一种用于上部超长混凝土结构施工中的防裂方法技术

本发明专利技术属于土木工程领域，尤其涉及一种用于上部超长混凝土结构施工中的防裂方法，本发明专利技术的方法通过对上部超长混凝土结构独特的温差条件和约束条件的研究分析，确定了各种温差的取值方法和参考值，针对不连续约束提出相应的等效计算法，进而给出了框架结构最大约束应力的简化计算方法以及不同间歇时间下对应的框架结构的最大约束应力的简化计算方法，提出了施加预应力之后的最大约束应力的计算方法。本发明专利技术所述方法能够更加方便地指导上部超长混凝土结构施工中间歇时间、分块长度以及其他相应附加措施的选择以尽可能地减小上部超长混凝土的开裂几率，提高了经济效益，对上部超长混凝土结构的施工具有重要的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种用于上部超长混凝土结构施工中的防裂方法
本专利技术属于土木工程领域，尤其涉及一种用于上部超长混凝土结构施工中的防裂方法。
技术介绍
现阶段人们对建筑的需求特点是超长、大跨度结构，包括地下的超长大体积混凝土结构，如基础和底板等，上部的超长混凝土框架结构在现阶段建筑中被广泛使用，特别是超长混凝土楼板和梁，但其面临的一个主要问题是容易开裂，这是因为温度和收缩变形对超长混凝土结构产生的作用很大。近年来对于地下超长大体积混凝土结构的研究逐渐增多，其中以王铁梦为典型代表，然而上部超长混凝土结构受到的约束和温差影响不同于地下结构，包括所处环境和结构形式都有很大差别，截面小、结构长度过长是其一大特点，因此不适用地下大体积混凝土收缩应力计算的一些理论，但这种结构在收缩应力的影响下更容易产生开裂。目前对于上部超长混凝土结构的研究较匮乏，间歇法施工可以有效地减小这种结构收缩应力，防止结构开裂，是代替后浇带、缩短建设工期的新型施工技术，虽然已在很多工程实践中应用，但目前还没有完整的理论依据来控制施工以更好地防止上部超长混凝土结构开裂。
技术实现思路
根据以上现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于上部超长混凝土结构施工中的防裂方法，其能有效解决目前没有完整理论依据指导上部超长混凝土结构的施工以更好地防止其结构开裂的问题。本专利技术解决的技术问题采用的技术方案为：一种用于上部超长混凝土结构施工中的防裂方法，包括如下步骤，步骤1：选取上部超长混凝土结构作为实验数据，针对实验数据统计分析将混凝土结构收缩过程分为前期、中期和后期三个阶段，并提出前期中水化热温差ΔT1、中后期中干缩当量温差ΔT2和环境温差ΔT3的计算方法，初步回归了混凝土内部温差变化ΔT4和环境温差变化ΔT3之间的经验关系；步骤2：给出典型框架结构等效连续性约束的地基水平阻力系数，结合步骤1中的各温差提出典型框架结构最大约束应力σxmax的直接计算方法和基于等效连续性约束的框架结构最大约束应力σxmax的计算方法；步骤3：给出不同间歇时间对框架结构最大约束应力降低比例的对应关系，进而提出相应的间歇影响系数β(t)；同时得出，在间歇时间一定时，分块长度与框架结构最大约束应力降低值成负相关的规律；步骤4：计算相应间歇时间下的框架结构最大约束应力σ(t)xmax，σ(t)xmax＝σxmaxβ(t)；步骤5：根据步骤3和步骤4的结论，指导上部超长混凝土框架结构间歇施工中间歇时间和分块长度的选择。进一步地，步骤1的具体实现包括如下步骤：步骤①、计算水化热温差ΔT1其中，Tmax是水化热最高温度，T稳定是水化热稳定后周围的温度；计算干缩当量温差ΔT2εy(t)＝ε0*M1*M2…M11(1-e-bt)(1-2)，其中，εy(t)是任意时间的收缩，b取值与养护条件有关，时间t以天为单位，从浇筑时起到计算时止；ε0为最终收缩，标准状态为3.24*10-4；M1…M11为考虑各种非标准条件的修正系数；α混凝土热膨胀系数，取1*10-5；步骤②、计算环境温差ΔT3，给出环境温差ΔT3和混凝土结构体内部温差ΔT4的经验关系，公式，ΔT3＝aΔT4-b(1-4)，ΔT4＝T2-T1(1-5)，其中a，b的取值可根据实验所测得的混凝土内部温差ΔT4与环境温差ΔT3的数据，进行线性回归后，进行确定；且a，b的取值与超长混凝土结构的构件厚度有关连，厚度越大，a的取值越小；T1是混凝土结构完成时环境温度；T2是混凝土外围护结构完全封闭前最低温度。