毕业设计（论文）-混凝土结构的裂缝控制设计及处理分析.doc

各专业完整优秀毕业论文设计图纸目 录摘 要3关键词3abstract3key words3引言31. 混凝土结构裂缝的一般概念42. 裂缝的直接原因52.1 收缩及水化热增加52.2 混凝土强度等级日趋提高52.3 结构约束应力不断增大52.4 外加剂的负效应62.5 忽略结构约束62.6 养护方法不当62.7 混凝土抗拉性能不足63. 裂缝控制的材料措施63.1水泥用量63.2水泥水化热63.3石沙含泥量73.4掺合料及外加剂74. 裂缝控制的施工措施74.1混凝土的浇筑方法74.2混凝土水平施工缝处理74.3混凝土的拌制与运输84.4混凝土表面的泌水84.5混凝土的保温养护85. 裂缝控制的设计措施95.1混凝土的强度选择95.2混凝土钢筋选择95.3滑动层的设置96. 大体积混凝土的温控施工现场监测工作96.1混凝土浇筑温度的监测96.2 混凝土浇筑块体温度监测点布置10结语：10参考文献11混凝土结构的裂缝控制设计及处理分析姓名：= 学号：=土木工程系 土木工程专业指导老师：= 职称：副教授 摘 要:从混凝土结构设计施工技术材料选择等方面总结并探讨了大体积混凝土结构的裂缝控制设计措施，其主要内容包括:裂缝的成因分析，混凝土材料的选择，裂缝控制设计方法的选择，温度应力的控制，构造措施的设计以及与施工的密切配合，以期为更深入研究大体积混凝土结构裂缝的控制设计提供指导。关键词:混凝土结构 裂缝的成因 裂缝控制设计abstract: taking the specific engineering as the case,combining with research achievements on large-bay ribbed slab floors in recent years，it analyzes and compares the finite element calculation results of large-span ribbed slab floors with abnormal shape,explores its design issues when the structure is applied in actual engineering including floors structure form，components size and intervals and other contents，so as to guide practice key words: concrete construction ，abnormal-shape plate，design methods引言： 我国现行混凝土结构设计规范中规定了混凝土结构在外加荷载作用下裂缝控制的验算方法,并对裂缝允许宽度有严格的限制。但对于混凝土结构由温度、收缩等变形引起的裂缝控制,除对温度伸缩缝的设置以及现浇混凝土板的构造配筋有明确的要求外,裂缝控制设计的其他方面尚应靠设计者的经验。在工业与民用建筑中,随着混凝土技术的不断进步以及泵送现浇商品混凝土的大量应用, 超长、超宽、超厚的整体现浇大体积混凝土结构的应用越来越普遍,裂缝控制的技术难度也不断增大。 近20年来,在工业与民用建筑钢筋混凝土结构领域,一个相当普遍的质量问题就是结构的裂缝问题,且有日趋增多的趋势,它已影响到正常的生活和生产,并困扰着大批工程技术人员和管理人员,是一个迫切需要解决的技术难题，由于结构在外荷载作用下的破坏和倒塌是从裂缝扩展开始的, 因此人们对裂缝往往产生一种建筑破坏的恐惧感,是可以理解的。早在1932年,前苏联教授的钢筋混凝土强度理论就指出,如正常配筋受弯构件的破坏状态是指受拉区钢筋到达屈服强度,受压区混凝土到达受弯的抗压强度,此状态称为承载力极状态。