地下室墙体早期混凝土开裂性能研究

作     者：王芳 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：龙炳煌;陈彦明

授予年度：2003年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：早期混凝土 开裂 收缩 温差 有限元分析 

摘      要：目前，高层建筑的地下室越来越多的被开发商和设计人员所采用，规模也越来越大，而地下室墙体的早期混凝土开裂问题也日益突出，混凝土开裂后，不仅有损外观而且影响了结构耐久性，并引起渗漏。但对于早期混凝土开裂问题，还没有普遍适用的理论和规范条款。因此，对于早期混凝土开裂问题研究十分重要。 早期混凝土开裂主要由变形引起，包括收缩变形和温度变形。由于约束的存在，当收缩变形、温差引起的应力达到那一时刻的混凝土抗拉强度时混凝土就发生开裂。收缩变形可用温度应力的概念换算为当量温差。有限单元法可以把热传导和热应力问题连接起来，为瞬态温度场和应力场的计算提供了方便。 本文根据瞬态温度场和应力场理论，建立地下室混凝土墙体的三维有限元分析模型，利用有限元分析程序ANSYS对基本工况下的墙体进行分析。计算结果表明从浇筑混凝土开始墙体混凝土温度场经历了水化热温升、温降、随环境变化三个阶段，墙体中央温度大于表面温度，墙体断面温度自下而上依次降低;应力场经历了产生压应力不断增长、达到最大值后压应力减小至零、出现拉应力不断增长的过程，在温升阶段，主要为压应力，在温降阶段，墙体断面中央拉应力大于表面拉应力;墙体断面拉应力自下而上依次降低，趋于墙体中段，这种变化减小。 同时又分析了长高比分别为4.2、6.2、8.2、12.2的墙体的温度场和应力场的变化规律。结果分析表明长高比与温度场无关，对应力场影响明显。随长高比的增大，拉应力也越来越大。有限元分析规律与ACI理论规律是一致的。长宽比对温度场和应力场没有任何影响。 另外，对拆模后不同环境下墙体的温度场和应力场进行分析表明，拆模后环境温度急剧降低时，墙体温度下降的幅度较大，拆模后一天即可能出现表面裂缝。拆模后用湿草席养护时，墙体各部位温度下降缓慢，温度应力较小。因此，对于地下室这种薄壁大面积结构，拆模后的养护措施可大大提高其抗裂性。 最后，对春季和冬季常温下浇筑的混凝土墙体进行分析。两种工况下温度峰值不同，但温降速率非常接近，温度收缩应力也相差较小。说明温度控制不止是要控制温度峰值，更要控制温降速率。本文的这些研究成果具有重要的理论意义和工程参考价值。