面設(shè)計優(yōu)化起到了指導(dǎo)性的作用。最終全文得到的主要結(jié)論如下所示：（1）根據(jù)對不同結(jié)構(gòu)形式下約束作用的理論計算分析說明，并結(jié)合具體工程進(jìn)行其混凝土溫度和應(yīng)變的監(jiān)測，得到普通混凝土結(jié)構(gòu)中樓板、底板等不同約束形式下所對應(yīng)的約束系數(shù)值 Cx，并結(jié)合整理的相關(guān)資料和實際