05-大体积砼

• 2、砼最高温升值计算 由于大体砼结构都 处一定的散热条件下，故实际的最高温升 一般都小于绝热温升。凡结构厚度在1.8m 以下，在计算最高温升值时，可以忽略水 灰比、单位用水量、浇筑工艺及浇筑速度 等次要因素的影响，而只考虑单位体积水 泥用量及混凝土浇筑温度这两个主要影响 因素，以简便的经验公式计算：
• λ—砼导热系数（可取2.33W/m.K） Κ—折减速系数（可取0.666） β—砼表面 模板及保温层传热系数(W/m2.H)
• δi—各种保温材料的厚度（m） λi—各种保 温材料的导热系数见P151表3-7 βq—空气 层的传播热系数（23W/ m2· K）
• 当x = h 时，可求得砼结构的表面温度T2 由此可求出 • T m= T2+1/2(T1-T2) 即各期龄期砼的水 化热降温温差。
• 3、“放”“抗”结合的方法： 可分为 “后浇带”“跳仓打”和“水平分层间 歇”。 ①“后浇带”： 是现浇整体砼结 构中，在施工期，保留临时 性温度收缩的 变形缝方法。
• ②“跳仓打”法： 将整个结构按垂直施工 缝分段，间隔一段浇筑一段，经过不少于 5d的间歇后再浇筑成整体。 ③“水平分层 间歇”法： 把整体砼结构分成几个薄层进 行 浇筑，增加散热的机会，减少砼温度的 上升，一般厚度控在0.6～2.0m范围内，时 间间隔一般5～7d.
• 3.3.2温度的应力的计算 1、计算温度应力 的基本假定 1）高层建筑基础工程大体积砼 的五大特点： （与水利砼大坝相比） • 混凝土强度级别高，水泥的用量较多，因 此在凝结硬化中收缩变形也较大。 • 基础一般为配筋结构，且配筋率较高对控 制裂缝有利。
• 其几何尺寸不大水化热温升较快，降温也快，因 此，降温与收缩的共同作用是引起混凝土开裂的 主要因素。 • 地基约束较弱，地基是属于非弹性的。 • 不必采用特制的低热水泥和复杂的冷却系统。而 依靠合理的配筋、合理的浇筑方案、加强养护等 来提高结构的性。 • 2）假定： • 均匀温差，均匀收缩，因此外约束应力是引起裂 缝的主要原因。
• 2、控制裂缝开展的基本方法： 表面裂缝 危害较小，贯穿裂缝危害较大，重点控制 贯穿裂缝的开展，常采用的有三种方法： 1、 “放”的方法： 减少约束体与被约束体之 间的相互制约，以设置永久性的伸缩缝的 方法。一般30～40m，个别10～20 m。 2、 “抗”的方法： 减小约束体与被约束体之 间的相对温差，改善钢的配置，减少砼的 收缩，提高砼的抗拉强度。
• 2、温度应力计算 浇筑在非钢性基底上的 大体积砼， 根据王铁梦的理论公式推导出
• 考虑砼徐变引起的应力松弛，将拉应力取 正值，则砼由收缩引起的最大温度应力为：
• • • • •
式中 E—砼一定龄期时的弹性模量 α——砼的线膨胀系数 T——结构计算温差 L——结构长度 β——对砼结构变形影响系数
• 2）内外约束条件的影响： 结构产生变形 变化时，不同结构之间产生的约束称为外 约束。结构内部各质点之间产生的约束称 为内约束。大体积混凝土受到下部地基的 限制，因而产生外部约束应力，混凝土浇 筑初期产生压应力，混凝土与基层连接不 太牢固，因而压应力较小。当降温时，产 生较大的拉应力，若超过混凝土的抗拉强 度，混凝土将产生垂直裂缝；
• 3.3 温度应力的计算3.3.1 结构中的温度场： 大体积砼内部最高温度，由混凝土浇筑温 度，水泥水化热引起的温升和砼的散热温 度三部分组成。
