超长混凝土剪力墙施工期温度效应分析与裂缝控制研究

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随着我国经济的迅猛发展及工程技术的不断进步,一大批超长混凝土结构在工程建设中得到广泛的应用。为了满足混凝土结构的承载力、刚度以及稳定性等方面的要求,其结构往往具有较长较大的尺寸,在施工期水泥水化作用产生大量水化热,混凝土结构内部会产生不均匀温度场,在降温收缩的过程中受到约束时,混凝土体出现拉应力,当其拉应力超过混凝土当龄期的容许抗拉强度,则会产生温度裂缝。由于垃圾发电厂垃圾储坑对墙体的抗渗防腐性能要求高,一旦墙体出现开裂,将会严重影响混凝土结构的耐久性、适用性、甚至安全性,所以研究超长混凝土墙体结构施工期的温度效应问题及其温度裂缝的控制措施具有非常重要的意义。本文以重庆市第三垃圾焚烧发电厂工程项目为背景,选取垃圾焚烧发电厂超长混凝土剪力墙结构为研究对象,考虑在地基对结构弹性约束的基础上进行温度效应分析,主要的研究内容和结论如下:(1)结合垃圾焚烧发电厂工程实例,确定混凝土墙体的热工参数与边界条件,利用Midas/Fea有限元软件建立超长混凝土剪力墙三维实体模型,通过数值模拟得出混凝土剪力墙分层浇筑后的温度场及温度应力的计算值。结果表明,超长混凝土剪力墙混凝土浇筑30h左右,混凝土内部温度达到峰值,中心点部位3的温度达到60.9℃,远远大于传统中认识的温度值。降温阶段,墙体的降温速率达到4.8℃/d,远超过了规范中的规定值,由于墙体本身温度较高,暴露面积较大,会加快混凝土干燥收缩的发展,容易引起墙体的开裂,应采取相应的温控措施。(2)混凝土浇筑之后,墙体内部温度较高,使混凝土内部受压,表面受拉。降温阶段,墙体内部变为拉应力,且快速增加,当第2层墙体浇筑后,第1层墙体上端形成约束,使第1层墙体温度应力增大了10.6%,最大应力值超过混凝土当龄期的容许抗拉强度,引起墙体开裂。当第3层墙体浇筑后,第1层墙体的温度应力再次出现上升,升幅达到9.6%,第2层墙体中心点温度应力也出现上升,升幅达到15.6%。结果表明,墙体受到的约束越大,后期降温收缩引起的温度应力越大,且相邻的上层对下层的影响最为明显。(3)将混凝土现场实测值与理论计算值进行对比分析,发现二者基本一致,验证了数值模拟的准确性。通过分析超长混凝土剪力墙温度效应的影响因素,重点研究了不同的水泥品种,粉煤灰掺量,浇筑温度,约束方式,养护条件,墙体尺寸以及分层浇筑时间间隔等对混凝土温度效应的影响,并提出相应的温控措施。(4)提出控制混凝土温度峰值与内外温差,并适当加强混凝土表面保温养护措施来减小收缩量的防裂思路。基于大体积混凝土水管冷却技术的效果好、温控速度快、施工灵活等优点,研发了集冷却水管与止水螺杆优点于一体的新型冷却止水螺杆。通过对无冷却措施,水管冷却和新型冷却止水螺杆三种冷却效果进行数值分析,同时,针对不同厚度的墙体使用新型冷却止水螺杆进行温度效应分析,验证了该方法的有效性。在此基础上,通过对新型冷却止水螺杆的管径、通水流量、进水温度以及螺杆在混凝土墙体内的分布间距等因素的冷却效果进行数值分析,研究了不同参数对施工期超长混凝土墙体水化热的影响效果,阐述了不同参数对施工期超长混凝土墙体水化热的影响机理,并给出了最佳冷却方案。
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