內(nèi)約束對混凝土早期收縮及開裂行為的影響研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對建筑使用功能的要求逐漸提升。建筑物的高度不斷增加，高層、超高層建筑近年來在我國屢見不鮮。截至2015年末，我國超高層建筑的數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了驚人的123棟。為滿足這種超高層建筑對巨大承載能力及高耐久性要求的同時，不過多削減建筑使用空間，鋼板-混凝土組合剪力墻這一新型結(jié)構(gòu)獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。為滿足結(jié)構(gòu)性能，相對于傳統(tǒng)鋼筋混凝土剪力墻，鋼板-混凝土組合剪力墻采用的混凝土強(qiáng)度普遍較高，強(qiáng)度等級多數(shù)在C60及以上，

2、同時墻體內(nèi)密集布置了鋼筋、鋼板以及栓釘。這導(dǎo)致?lián)碛写笫湛s特性的高強(qiáng)混凝土的自由收縮受到比傳統(tǒng)鋼筋混凝土剪力墻更強(qiáng)的內(nèi)部約束。在高自生收縮、強(qiáng)內(nèi)部約束條件下，鋼-混凝土組合剪力墻結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度較低的早期，混凝土內(nèi)部即存在較高的約束應(yīng)力，從而提高了鋼-混凝土組合剪力墻在施工過程中的開裂風(fēng)險，給組合結(jié)構(gòu)安全與耐久性帶來極大威脅。
　　論文基于鋼-混凝土組合剪力墻在施工期大量開裂的現(xiàn)實(shí)情況，針對目前國內(nèi)外對于混凝土在內(nèi)約束對混凝土收縮變形行為

3、的影響研究嚴(yán)重不足的現(xiàn)狀。擬開展以下研究工作，以期揭示內(nèi)約束條件下混凝土的收縮規(guī)律，為解決鋼-混凝土組合剪力墻施工期開裂問題提供幫助。
　　論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　?、賹Σ煌瑥?qiáng)度等級（C40、C80）、不同養(yǎng)護(hù)環(huán)境（干燥養(yǎng)護(hù)、密封養(yǎng)護(hù)）下的混凝土早期變形、內(nèi)部濕度變化、基本力學(xué)性能進(jìn)行一體化測試。研究表明：混凝土的收縮變形過程在水化熱、塑性沉降以及內(nèi)部毛細(xì)孔應(yīng)力作用下可分為膨脹、加速收縮、穩(wěn)定收縮三個階段?；炷羶?nèi)

4、部濕度與混凝土的收縮變形間有著良好的線性關(guān)系。由于與干燥面的距離不同，混凝土內(nèi)部將產(chǎn)生應(yīng)變梯度，距離干燥面越遠(yuǎn)，收縮越小。受此影響，混凝土內(nèi)部將產(chǎn)生自約束應(yīng)力，提高了混凝土的開裂風(fēng)險。
　?、谕ㄟ^試驗(yàn)，對干燥條件下混凝土內(nèi)部濕度場、應(yīng)變場以及混凝土自約束應(yīng)力計算的關(guān)鍵參數(shù)：混凝土濕度擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行研究。研究表明：混凝土的濕度擴(kuò)散系數(shù)除是混凝土內(nèi)部濕度的函數(shù)以外，還是混凝土內(nèi)部孔隙率的函數(shù)。濕度擴(kuò)散系數(shù)隨著混凝土內(nèi)部濕度、孔隙率的提高

5、而提高。研究提出了一個考慮混凝土孔隙率影響的，基于28天以后混凝土濕度-濕度擴(kuò)散系數(shù)曲線的混凝土早齡期濕度擴(kuò)散系數(shù)計算方法。
　?、弁ㄟ^理論推導(dǎo)和試驗(yàn)，對鋼筋對混凝土收縮的約束作用開展研究。研究表明:鋼筋對混凝土的約束作用將隨著鋼筋配筋率、鋼筋彈性模量的增大而提高，隨著混凝土彈性模量的上升而降低。鋼筋對混凝土的約束能力是混凝土齡期的函數(shù)。其值隨著鋼筋與混凝土間粘結(jié)應(yīng)力的增長而在早齡期迅速的增長，之后由于混凝土彈性模量的上升而下降，

6、并保持穩(wěn)定。于此同時，鋼筋對混凝土的約束能力是鋼筋與被約束混凝土間距離的函數(shù)。鋼筋對混凝土收縮變形的約束能力將隨著鋼筋與被約束混凝土間距離的增大而降低。在相同的配筋率下，將鋼筋均勻的分布于混凝土截面，能在保持總體約束程度不變的情況下，更為均勻的約束整個截面的混凝土，并降低混凝土的開裂風(fēng)險。基于理論及試驗(yàn)研究結(jié)果，研究提出了一個計算配筋混凝土收縮應(yīng)變及其分布的計算方法。
　　④通過理論推導(dǎo)和試驗(yàn)，對鋼板對混凝土收縮的約束作用開展研究

7、。研究表明：鋼板對混凝土收縮變形的約束作用將隨著鋼板厚度、鋼板彈性模量的增加而增加，隨著混凝土彈性模量的增加而降低。鋼板的銹蝕以及表面形式對鋼板對混凝土收縮的約束作用影響并不顯著。在鋼板厚度、鋼板彈性模量不變的情況下，鋼板對混凝土收縮的約束能力還將隨著混凝土的齡期發(fā)生改變。此外，鋼板對混凝土變形的約束能力將隨著鋼板與被約束混凝土距離的增加而降低?；诶碚摷霸囼?yàn)研究結(jié)果，研究提出了一個計算配置鋼板的混凝土收縮應(yīng)變及其分布的計算方法。