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1、项项 目目 总总 结结1.1.立项意义立项意义由于混凝土材料组成和配合比的复杂化，以及混凝土结构施工、设计、环境条件等因素的影响，目前，在建设工程中，混凝土结构、构件频繁出现不同程度的裂缝，对结构造成一定的危害，并影响建筑物的耐久性和正常使用功能，甚至对结构的安全可靠产生严重的潜在威胁，已成为亟待解决的重大课题。按照裂缝产生的原因，混凝土结构裂缝一般可分为荷载裂缝和非荷载裂缝。荷载裂缝是混凝土由于受到外部荷载作用产生的裂缝。非荷载裂缝主要指由于混凝土自身变形或结构变形受到约束产生拉应力而导致的裂缝。这里的混凝土结构的变形是指由于环境变化 如温度变化、混凝土的自收缩、基础沉降等原因引起的变形。研
2、究表明，80%以上的混凝土结构裂缝与非荷载变形有关，是以变形变化为主所引起的裂缝；剩余 20%的裂缝以荷载为主要原因，也包括非荷载变形和荷载共同作用（但以荷载作用为主） 。目前工程结构的裂缝控制问题的难点和焦点仍然在变形变化引起的裂缝问题方面，特别是季节温差导致混凝土结构开裂。为了进一步研究混凝土结构构件受环境温差而开裂的机理，考虑配筋对抑制混凝土结构构件裂缝宽度增大的规律。以一个简单的混凝土轴心受力构件作为研究对象。将其在模拟的自然环境下，观察其受环境气温影响的变形变化规律，研究配筋率的大小对抑制混土裂缝宽度发展的规律。从而为进一步从理论上解决混凝土结构构件受环境影响的规律和配筋抑制裂缝开展
3、的机理提供依据。2.2.项目成果项目成果2.12.1、试验构件设计、试验构件设计在变化温度场下的混凝土构件要产生裂缝，构件两端要有不受温度影响的约束端（固定端） ，如果放在室外寻找这样的固定端或制造这样一个固定端难度很大，为此考虑利用建工学院结构试验大厅地下室箱式台座的 600mm 毫米厚墙体作为构件的约束端，将构件通过联结板及钢筋焊接连与墙体上，见下图，以实现轴心受力两端的固定端。试验构件按下图制作和安装。两个无筋梁作为与配筋梁的对比无筋梁：位位位 位位位mm位位位 位位位mm位位位位16161616位位位位钢筋混凝土梁：66100 位位位 位位mm位位位 位位mm位位位位位位位位位位161
4、6位位2.22.2、试验构件在均匀变化温度场下应力应变的理论分析、试验构件在均匀变化温度场下应力应变的理论分析通过对乌市天气预报的观察，乌市的昼夜温差在 10左右，在用有限元建模分析钢筋混凝土梁在周期变化温度作用下的受力情况，在梁周围施加振幅为10的正弦函数，模拟气温梁周围的气温变化。混凝土浇筑温度假定为 15。构件截面尺寸为 150*150，混凝土强度为 C30，钢筋均采用 HPB235 钢筋，保护层厚度取 30mm，不同配筋率选用的钢筋直径如表 1 所示，该模型采用了分离式建模，混凝土采用 solid65 单元，钢筋采用 link8 单元，钢筋与混凝土之间的粘结滑移关系采用 combin3
5、9 单元模拟。裂缝宽度计算方法为：提取有限元计算的钢筋与混凝土之间的应变值，采用粘结滑移与无粘结滑移两种理论的结合理论计算得出。图 4.3-4.5 给出了不同配筋率钢筋单元模型。表 1 配筋率与钢筋选取0.0050.0060.00750.0090.010.014 钢筋直径mm6668210，26.510图 4.3 钢筋单元模型（配筋率为 0.5 %、0.9%、1.4%、2%）图 4.4 钢筋单元模型（配筋率为 0.6%）图 4.5 钢筋单元模型（配筋率为 0.75%）采用调整混凝土梁的配筋率的方式，观察裂缝宽度随其变化的规律。在日气温作用下混凝土梁最大裂缝宽度情况：0.0050.0060.00
6、750.0090.010.014 裂缝宽度 mm1.50.1070.0280.0880.0810.39通过计算可以看出，配置钢筋可以对混凝土的裂缝宽度有很好的抑制作用，当配筋率为 0.5%时混凝土截面出现的最大裂缝宽度为 1.50mm，这个宽度远远超过混凝土规范规定的最大裂缝宽度 0.3mm-0.4mm（无侵蚀介质，无防渗要求）的限制。当配筋率提高为 0.6%时，混凝土梁的最大宽度减小为 0.107mm，这个裂缝属于宏观裂缝。对于工业及民用建筑裂缝宽度小于 0.15mm 时对使用（防水、防腐、承重）都无影响。配筋率为 0.75%，裂缝宽度将为 0.028mm（直径为6mm）和 0.032mm（
