midas墩身根部裂缝控制

《midas墩身根部裂缝控制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《midas墩身根部裂缝控制（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1墩 柱 根 部 混 凝 土 竖 向 裂 缝 分 析1 原 因 分 析大 体 积 混 凝 土 指 的 是 最 小 断 面 尺 寸 大 于 1m 以 上 的 混 凝 土 结 构 ， 其 尺 寸 已 经 大 到 必须 采 用 相 应 的 技 术 措 施 妥 善 处 理 温 度 差 值 ， 合 理 解 决 温 度 应 力 并 控 制 裂 缝 开 展 的 混 凝 土结 构 。由 于 大 体 积 混 凝 土 的 截 面 尺 寸 较 大 ， 在 混 凝 土 硬 化 期 间 水 泥 水 化 过 程 中 所 释 放 的 水化 热 所 产 生 的 温 度 变 化 和 混 凝 土 收 缩 ， 以 及 外 界 约

2、束 条 件 的 共 同 作 用 ， 而 产 生 的 温 度 应力 和 收 缩 应 力 ， 是 导 致 大 体 积 混 凝 土 结 构 出 现 裂 缝 的 主 要 因 素 。1 1 温 度 应 力大 体 积 混 凝 土 基 础 温 度 变 形 的 约 束 有 两 种 :一 种 是 来 自 地 基 或 已 硬 化 的 混 凝 土 垫 层的 外 约 束 ;另 一 种 是 混 凝 土 块 体 本 身 的 内 约 束 。 外 约 束 是 使 混 凝 土 产 生 深 层 裂 缝 的 原 因 ,内 约 束 是 使 混 凝 土 产 生 表 面 裂 缝 的 原 因 。 升 温 阶 段 ,混 凝 土 内 部 温

3、度 显 著 升 高 ,而 表 面散 热 较 快 ,形 成 较 大 的 内 外 温 差 。 内 部 产 生 压 应 力 ,而 表 面 产 生 拉 应 力 ,混 凝 土 表 层 收 缩受 内 层 的 约 束 ,如 温 差 过 大 则 易 在 混 凝 土 表 面 产 生 裂 缝 。 降 温 阶 段 ,混 凝 土 内 部 逐 渐 散热 冷 却 产 生 收 缩 ,由 于 受 基 底 或 已 硬 化 垫 层 底 约 束 ,接 触 处 将 产 生 很 大 的 拉 应 力 ,若 其拉 应 力 超 过 同 期 混 凝 土 极 限 抗 拉 强 度 ,混 凝 土 便 先 从 基 础 底 面 接 触 处 开 始 产

4、生 裂 缝 。 随着 温 度 应 力 增 大 裂 缝 向 上 延 伸 ,有 的 甚 至 会 贯 穿 整 体 基 础 ,破 坏 结 构 整 体 性 。1 2 干 缩 应 力混 凝 土 的 硬 化 过 程 常 常 伴 随 着 其 体 积 的 变 化 。 最 大 的 变 化 是 当 混 凝 土 在 大 气 中 或 湿度 不 足 的 介 质 中 硬 化 时 所 产 生 的 体 积 减 小 ， 这 种 变 形 被 称 为 混 凝 土 的 收 缩 。混 凝 土 干 燥 过 快 将 引 起 不 均 匀 的 过 大 的 收 缩 ,从 而 导 致 收 缩 裂 缝 。 因 混 凝 土 表 层 水分 损 失 快 ，

5、 内 部 损 失 慢 ， 因 此 产 生 表 面 收 缩 大 、 内 部 收 缩 小 的 不 均 匀 收 缩 ， 表 面 收 缩 变形 受 到 内 部 混 凝 土 的 约 束 ， 致 使 表 面 混 凝 土 承 受 拉 力 ， 当 表 面 混 凝 土 承 受 拉 力 超 过 其 抗拉 强 度 时 ， 便 产 生 收 缩 裂 缝2 模 型 计 算根 据 某 工 程 实 例 ， 确 定 具 体 的 承 台 以 及 桥 墩 的 尺 寸 ， 在 根 据 材 料 的 特 性 值 来 建 立 模型 。 由 于 分 析 墩 身 根 部 的 裂 缝 分 析 ， 主 墩 为 整 体 式 钢 筋 混 凝 土 空