这一状态全过程是伴随着荷载的不断增加,裂缝出现(钢筋应力只有4060mpa）,裂缝扩展,受压区塑性不断发展,最后达到完全破坏。此时破坏荷载往往是裂缝出现荷载时的 35倍,因此,很多大型钢筋混凝土结构,仅仅自重就超过了极限荷载的30%,在此条件下钢筋混凝土结构带有轻微裂纹是完全正常的,结构是安全的,恐惧是不必要的。国内外关于荷载作用下钢筋混凝土构件的设计都有自己的经验公式,并已纳入有关规范,尽管计算结果出入较大,但毕竟可以参考应用。但是近年来大量裂缝的出现,并非与荷载作用有直接关系,通过大量的调查与实测研究证明这种裂缝是由于变形作用引起,包括温度变形(水泥的水化热、气温变化、环境生产热),收缩变形(塑性收缩、干燥收缩、碳化收缩)及地基不均匀沉降(膨胀)变形。由于这些变形受到约束引起的应力超过混凝土的抗拉强度导致裂缝,统称“变形作用引起的裂缝”。1. 混凝土结构裂缝的一般概念混凝土结构在建设和使用过程中出现不同程度、不同形式的裂缝,这是一个相当普遍的现象。大体积混凝土结构出现裂缝更普遍。在全国调查的高层建筑地下结构中, 底板出现裂缝的现象占调查总数的20%左右,地下室的外墙混凝土出现裂缝的现象占调查总数的80%左右。所以,混凝土结构的裂缝是建筑工程长期困扰的一个技术难题,一直未能很好地解决。国内外工程技术界都认为,规定钢筋混凝土结构的最大裂缝宽度主要是为了保证钢筋不产生锈蚀。各国的规范中有关允许最大裂缝宽度的规定虽不完全一致,但基本相同。如在正常的空气环境中裂缝允许宽度为0.30.4mm;在轻微腐蚀介质中,裂缝允许宽度为0.20.3mm ;在严重腐蚀介质中,裂缝允许宽度为0.10.2mm。但对建筑物的抗裂要求过严,必将付出巨大的经济代价。科学的要求是将其有害程度控制在允许范围之内。根据国内外的调查资料,工程实践中结构物的裂缝原因,属于由变形变化(温度、湿度、地基变形)引起的约占80%以上,属于荷载引起的约占20%左右。在大体积混凝土工程施工中,由于水泥水化热引起混凝土浇筑内部温度和温度应力剧烈变化,从而导致混凝土发生裂缝。因此,控制混凝土浇筑块体因水化热引起的温升、混凝土浇筑块体的内外温差及降温速度,防止混凝土出现有害的温度裂缝(包括混凝土收缩)是其施工技术的关键问题。我国的工程技术人员在科学实验的基础上,以防为主,采用了温控施工技术,在大体积混凝土结构的设计、混凝土材料的选择、配合比设计、拌制、运输、浇筑、保温养护及施工过程中混凝土浇筑内部温度和温度应力的监测等环节,采取了一系列的技术措施,成功地完成了我国许多钢铁企业和工业民用建筑、高层建筑的大体积混凝土工程的施工,取得了丰富的施工经验。2. 裂缝的直接原因2.1 收缩及水化热增加 自从70年代末(19781979年)我国混凝土施工工艺产生了巨大的进步，泵送商品混凝土工艺。从过去的干硬性,低流动性,现场搅拌混凝土转向集中搅拌, 转向大流动性泵送浇注,水泥用量增加,水灰比增加,砂率增加,骨料粒径减小, 用水量增加等导致收缩及水化热增加。2.2 混凝土强度等级日趋提高建筑结构混凝土强度等级日趋提高,但有许多结构不适当的选择了过高的强度等级。习惯上认为：“强度等级越高安全度越大,就高不就低,提高强度等级没坏处”。有时迁就施工方便,采用高强混凝土,这是一种误导,导致水泥标号增加, 水泥用量增加,水用量增加,细骨料及粗骨料径偏小,砂率偏大等都使水化热及收缩增加。2.3 结构约束应力不断增大结构规模日趋增大,结构形式日趋复杂,超长超厚及超静定结构成为经常采用结构形式并采用现浇施工,这种结构形式有显著约束作用,对于各种变形作用必然引起较大约束应力。2.4 外加剂的负效应 外加剂及掺合料种类繁多,只有强度指标缺乏对水化热及收缩变形影响的长期实验资料(至少一年),有些试验资料并不严格,有许多外加剂严重的增加收缩变形,有的甚至降低耐久性。