• 1、混凝土的绝热最高温升计算 砼的周围没有任 何散热条件，没有任何热损耗，水泥水化后产生 的水化热量，全部转化成为温升的最后温度，称 为绝热温升。 式中：Tmas=WQ/Cr • Tmax—绝热最高温升（℃） • W—每千克水泥的水化热（J/kg） • Q—每立方米砼中水泥用量（kg/m3 • C—砼的比热,一般取0.96X103 (J/ kg· ℃) • r—砼的容重（kg/m3）取2400（kg/m3）
• 2）宏观裂缝（宽度0.05mm以上可见的）： 表面裂缝：表面拉应力大于砼极限抗拉强 度时 出现的裂缝 贯穿裂缝： 砼从高温降温引起砼收缩产生拉应 力，当大于砼的极限抗拉强度时， 混凝土 的整个截面出现贯穿裂 • 深层裂缝：表面裂缝发展而成深层裂缝 （图）
• 2、裂缝产生的原因 1）水泥水化热的影响： 水 泥在水化过程中产生大量的热量，试验证明 500J/g。水化热聚集在结构内部不易散发，会引 起混凝土内部急剧升温。混凝土浇筑初期的弹性 模量和强度都很低，对水化热引起的变形约束不 大，温度应力自然也比较小，随着混凝土龄期的 增长其弹性模量和强度相应提高，对混凝土的收 缩变形越来越强，即产生很大的温度应力，当混 凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便产 生温度裂缝。
• 一旦砼结构在最大应力处（即结构中间） 开裂，使结构成为两块，此时最大温度应 力则应小于砼的抗拉强度，这时求出的整 浇长度称为最小整浇长度：
• 控制整浇长度的依据取两者的平均值为Lcp • 式中的E、T可按下式计算 • E(t) = E0(1-e-0.09t) • T = Tm+ T y（t）
• H——— 结构厚度 S（t）___应力松弛系数 系数见表3－2～3－3 P147 上式适用于 H / L≤0.20 、一维约束的 大体积砼结构。
• 对于二维约束的结构，其最大应力计算公 式为：
• 式中： 为泊桑比一般取0.15 在上面的两 个公式中，E、T、S(t)都是随龄期t变化的 变量，一般取2-3d，而后累加得到最大应 力值,首先确定E、T的数值。
• 3、大体积混凝土结构施工
• 3.1 大体积砼结构的特点 由于高层基础多为砼 体积较大的箱形、筏形和桩承台较大的基础，这 种结构有结构厚、体形大、钢筋密、混凝土数量 多、工程条件复杂和施工技术要求高等特点。外 荷载引起裂缝的可能性很小。但水泥的水化反应 过程中释放的水化热所产生的温度变化与砼收缩 的共同作用，会产生较大温度应力和收缩应力， 是大体积砼结构出现裂缝的主要因素。这些裂缝 往往给工程带来不同程度的危害，所以必须控制 温度应力和温度变形裂缝的开展。
• E（t）=E0（1-e-0.09t） • 式中：E（t）— 一定龄期时的砼弹性模量 （MPa） E0 — 龄期为28d时的砼弹性 模量（MPa） t —— 砼的龄期（d）
• 结构计算温差T，按下式计算: • T = Tm+ Ty(t) 式中： • Tm __各龄期砼的水泥水化热降温温差（℃） Ty(t)—各龄期砼的收缩当量温差（℃）
• 砼结构表面的水化热温升T2： 主要与温度场有关，即受到外界气温，养 护方法，结构厚度等的影响。 砼的内部温度场可用下式表示：
• 式中：Tx(t)—龄期t时计算厚度x处的砼温度 （℃） Tq —龄期t时大气的温度（℃） H —砼结构的计算厚度(m) H=h +2 —砼结构的虚厚度(m) h — 砼结构的实际厚度(m) △Tx(t)—龄期t时 砼结构中心温度与外界气温 之差。