6、心 墩 ， 只 取 承 台 上 2米 高 的 墩 身 进 行 水 化 热 的 模 型 分 析 。模 型 具 体 尺 寸 如 下 图 (单 位 )：22 1 材 料 的 特 性承 台 用 C30 砼 ： 弹 性 模 量 3.0104MPa； 标 准 抗 压 强 度 为 20.1MPa； 标 准 抗 拉 强 度为 1.39MPa； 泊 松 比 0.167； 线 膨 胀 系 数 1.010-5； 容 重 25KN/m3； 比 热 为 1046 J /kg墩 身 用 C40 砼 ： 弹 性 模 量 3.25104MPa； 标 准 抗 压 强 度 为 26.8MPa； 标 准 抗 拉 强度 为 1.65

7、MPa； 泊 松 比 0.167； 线 膨 胀 系 数 1.010-5； 容 重 25KN/m3； 比 热 为 970J /kg（比 热 和 导 热 系 数 一 般 公 式 得 出 ：比 热 ；热 传 导 率 )(21TQtTAQa)(21Q通 过 试 件 的 热 量 （J）；a试 件 的 厚 度 ；A试 件 的 面 积 ；T1-T2试 件 的 温 度差 ；m材 料 的 质 量 ；t时 间 。1kcal4184 J）钢 模 板 的 热 传 导 率 （ 导 热 系 数 ） 为 2.3kcal/mhr 。2 2 混 凝 土 的 绝 热 温 升 估 算中 心 温 度 用 公 式 ： T1 T0 Tm

8、axT1混 凝 土 中 心 温 度 ( )； T0混 凝 土 浇 筑 温 度 ( )； 不 同 浇 筑 厚 度 的散 热 影 响 系 数 。混 凝 土 浇 筑 温 度 的 计 算 公 式 为 : 0 Tc (Tp Tc) (A1 A2 A3 An)式 中 Tc混 凝 土 拌 合 温 度 （ ） ；Tp混 凝 土 浇 筑 时 的 室 外 温 度 （ ） ；A1 A2 A3 An温 度 损 失 系 数 。3 0 20 ； 查 施 工 手 册 ： 墩 身 厚 度 为 m 取 0.6； 承 台 厚 度 m 取 0.7 混 凝 土 最 高 绝 热 温 升 ： Tmax WQ0/c：式 中 W每 m3 混

9、 凝 土 的 水 泥 用 量 (kg/m3)；Q0每 公 斤 水 泥 28d 的 累 计 水 化 热 ；c混 凝 土 比 热 (kg )；混 凝 土 密 度 kg/m3。上 述 数 据 应 从 实 验 资 料 中 得 出 ： 承 台 W 360kg/m3、 Q0 334103J/kg、 c 970 J/(kg ) 、 2400 kg/m3； 墩 身 W 400kg/m3、 Q0 450103J/kg、 c 1046 J/(kg )、 2500 kg/m3。混 凝 土 最 高 绝 热 温 升 估 算 ：承 台 ： Tmax 360344103/（ 9702500） 51.1 墩 身 ： Tmax

10、 400400103/（ 10462500） 61.2中 心 温 度 估 算 ：承 台 T1 20 0.751.1 55.77墩 身 T1 20 0.661.2 56.72 。3 有 限 元 模 型 的 分 析用 Midas 软 件 对 该 模 型 进 行 水 化 热 分 析 。 由 于 实 际 模 型 混 凝 土 是 配 有 级 钢 筋 的 ，提 高 了 其 抗 拉 强 度 。 该 模 型 主 要 是 对 素 混 凝 土 进 行 有 限 元 分 析 ， 通 过 浇 筑 承 台 和 墩 身 时间 隔 的 不 同 龄 期 来 比 较 分 析 对 墩 身 裂 缝 的 影 响 。 确 定 两 个 不