7、底部配置钢筋直径为 8mm），以后，当配筋率大于 0.75%时，随着配筋率的增加混凝土在上述五个截面的最大裂缝宽度又增加的趋势，所以认为配筋率为 0.75%是较为合理的控制温度裂缝的配筋率取值。当配筋率从 0.5%增加到 0.75%时，裂缝宽度值是减小的，但从 0.75%增加到 1.4%时裂缝的宽度值又有所增加，且当配筋率增加到 1.4 时出现的裂缝宽度为 0.39mm，超出了规范的宽度限值。配置钢筋可以提高混凝土的极限应变值，这在配筋率较小时很明显，当配筋率增大时钢筋对混凝土的内约束力较为显著，裂缝宽度值有所增加。结合乌鲁木齐的气温变化，可以初步认为配筋率为 0.75%时对温度裂缝宽度控制效
8、果较好。这需要进一步的试验验证。同时按日温差 10考虑乌鲁木齐的气温变化情况。 2.32.3、混凝土试验构件的制作、混凝土试验构件的制作主要制作截面尺寸为 150mm150mm1500mm 的四根混凝土梁及15cm15cm 的混凝土构件的制作和抗压实验。实验要求混凝土强度等级为C30。梁的制作过程主要为：配筋、最佳配合比设计计算、模板制作、混凝土拌合、塌落度实验等，梁的浇筑过程我们采用钢模板与自制木模板结合的方式，并纯手工拌合浇筑而成，且进行了标准养护。充分保证了梁在实验中的各项指标要求。混凝土嵌固端制作，可以将两端柱在梁 10cm 处分层，在梁固端附近埋设竖向钢筋，并将混凝土梁延伸至柱内与未
9、浇筑部分一起浇筑。各材料统计：1.钢筋采用直径 6mm，总用量：32.7m（7.3kg） ；梁两端嵌入直径为 16 带肋钢筋，嵌入长度 10d，总用量：18.9m（30kg）2.混凝土配合比（质量比 ）：水：水泥：沙子：石=193.3：430：555.5：1180.43.混凝土两端钢板采用厚 2cm，边长 60cm*40cm ，共 8 块:4.应变片 256 个；导热铜管外直径 12mm，壁厚 1.5mm，共 1.3m 。在钢筋与混凝土上分别贴置应变片。钢筋上每隔 70mm 贴一个，混凝土周围每个表面贴两排应变片，隔一段距离贴应变花，以分析混凝土是否是受拉破坏5.搭设试验棚，长 2 米、宽 1
10、.2 米、高 1.5 米，在此空间内的一定时间（1 小时左右）在撤出降温或升温设备后温度能保持较为稳定，以便观测。试验棚拟采用彩钢夹心苯板制作。后未实施。2.42.4、未达到预期成果原因分析、未达到预期成果原因分析1）.实验条件限制在试验棚内模拟室外自然气温变化须借助外在条件对结构进行升温、降温。升温过程可通过在构件周围均匀布置浴霸或大功率灯，模拟构件内部在自然条件下升温的过程。但对于降温过程若通过简单的在构件周围放置冰块，很难达到在这个较大的空间内降温 10 度预期的效果，构件内部的温度很难降到预计的温度，须借助机械降温才能使构件内部温度均匀下降到预期温度。由于目前经费有限，无法采购降温机械
11、设备，故不能采用机械降温的方式模拟构件降温过程，实验将达不到预期的效果2） 、自身原因实验方案设计不完善，没有充分考虑到实验过程中的各种实验条件的制约，把实验条件太过于理想化，最终导致实验不能顺利完成。3.3.实验过程感悟与收获实验过程感悟与收获通过此次创新实验过程，丰富了自己的混凝土结构基本理论知识，学习了前沿的实验研究的方法，而且提高自己在专业知识方面分析问题和解决问题的能力。了解温度应力引起混凝土构件开裂的规律，熟悉配筋率对温度收缩裂缝宽度的影响机理。掌握了混凝土梁裂缝分析过程的基本仪器的使用方法。总之，为深入掌握专业知识，更好地服务于社会打下坚实的基础。我们体会到：任何工作都不可能是独
12、立完成的，发挥团精神是必须的，学习、工作需要同学、同事的帮助，创新实验也如此。在这次创新实验的过程中几乎每一件工作都需要大家一起协助完成。团队合作精神在我们的实验中显得尤为重要。做任何事情都要有恒心，在我们的实验中我们遇到了各种各样的困难，比如：制作木模板、拌合混凝土时我们是多么的束手无策、多么艰难，但是凭着我们的恒心与毅力一步一步克服困难，完成工作。态度决定一切，当我们的实验面对各种阻碍时，我们也有曾想过放弃、想过蒙混过关，但是对创新实验的探索的那种不容马虎的态度让我们对待每一环节认真负责，最终我们冲破重重阻碍取得现有的实验成果。虽然这次没有达到预期成果，但总体来说我们有很大的收获。因为在整个过程中我们培养了一种积极进取勇于探索的精神；我们培养了一种艰苦奋斗勇于面对困难的精神；我们培养了一种将课本理论结合实践的学习方法。
