现代溷凝土结构间接作用裂缝烟台会议

吴胜兴教授河海大学土木与交通学院2010年8月27日现代混凝土结构间接作用裂缝烟台会议2024/1/251现代混凝土结构裂缝越来越严重的原因2

43331引言主要内容33混凝土结构间接作用裂缝的控制35解决间接作用裂缝问题的主要困难

河海大学开展的相关工作2024/1/252混凝土结构裂缝是正常现象重大工程设计也经常出现一些自相矛盾的地方预应力混凝土不可能完全解决裂缝问题1引言2024/1/253钢筋混凝土结构的裂缝与生倶来引言(1-3)一是砼材料的固有特性决定的，抗压强度高，抗拉强度低。二是钢筋砼结构只有在砼开裂后钢筋才发挥作用。三是严格控制砼结构不出现裂缝是可以的，但要付出相应的经济代价。2024/1/254工程设计基本概念有问题

引言(2-3)以某大型桥梁承台为例(1)1.8米范围内；9层钢筋，双向(2)每米5捆，每捆二根，直径40m(3)不允许出现裂缝，自相矛盾；影响施工质量(4)工程设计概念不对，忘记工程基本常识2024/1/255epNpspcsc

预应力混凝土结构原理图引言(3-3)预应力砼不能完全解决问题教科书上讲：要想从根本上解决裂缝问题，采用预应力结构事实情况：在施工期预应力还没有施加，就出现了裂缝部分预应力：允许出现裂缝经济性差：依靠预应力技术解决裂缝经济性差。2024/1/256设计规范结构尺寸新型材料施工方法住房政策媒体作用2现代混凝土结构裂缝问题越来越严重的原因

2024/1/257现有规范只能计算荷载作用下的裂缝宽度对非荷载作用下的裂缝不要求计算通过简单的构造措施控制裂缝

最大伸缩缝间距、最小配筋率、构造钢筋等大部分裂缝是非荷载因素的间接作用

温度、收缩、钢筋锈蚀、内外约束、不均匀沉降等设计规范的问题(1-6)

2024/1/258结构超长、越宽、超高和超厚结构形态复杂—美观设计要求，错落有致约束强温差大结构尺寸的影响(2-6)

三峡大坝南京长江二桥浦东陆家嘴地区2024/1/259材料组成多样化掺合料、外加剂高性能化早期更易收缩和开裂，后期易劣化配合比生产商品化泵送、混凝土收缩大品质高要求化新型材料的问题(3-6)

2024/1/2510施工进度快养护不到位拆模太早偷工减料施工方面的问题(4-6)

2024/1/2511住房商品化房价相对高维权意识强住房制度的改革(5-6)

2024/1/2512网络电视报纸追求轰动效应，断章取义媒体的推波助澜(6-6)

2024/1/2513一是算不准。

不同的人算出来的结果不一样，相差十万八千里，使得别人不相信。例：拉应力18MPa，不可能，不同的人计算结果相差很大，不知哪个是对的。二是出不了大问题

间接作用裂缝通常影响正常使用，对承载力短期内影响不大，因此得过且过，能糊就糊(浆糊糊桥梁？)。3解决间接作用裂缝问题的主要困难(1-2)2024/1/2514三是影响因素实在太多

影响规律没有完全弄清楚，自然解决不了。如混凝土热线膨胀系数通常情况下可近似取为10×10－6/℃；若已知粗骨料，是(7-12)×10－6/℃；早期硬化过程是变化的，如图所示。再如徐变和应力松驰必须考虑，但很复杂，一般人都搞不清楚，还有20MPa的拉应力早开裂了，不能按弹性进行计算，失真太严重。四是工程设计、施工单位和业主舍不得花钱去解决问题一方面既要马儿好，又不让马儿吃草，所以解决不好。另一方面设计人员怕麻烦，知识要更新，所以阻力很大。3解决间接作用裂缝问题的主要困难(2-2)2024/1/2515总的原则材料控制参数确定设计控制施工控制4混凝土结构间接作用裂缝的控制运行控制2024/1/25161一般规定控制原则间接作用大小确定运行控制措施可控性原则综合性原则真实性原则后评价原则间接作用分析方法控制角度施工控制措施设计、施工、运行控制方法和指标管理方法和措施工程实际或估算瞬态或简化计算2024/1/25172.1原材料选择2原材料选择与配合比优化2.2配合比优化2024/1/25182.1原材料选择骨料选择掺合料选择其它粗骨料选择细骨料选择外加剂选择水泥选择钢筋选择类型、用量粉煤灰选择矿粉选择硅粉选择2024/1/25192.2.1优化的原则