进一步地，步骤2的具体实现包括如下步骤：步骤a.得出框架结构温度变形的约束机理经过对上部超长混凝土结构在步骤1中各种温差情况下进行SAP2000模拟分析得出：分析框架结构温度变形时，无论多层和高层，只考虑下面两层；框架梁所受柱的约束可等效为连续性约束进行计算；根据实际情况考虑框架结构各层间存在的最大温差时，底层梁降温大于上层梁时，所受约束最大。步骤b.确定典型框架结构等效连续性约束的地基水平阻力系数的取值在上部超长混凝土结构收缩过程的前期阶段，框架结构柱梁约束地基水平阻力系数，记为Cx柱梁前，通过SAP2000模拟计算可知其取值为：当超长混凝土结构跨度为6m时，Cx柱梁前取0.005N/mm2～0.0073N/mm2；当超长混凝土结构跨度为8m时，Cx柱梁前取0.006N/mm2～0.0088N/mm2；当超长混凝土结构跨度为10m时，Cx柱梁前取0.0068N/mm2～0.012N/mm2；通过SAP2000模拟计算可知，当所求框架结构层数在一到二层时，Cx柱梁前值取对应的不同结构跨度范围内最大值；当所求框架结构层数在二层以上时，Cx柱梁前值取对应的不同结构跨度范围内最小值。前期阶段框架结构的板梁约束等效为连续性约束，通过模拟和理论分析，得出板对梁约束的地基水平阻力系数，记为Cx板梁前，取值0.06N/mm2；上部超长混凝土结构收缩过程的中后期阶段，经过模拟计算，框架结构柱对梁约束的地基水平阻力系数，记为Cx柱梁中后，其取值为：当超长混凝土结构跨度为6m时，Cx柱梁中后取0.008N/mm2～0.01N/mm2；当超长混凝土结构跨度为8m时，Cx柱梁中后取0.011N/mm2～0.014N/mm2；当超长混凝土结构跨度为10m时，Cx柱梁中后取0.016N/mm2～0.02N/mm2；其中，当所求框架结构不同层降温差差别较大且下层降温值低于上层降温值时，Cx柱梁中后值取取对应的不同结构跨度范围内较小值；当所求框架结构不同层降温差差别较大且下层降温值高于上层降温值时，Cx柱梁中后值取取对应的不同结构跨度范围内较大值；当所求框架结构不同层降温差差别较小时，Cx柱梁中后值取取对应的不同结构跨度范围内间值；一般层间温差相差5℃左右视为较大温差。步骤c.典型框架结构最大约束应力σxmax的直接计算σxmax＝σ柱梁+σ板梁(1-61)，其中σ柱梁用王铁梦计算理论或SAP2000模拟计算得到，ΔT0梁为梁的水化热降温差，由王铁梦的《工程结构裂缝控制“抗与放”的设计原则及其在“跳仓法”施工中的应用》中可知前期应力松弛系数H前(t,τ)取0.24；步骤d.基于等效连续性约束的框架结构约束应力σxmax的计算框架结构前期阶段产生的约束应力σ前包括：梁板相同的水化热温差和干缩当量温差产生的约束应力，该由框架柱的约束产生的约束应力记为σ柱梁；以及板和梁之间温差产生的约束应力，该因梁降温大于板的部分受板梁约束产生的约束应力记为σ板梁；σ前＝σ柱梁前+σ板梁前(1-7)，其中，H为梁高，L为梁总的长度，E为混凝土的弹性膜量，α为线性膨胀系数，ΔT1梁为梁的水化热降温差，ΔT1板梁为梁相对于板多出的水化热降温；考虑混凝土的徐变和微裂缝的影响，应力被松弛减小，根据王铁梦对框架结构温度应力计算时提出的柱的刚度折减系数以及其书《工程结构裂缝控制“抗与放”的设计原则及其在“跳仓法”施工中的应用》中的应力松弛系数取值表，前期应力松弛系数H前(t,τ)取0.24，中后期应力松弛系数H中后(t,τ)可取0.4；中后期阶段产生的约束应力σ中后包括干缩当量温差产生的约束应力σ干缩当量温差和环境温差产生的约束应力σ环境温差，均由框架柱的约束产生，该框架柱的约束产生的约束应力记为σ柱梁中后，由此得出以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于上部超长混凝土结构