2.5 忽略结构约束国内外结构设计中都经常忽略构造钢筋重要性,因而经常出现构造性裂缝。结构设计中经常忽略结构约束性质,不善于“抗与放”的设计原则,缺乏相应的设计施工规范、规程。2.6 养护方法不当目前在混凝土施工中采用的养护方法基本沿用过去简易的方法,这种方法已远不适应泵送混凝土的较大温度收缩变形的要求。2.7 混凝土抗拉性能不足这种裂缝在抗力方面都是由于混凝土抗拉性能不足(抗拉强度和极限拉伸) 引起的,这方面的材料级配研究很少。综合上述,国际公认泵送商品混凝土对混凝土的质量(均质性) 有很大的提高,对供应方式有重要的改进, 但是对混凝土的裂缝控制的难度大大增加了, 因为这类问题不是我国特有的技术问题,是国际上钢筋混凝土的共性难题。3. 裂缝控制的材料措施3.1水泥用量为了减少水泥用量,降低混凝土浇筑块体的温度升高,经设计单位同意,可利用混凝土60d后期强度作为混凝土强度评定、工程交工验收及混凝土配合比设计的依据。 采用降低水泥用量的方法来降低混凝土的绝对温升值,可以使混凝土浇筑后的内外温差和降温速度控制的难度降低,也可降低保温养护的费用,这是大体积混凝土配合比选择的特殊性。强度等级在c20c35的范围内选用,水泥用量最好不超过380kg/m。3.2水泥水化热应优先采用水化热低的矿渣水泥配制大体积混凝土。所用的水泥应进行水化热测定,水泥水化热测定按现行国家标准水泥水化热试验方法(直接法)测定,要求配制混凝土所用水泥7d的水化热不大250kj/kg 。3.3石沙含泥量采用540mm颗粒级配的石子,控制含泥量小于1.5% 。采用中、粗砂,控制含泥量小于1.5% 。3.4掺合料及外加剂掺合料及外加剂的使用。国内当前用的掺合料主要是粉煤灰,可以提高混凝土的和易性,大大改善混凝土工作性能和可靠性,同时可代替水泥,降低水化热。掺加量为水泥用量的15%,降低水化热15%左右。外加剂主要指减水剂、缓凝剂和膨胀剂。混凝中掺入水泥重量0.25%的木钙减水剂,不仅使混凝土工作性能有了明显的改善,同时又减少10%拌和用水,节约10%左右的水泥,从而降低了水化热。一般泵送混凝土为了延缓凝结时间,要加缓凝剂,反之凝结时间过早,将影响混凝土浇筑面的粘结,易出现层间缝隙,使混凝土防水、抗裂和整体强度下降。为了防止混凝土的初始裂缝,宜加膨胀剂。4. 裂缝控制的施工措施4.1混凝土的浇筑方法混凝土的浇筑方法可用分层连续浇筑或推移式连续浇筑,不得留施工缝, 并应符合下列规定:混凝土的摊铺厚度应根据所用振捣器的作用深度及混凝土的和易性确定,当采用泵送混凝土时,混凝土的摊铺厚度不大于600mm;当采用非泵送混凝土时,混凝土的摊铺厚度不大于400mm。分层连续浇筑或推移式连续浇筑,其层间的间隔时间应尽量缩短,必须在前层混凝土初凝之前,将其次层混凝土浇筑完毕。层间最长的时间间隔不大于混凝土的初凝时间。当层间间隔时间超过混凝土的初凝时间,层面应按施工缝处理。4.2混凝土水平施工缝处理 大体积混凝土施工采取分层浇筑混凝土时,水平施工缝的处理应符合下列规定: 清除浇筑表面的浮浆、软弱混凝土层及松动的石子,并均匀露出粗骨料。在上层混凝土浇筑前,应用压力水冲洗混凝土表面的污物,充分湿润, 但不得有水。 对非泵送及低流动度混凝土,在浇筑上层混凝土时,应采取接浆措施。4.3混凝土的拌制与运输 混凝土的拌制、运输必须满足连续浇筑施工以及尽量降低混凝土出罐温度等方面的要求,并应符合下列规定: 当炎热季节浇筑大体积混凝土时,混凝土搅拌场站宜对砂、石骨料采取遮阳、降温措施。当采用泵送混凝土施工时,混凝土的运输宜采用混凝土搅拌运输车,混凝土搅拌运输车的数量应满足混凝土连续浇筑的要求。4.4混凝土表面的泌水 在混凝土浇筑过程中,应及时清除混凝土表面的泌水。泵送混凝土的水灰比一般较大,泌水现象也较严重,不及时清除,将会降低结构混凝土的质量。