超长大体积混凝土浇筑体施工阶段温度应力与收缩应力的计算方法

QoQo=7Q13/Q73i.i-3)超长大体积混凝土浇筑体施工阶段温度应力与收缩应力的计算方法1混凝土的绝热温升水泥的水化热可按下列公式计算：1Q二Qttn+t0 （l.i-i）n+i.i-2)Qi.i-2)0式中Qt—龄期t时的累积水化热（kJ/kg）Qo—水泥水化热总量（kJ/kg）t—龄期（t）n—常数，随水泥品种、比表面积等因素不同而异胶凝材料水化热总量应在水泥、掺合料、外加剂用量确定后根据实际配合比通过实验得出。当无实验数据时，可按下式计算：Q=kQ（1.2）o式中Q—胶凝材料水化热总量（kJ/kg）k—不同掺量掺合料水化热调整系数当现场采用粉煤灰与矿渣粉双掺时，不同掺量掺合料水化热调整系数可按下式计算：k=k+k—1（1.3）12式中k—粉煤灰掺量对应的水化热调整系数可按表1.3取值1k—矿渣粉掺量对应的水化热调整系数可按表1.3取值2表1.3不同掺量掺合料水化热调整系数掺量010%20%30%40%粉煤灰（k］）10.960.950.930.82矿渣粉（k2）110.930.920.84注：表中掺量为掺合料占总胶凝材料的百分比混凝土的绝热温升值可按下式计算：WQT(t)二W—e-mt)C卩 (1.4)式中TC)—龄期为t时，混凝土的绝热升温(口)W—每立方米混凝土的胶凝材料用量(kg/m3)C—混凝土比热容，可取(0.92〜1.0)(kJ/kg•口)P—混凝土的质量密度，可取(2400〜2500)(kg/m3)m—与水泥品种、浇筑温度等有关的系数，可取(0.3〜0.5)d-1t—龄期(d)混凝土收缩值的当量温度混凝土收缩的相对变形量可按下式计算：s(t)=so(]-e-)-0i)xMxMxM…Myy12311(2.1)式中s(t)—龄期为t时，混凝土收缩引起的相对变形值ys0—在标准试验状态下混凝土最终收缩的相对变形值，取3.24x10-4yMM…M—混凝土收缩值不同条件影响修正系数，可按表2.1取值1211混凝土收缩相对变形值的当量温度可按下式计算:T(t)=s(t》ayy(2.2)式中Ty(t)—龄期为t时，混凝土收缩当量温度；«—混凝土的线性膨胀系数，取1.0x10-5。混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量可按下式计算:E(t)=0E(1一e-申)0 (3.1)式中E(t)—混凝土龄期为t时弹性模量(N/mm2)；E0—混凝土弹性模量,可取标准条件下养护28d的弹性模量，可按表3.1采用；9—系数，应根据所用混凝土试验确定，当无试验数据时，可取0.09；0—混凝土掺合料对弹性模量的修正系数，取值应以现场实验数据为准，在施工准备阶段和现场无试验数据时，可按式3.2计算。表3.1混凝土在标准条件下养护龄期为28d时的弹性模量混凝土强度等级混凝土弹性模量(N/mm2)C252.80x104

C303.00x104C353.15x104C403.25x1043.2掺合料修正系数可按下式计算：卩二卩二卩1•卩23.2)式中0—混凝土中粉煤灰掺量对应的弹性模量修正系数，可按表3.2取值102—混凝土中矿渣粉掺量对应的弹性模量修正系数，可按表3.2取值表2.1混凝土收缩值不同条件影响修正系数水泥品种矿渣水泥1.25低热水泥1.10普通水泥1.00火山灰水泥1.00抗硫酸盐水泥0.78水泥

细度

(就

/kg)3004005006001.001.131.351.680.30.40.50.60.851.001.211.42胶

浆

量

(%)20253035401.001.201.451.752.10养护时间(d)1.111.111.091.071.04环境

相对

湿度

(%)2530405060M1.251.181.101.000.880.10.20.30.40.540.761.001.031.200.000.050.100.150.201.000.850.760.680.61452.55503.031014~1801.000.960.937080900.770.700.540.50.60.71.311.401.430.250.55水泥品种矿渣水泥1.25低热水泥1.10普通水泥1.00火山灰水泥1.00抗硫酸盐水泥0.78水泥