• fl——砼的抗拉强度设计值（Mpa） µ ——配筋率（%） d ——钢筋直径 （cm） t ——砼的龄期（d）
• 、其他各种情况下，温度应力和整浇长度 的计算 砼结构不满足H/L≤0.2的条件，或 其他断面的结构，用以上的公式来计算温 度应力和整浇长度，显然是不附合实际 的，。
• 、H/L>0.20的结构 根据边缘干扰的作用, 即砼结构的最大约束应力在约束边，离开 约束边向上一点距离，即迅速衰减，因此 可将边缘干扰范围，即应力衰减至零处的 高度定为0.4L，符合以下指数。
• 3）外界高温变化的影响： 外界气温的变 化对大体积混凝土开裂有重大影响。浇筑 温度受气温的限制，会增加混凝土的温度 梯度，造成过大温差和温度应力，使大体 积混凝土出现裂缝。（夏季浇水养生，冬 季保温、用温水搅拌混凝土）
• 4）砼收缩变形影响： ①砼塑性收缩变形： 水平减缩比垂直更难 ②砼的体积变形： （混凝土中的拌合水20％是水泥水化热需 要的，80%水蒸发） 5）其他碳化收缩 空 气中的CO2与混凝土中的Ca(OH)2反应生 成碳酸钙和水
• Cx——为阻力系数，不同土有不同的系数P146。 采 用桩基时需桩的阻力系数C`x
• F___每根桩分担的地基面积（mm2） • Q___桩产生单位位移所需的水平力 （N/mm），当桩与结构铰接时：
• 桩与结构固接时：
• Kn____ 地基水平侧移刚度（1×102N/mm3） • I ___ 桩的惯性矩（mm4） • D ___ 桩的直径或边长（mm）
• m —— 与高长比有关的系数，参见P156表 3—11 • y —— 在高y处 • 实际墙体用计算墙体代替 即H 代替H
• 2、其他断面的结构的温度应力 只要将β 值变化后则上述各计算公式却可以用来计 算其温度应力和最大整浇长度。 （1）箱形 断面结构 砼箱形基础：分为单孔和双孔 • 单孔
• 如混凝土箱型基础底板先期浇筑，而墙和 顶板后期浇筑：单孔和双孔 • 单孔
• 教材中P151表3-8由王铁梦提供的Tm值， 如果实际工程的条件不符合上述（表3-8） 适用条件时，求得的温升值Tm，再乘以表 3-9中的修正系数。 砼各龄期收缩当量温 差Ty(t) 可按下式计算
• 式中： εy(t) ——砼各龄期的收缩值 α———砼的线膨胀系数 εy(t) = ε0y（1e-bt）M1M2M3 ……M10 ε0y——标准状 态下砼的极限收缩值 b——经验系数一般 取0.1 t——砼的龄期（d） M1 -M10见 教材P152
• Tm= T2+1/2(T1-T2) • 式中：T1——砼内部因水泥水化热而平均 升高的 温度值； • T2——砼结构表面因水泥水化热升高的温 度值 • T1的求法分为两种方法： • 1、计算方法 2、图表法
• 1、计算法：见教材P148 2、图表法： 当 结构的厚度h>5m时，大体积砼结构的实际 温升T1，基本接近其绝热温升Th，即: ξ= T1/ Th ≈1 见P149－150实际值见表 3-6如图3-4。
• Tmax=T0+Q/10 =T0+Q/10+F/50 上述公式适用于425# 矿渣硅酸盐水泥，如 使用525# 水泥用Q/10×1.1~1.2,使用 325# Q/10×0.9～0.95 • 砼内部的最高温升值（℃） • 砼的浇筑温度（℃），可采用平均值 • 每立方米砼中水泥的用量（kg/m3） • 每立方米砼中粉煤灰的用量（kg/m3）