4.5混凝土的保温养护混凝土浇筑完毕后,应及时按温控技术措施的要求进行保温养护,并应符合下列规定:保温养护措施,应使混凝土浇筑块体的里外温差及降温速度满足温控指标的要求。保温养护的持续时间,应根据温度应力(包括混凝土收缩产生的应力)加以控制、确定,但不得少于15d,保温覆盖层的拆除应分层逐步进行。在保温养护过程中,应保持混凝土表面的湿润。保温养护是大体积混凝土施工的关键环节,其目的主要是降低大体积混凝土浇筑块体的内外温差值以降低混凝土块体的自约束应力；其次是降低大体积混凝土浇筑块体的降温速度,充分利用混凝土的抗拉强度,以提高混凝土块体承受外约束应力的抗裂能力,达到防止或控制温度裂缝的目的。同时,在养护过程中保持良好的湿度和抗风条件,使混凝土在良好的环境下养护。施工人员需根据事先确定的温控指标的要求,来确定大体积混凝土浇筑后的养护措施。塑料薄膜、草袋可作为保温材料覆盖混凝土和模板,在寒冷季节可搭设挡风保温棚。覆盖层的厚度应根据温控指标的要求计算。对标高位于0.0以下的部位,应及时回填土;0.0以上的部位应及时加以覆盖,不宜长期暴露在风吹日晒的环境中。在大体积混凝土拆模后,应采取预防寒潮袭击、突然降温和剧烈干燥等措施。5. 裂缝控制的设计措施5.1混凝土的强度选择 大体积混凝土的强度等级宜在c20c35范围内选用,利用后期强度 r60。随着高层和超高层建筑物不断出现,大体积混凝土的强度等级日趋增高,出现c40c55等高强混凝土,设计强度过高,水泥用量过大,必然造成混凝土水化热过高, 混凝土块体内部温度高,混凝土内外温差超过30以上,温度应力容易超过混凝土的抗拉强度,产生开裂。竖向受力结构可以用高强混凝土减小截面,而对于大体积混凝土底板应在满足抗弯及抗冲切计算要求下,采用c20c35的混凝土,避免设计上强度越高越好的错误概念。考虑到建设周期长的特点,在保证基础有足够度、满足使用要求的前提下, 可以利用混凝土60d或90d的后期强度,这样可以减少混凝土中的水泥用量,以降低混凝土浇筑块体的温度升。5.2混凝土钢筋选择 大体积混凝土基础除应满足承载力和构造要求外,还应增配承受因水泥水化热引起的温度应力及控制裂缝开展的钢筋,以构造钢筋来控制裂缝,配筋应尽可能采用小直径、小间距。采用直径814mm的钢筋和100150mm间距是比较合理的。全截面的配筋率不小于0.3%,应在0.3%0.5%之间。避免结构突变(或断面突变)产生应力集中。转角和孔洞处增设构造加强筋。5.3滑动层的设置当基础设置于岩石地基上时,宜在混凝土垫层上设置滑动层,滑动层构造可采用一毡二油,在夏季施工时也可采用一毡一油。6. 大体积混凝土的温控施工现场监测工作6.1混凝土浇筑温度的监测大体积混凝土的温控施工中,除应进行水泥水化热的测定外,在混凝土浇筑过程中还应进行混凝土浇筑温度的监测,在养护过程中应进行混凝土浇筑块体升降温、内外温差、降温速度及环境温度等监测。监测的规模可根据所施工工程的重要性和施工经验确定,测温的方法可采用先进的测温方法,如有经验也可采用简易测温方法。这些监测结果能及时反馈现场大体积混凝土浇筑块内温度变化的实际情况,以及所采用的施工技术措施的效果,为工程技术人员及时采取温控对策提供科学依据。混凝土的浇筑温度系指混凝土振捣后,位于混凝土上表面以下50100mm深处的温度。混凝土浇筑温度的测试每工作班(8h)应不少于2次。大体积混凝土浇筑块体内外温差、降温速度及环境温度的测试,每昼夜应不少于2次。6.2 混凝土浇筑块体温度监测点布置大体积混凝土浇筑块体温度监测点的布置,以能真实反映出混凝土块体的内外温差、降温速度及环境温度为原则,一般可按下列方式布置: 温度监测的布置范围以所选混凝土浇筑块体平面图对称轴线的半条轴线为测温区(对长方体可取较短的对称轴线),在测温区内温度测点呈平面布置。在测温区内,温度监测的位置可根据混凝土浇筑块体内温度场的分布情况及