细度

(就

/kg)3004005006001.001.131.351.680.30.40.50.60.851.001.211.42胶

浆

量

(%)20253035401.001.201.451.752.10养护时间(d)1.111.111.091.071.04环境

相对

湿度

(%)2530405060M1.251.181.101.000.880.10.20.30.40.540.761.001.031.200.000.050.100.150.201.000.850.760.680.61452.55503.031014~1801.000.960.937080900.770.700.540.50.60.71.311.401.430.250.55注：1r为水力半径的倒数，构件截面周长(L)与截面积(F)之比，丫L/F(cm-1。EsFs「EcFc为广义配筋率，为钢筋、混凝土的弹性模量(N/mm2),为钢筋、混凝土的截面积(mm2)。粉煤灰(矿渣粉)掺量指粉煤灰(矿渣粉)掺和料重量占凝胶材料总重的百分数。表3.2不同掺量掺合料修正系数掺量020%30%40%粉煤灰10.990.980.96矿渣粉11.021.031.04温升估算浇筑体内部温度场和应力场计算可采用有限单元法或一维差分法。有限单元法可使用成熟的商用有限元计算程序或自编的经过验证的有限元程序。采用一维差分法，可将混凝土沿厚度分许多有限段Ax(m),时间分许多有限段At(h)。相邻三层的编号为n、n-1、n+1，在第k时间里，三层的温度T、T及T，经过Atn-1,k n,k n+1,k时间后，中间层的温度T；1，可按差分法求得下式：n,k+1T+T At AtT=n-1,k n+1,kx2a —T(2a—1)+AT (4.2)n,k+1 2 Ax2 n,k Ax2 n,k式中a—混凝土的热扩散率，取0.0035m2/h；AT—第n层内部热源在k时段释放热量所产生的温升。n,k4.3混凝土内部热源在t和t时刻之间释放热量所产生的温升，可按下式计算：12AT=T(e-mt1-e-mt2)(4.3)max 4.34・4在混凝土与相应位置接触面上释放热量所产生的温升可取AT2。温差计算混凝土浇筑体的里表温差可按下式计算：AT1(t)=T(t)-T(t)( )1mb (5.1)式中AT(t)—龄期为t时，混凝土浇筑块体的里表温差(口)；1T(t)—龄期为t时，混凝土浇筑块体的最高温度，可通过温度场计算或实测求得(口)；mT(t)—龄期为t时，混凝土浇筑块体的表层温度，可通过温度场计算或实测求得(口)。b混凝土浇筑体的综合降温差可按下式计算：AT(t)=1\AT(t)+T(t)+T(t)1+T(t)—T(t)5.2；2 65.2；式中AT(t)—龄期为t时，混凝土浇筑块体在降温过程中的综合降温(口)；2T(t)、T(t)—混凝土浇筑块体中部达到最高温度时，其块体上、下表层的温度(口；bm dmT(t)—龄期为t时，混凝土收缩当量温度(口)；yT(t)—龄期为t时，混凝土浇筑体预计的稳定温度或最终稳定温度，可取计算w龄期t时的日平均温度或当地年平均温度(口)。温度应力计算自约束拉应力的计算可按下式计算：CXy-ng(t) xXAT(t)xE(t)xH(t,T) (6.1)z2 1i iii=1式中g(t)—龄期为t时，因混凝土浇筑体里表温差产生自约束拉应力的累计值(MPa);zAT(t)—龄期为t时，在第i计算区段混凝土浇筑块体里表温差增量(口)；1iEi(t)—第i计算区段，龄期为t时，混凝土的弹性模量(N/mm2)；X—混凝土的线膨胀系数；H(t,t)—在龄期为工时，在第i计算区段产生的约束应力延续至t时的松弛系数，i可按表6.1取值。表6.1混凝土的松弛H(t,t)系数T=2t=5dT=10dt=20dtHC,T)tHC,T)tHC,T)tHC,T)2.001.0005.001.00010.001.00020.001.0002.250.4265.250.51010.250.55120.250.5922.500.3425.500.44310.500.49920.500.5492.750.3045.750.41310.750.47620.750.5343.000.2786.000.38311.000.45721.000.5214.000.2257.000.29612.000.39222.000.4735.000.1998.000.26214.000.30625.000.36710.000.18710.000.22818.000.25130.000.30120.000.18620.000.21520.000.23840.000.25330.000.18630.000.20830.000.21450.000.252g0.186g0.200g0.210g0.2516.2混凝土浇筑体里表温差的增量可按下式计算：TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"AT(t)=AT(t)-AT(t-j) (6.2)1i 1 1式中j—为第i计算区段步长(d);在施工准备阶段，最大自约束应力也可按下式计算：X\o"CurrentDocument"g=—XE(t)xAT xH(t,T) (6.3)zmax2 1maxi式中g —最大自约束应力(MPa)；max人彳阴乂一混凝土浇筑后可能出现的最大里表温差(□)；E(t)—与最大表里温差AT 相对应龄期t时，混凝土的弹性模量(N/mm2)；1max

H(t,T)—在龄期为t时，在第i计算区段产生的约束应力延续至t时的松驰系数,i按表6.1取值。外约束拉应力可按下式计算：◎(t)=x(X◎(t)=x(6.4)YAT(t)xE(t)xH(t,T)xR(t)(6.4)1—Q 2i i i ii=1式中◎—龄期为t时，因综合降温差，在外约束条件下产生的拉应力(MPa)；x(t)AT(t)—龄期为t时，在第i计算区段内，混凝土浇筑块体综合降温差的增量(口)；2iQ—混凝土的泊松比，取0.15；R(t)—龄期为t时，在第i计算区段，外约束的约束系数。i混凝土浇筑体综合降温差的增量可按下式计算：AT(t)=AT(t—j)—AT(t) (6.5)2i 2 2混凝土外约束的约束系数可按下式计算：R(t)=1—i(6.6)1R(t)=1—i(6.6)h(l]艸HE(t)2丿式中L—混凝土浇筑体长度(mm)；H—混凝土浇筑体厚度，该厚度为浇筑块体实际厚度与保温层换算混凝土虚拟厚度之和(mm)；C—外约束介质(地基或老混凝土)的水平变形刚度(N/mm3)，可按表6.6取值。x表6.6不同外约束介质的水平变形刚度取值(10-2N/mm3)外约束介质软粘土砂质粘土硬粘土风化岩、低强度等级素混凝土C10级以上配筋混凝土Cx1~33~66~1060〜100100〜150控制温度裂缝的条件混凝土抗拉强度可按下式计算：ftkC)=ftk'-e-J (7.1)式中/C)—混凝土龄期为t时的抗拉强度标准值(N/mm2)；tk/—混凝土抗拉强度标准值(N/mm?)；tk丫一系数，应根据所用混凝土试验确定，当无试验数据时，可取3.0o混凝土防裂性能可按下列