施工中的防裂方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤1：选取上部超长混凝土结构作为实验数据，将混凝土结构收缩过程分为前期、中期和后期三个阶段，并提出前期中水化热温差ΔT1、中后期中干缩当量温差ΔT2和环境温差ΔT3的计算方法，初步回归了混凝土内部温差变化ΔT4和环境温差变化ΔT3之间的经验关系；步骤2：给出典型框架结构等效连续性约束的地基水平阻力系数，提出典型框架结构最大约束应力σxmax的直接计算方法和基于等效连续性约束的框架结构最大约束应力σxmax的计算方法；步骤3：给出不同间歇时间对框架结构最大约束应力降低比例的对应关系，进而提出相应的间歇影响系数β(t)；同时得出，在间歇时间一定时，分块长度与框架结构最大约束应力降低值成负相关的规律；步骤4：计算相应间歇时间下的框架结构最大约束应力σ(t)xmax，σ(t)xmax＝σxmaxβ(t)；步骤5：根据步骤3和步骤4的结论，指导上部超长混凝土框架结构间歇施工中间歇时间和分块长度的选择。

【技术特征摘要】
1.一种用于上部超长混凝土结构施工中的防裂方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤1：选取上部超长混凝土结构作为实验数据，将混凝土结构收缩过程分为前期、中期和后期三个阶段，并提出前期中水化热温差ΔT1、中后期中干缩当量温差ΔT2和环境温差ΔT3的计算方法，初步回归了混凝土内部温差变化ΔT4和环境温差变化ΔT3之间的经验关系；步骤2：给出典型框架结构等效连续性约束的地基水平阻力系数，提出典型框架结构最大约束应力σxmax的直接计算方法和基于等效连续性约束的框架结构最大约束应力σxmax的计算方法；步骤3：给出不同间歇时间对框架结构最大约束应力降低比例的对应关系，进而提出相应的间歇影响系数β(t)；同时得出，在间歇时间一定时，分块长度与框架结构最大约束应力降低值成负相关的规律；步骤4：计算相应间歇时间下的框架结构最大约束应力σ(t)xmax，σ(t)xmax＝σxmaxβ(t)；步骤5：根据步骤3和步骤4的结论，指导上部超长混凝土框架结构间歇施工中间歇时间和分块长度的选择。2.根据权利要求1所述的用于上部超长混凝土结构施工中的防裂方法，其特征在于，步骤1的具体实现包括如下步骤：①根据《工程结构裂缝控制(第二版)》，计算水化热温差ΔT1和干缩当量温差ΔT2；②计算环境温差ΔT3，给出环境温差ΔT3和混凝土结构体内部温差ΔT4的经验关系，ΔT3＝aΔT4-b，ΔT4＝T2-T1，其中，T1是混凝土结构完成时环境温度，T2是混凝土外围护结构完全封闭前最低温度。3.根据权利要求1所述的用于上部超长混凝土结构施工中的防裂方法，其特征在于，步骤2的具体实现包括如下步骤：步骤a.框架结构温度变形的约束机理经过对上部超长混凝土结构在步骤1中各种温差情况下进行SAP2000模拟分析得出框架结构温度变形的约束机理：框架梁所受柱的约束可等效为连续性约束进行计算；步骤b.确定典型框架结构等效连续性约束的地基水平阻力系数的取值在上部超长混凝土结构收缩过程的前期阶段，框架结构柱梁约束地基水平阻力系数，记为Cx柱梁前，通过SAP2000模拟计算，其取值为：超长混凝土结构跨度为6m时，Cx柱梁前取0.005N/mm2～0.0073N/mm2；超长混凝土结构跨度为8m时，Cx柱梁前取0.006N/mm2～0.0088N/mm2；超长混凝土结构跨度为10m时，Cx柱梁前取0.0068N/mm2～0.012N/mm2；前期阶段框架结构的板梁约束等效为连续性约束，通过模拟和理论分析，得出板对梁约束的地基水平阻力系数，记为Cx板梁前，取值0.06N/mm2；上部超长混凝土结构收缩过程的中后期阶段，经过模拟计算，框架结构柱对梁约束的地基水平阻力系数，记为Cx柱梁中后，其取值为：超长混凝土结...

【专利技术属性】
技术研发人员：许卫晓，张同波，于德湖，叶林，李翠翠，杨伟松，陶柱，
申请(专利权)人：青岛理工大学，青建集团股份公司，
类型：发明
国别省市：山东,37