11、 同 的 工 况 ： 第 一 种 工 况 浇 注承 台 后 3 天 ， 开 始 浇 注 墩 身 ； 第 二 种 工 况 是 浇 筑 完 承 台 7 天 后 ， 开 始 浇 筑 墩 身 。3 1 有 限 元 模 型 的 建 立该 水 化 热 模 型 为 包 括 承 台 和 墩 身 ， 分 两 阶 段 浇 筑 。 而 模 型 具 有 对 称 性 ， 所 以 如 图2 所 示 使 用 1/2 模 型 做 结 构 分 析 。 1/2 模 型 划 中 承 台 划 分 成 1600 个 实 体 单 元 ， 墩 身 划分 为 364 个 实 体 单 元 。4图 2 有 限 元 模 型3 2 收 缩 徐 变

12、函 数 、 抗 压 强 度 时 间 关 系 函 数 的 定 义徐 变 系 数 时 间 、 收 缩 应 变 时 间 函 数 按 照 规 范 JTG-2004 来 定 义 。 如 图 所 示抗 压 强 度 时 间 关 系 函 数 按 照 CEB-FIP 规 范 来 定 义 。 如 图 ：5最 后 把 这 些 关 系 函 数 与 对 应 的 模 型 进 行 连 接 。3 2 定 义 边 界 条 件 和 水 化 热 分 析 数 据输 入 环 境 温 度 变 化 函 数 、 对 流 系 数 函 数 ： 环 境 温 度 函 数 设 为 常 数 为 20 ， 对 流 系数 函 数 也 为 常 数 为 12

13、kcal/m2hr 。 将 定 义 的 环 境 温 度 和 对 流 边 界 条 件 赋 予 与 大 气 接触 的 混 凝 土 表 面 。温 度 场 的 定 义 ：放 热 函 数 描 述 的 是 水 化 过 程 的 放 热 状 态 ， 可 以 用 公 式 T(t) T0（ 1-e-mt） 来 表 示 ：式 中 ： T0最 大 决 热 温 升 ； m导 温 系 数 ； t时 间 ； T(t)t 时 刻 的 温 度如 图 所 示 ：放 热 函 数 赋 予 所 对 应 的 混 凝 土 。3 2 定 义 施 工 阶 段 和 输 入 水 化 热 分 析 时 间工 况 一 的 水 化 热 分 析 施 工 阶

14、 段 ： 第 一 施 工 阶 段 为 一 次 性 浇 筑 承 台 ， 养 护 时 间 为 80个 小 时 ， 之 后 第 二 施 工 阶 段 在 浇 筑 2m 高 的 墩 身 ， 水 化 热 分 析 时 间 为 700 个 小 时 。工 况 二 的 水 化 热 分 析 施 工 阶 段 ： 第 一 施 工 阶 段 为 一 次 性 浇 筑 承 台 ， 养 护 时 间 为170 个 小 时 ， 之 后 第 二 施 工 阶 段 在 浇 筑 2m 高 的 墩 身 ， 水 化 热 分 析 时 间 为 700 个 小 时 。最 后 运 行 程 序 。4 结 果 分 析我 们 只 对 墩 身 进 行 分 析

15、， 对 墩 身 出 现 最 大 拉 应 力 的 部 位 进 行 分 析 。6如 图 所 示 对 墩 身 8 个 节 点 进 行 分 析 ： 内 部 （ 4073， 4088， 4281， 4296） 、 表 面4191 进 行 分 析4 1 温 度 比 较图 4 工 况 一 的 对 应 点 温 度 变 化 曲 线7图 5 工 况 二 的 对 应 点 温 度 变 化 曲 线通 过 温 度 比 较 得 出 承 台 的 养 护 时 间 不 同 时 间 对 温 度 的 影 响 不 大 。4 2 应 力 比 较内 部 点 的 应 力 比 较 ：图 6 工 况 一 的 内 部 对 应 点 应 力 变 化 曲 线8图 7 工 况 二 的 内 部 对 应 点 应 力 变 化 曲 线通 过 内 部 点 的 应 力 比 较 得 出 承 台 的 养 护 时 间 不 同 对 内 部 点 应 力 的 影 响 很 小 。表 面 点 的 应 力 比 较 ： 图 8 工 况 一 的 表 面 对 应 点 应 力 变 化 曲 线9图 9 工 况 二 的 表 面 对 应 点 应 力 变 化 曲 线通 过 比 较 得 出 ： 两 种 工 况 的 表 面 点 的 应 力 相 差 不 大 。 工 况 一 的 最 大 拉 应 力 值 为10.98MPa， 工 况 二 的 最 大 拉 应 力