2.2.2优化的指标

2.2.3配合比优化试验

2.2配合比优化2024/1/25203.1线膨胀系数

3.2导热、导温和比热系数

3.3表面放热系数

3.4混凝土绝热温升

3.5早期自收缩3.6干燥收缩

3.7徐变系数

3.8松弛系数

3.9极限拉应变3.10抗拉强度3混凝土的热学、力学、变形等参数确定

2024/1/25214.1分析方法4.2工况组合

4混凝土抗裂设计2024/1/25224.1抗裂设计分析方法计算方法非线性有限元（三维实体结构)材料性能（热学、力学、变形）环境因素（温度、湿度、日照、寒潮、风速）施工措施（内外约束、保温保湿、水管冷却）简化计算重要工程初步设计或一般工程典型部位（侧墙、底板、纵梁、端部大体积）不利工况组合不同部位、不同约束形式施工期（水泥水化、自收缩、保温保湿）运行期（日照、暴雨、寒潮）2024/1/2523开裂危险性评价约束应变计算温差计算约束系数计算

间接作用简化计算方法2024/1/2524式中—开裂危险性系数，取不同龄期、不同验算点最大值；—验算点处的开裂约束应变即该点被约束掉的应变，宜由有限元计算确定，也可按下述简化方法进行计算，以拉应变为正（下同）；—验算点处混凝土极限拉应变，估算时可按附录A.9取值。当时，不开裂；当时，可能开裂；当时，开裂风险很大。当时，应针对工程的具体情况进行抗裂再设计，如加强保温、采取通水冷却等措施，使得（严格要求抗裂）或（一般要求抗裂）。

开裂危险性评价2024/1/2525约束应变通用简化计算方法侧边连续外部约束均匀温差作用自收缩作用端部约束均匀温差作用自收缩作用内部约束里表温差作用干燥收缩作用2024/1/2526温度与温差计算平均气温浇筑温度绝热温升风速截面最高温度内外最大温差2024/1/2527外部约束系数计算弹模比被约束体高度被约束体宽度约束体高度2024/1/2528不同内外温差分布程度不同内部约束系数内部约束系数计算2024/1/25294.2施工和运行阶段不利工况组合表2024/1/2530开裂机理开裂应变简化计算公式外部约束宜考虑工况（冬季施工、夏季施工）计算公式（均匀温降、自收缩）内部约束宜考虑工况（冬季施工、夏季施工、暴雨、寒潮）计算公式（内外温差、干燥收缩）例：墙体抗裂设计2024/1/25315.1选择施工方法

5.2控制入仓温度

5.3进行表面保温5.4埋设冷却水管

5.5制定养护措施

5.6混凝土温湿度监控

5.7施工管理

5间接作用裂缝施工控制措施

施工控制方法2024/1/25326.1定期检查

6.2及时报警

6.3建立管理档案

6运行管理

2024/1/2533试验研究

试验室、仪器、方法和内容数值仿真过程实测承担课题研究生论文主要成果5河海大学开展的相关工作2024/1/2534试验室建设-试验研究大型多功能人工气候模拟环境实验室2024/1/2535拉伸徐变测试装置热膨胀系数测试装置早期热膨胀系数测试装置试验装置开发-试验研究2024/1/2536早期热膨胀系数早期导温和导热系数早期弹性模量早期徐变早期自收缩早期抗拉强度施工措施研究内容和方法-试验研究2024/1/2537混凝土早期热膨胀系数2024/1/2538水泥基材料导热/导温系数2024/1/2539混凝土早期弹性模量研究2024/1/2540混凝土拉伸徐变系数实用预测模型2024/1/2541混凝土早期自收缩预测模型2024/1/2542施工措施对混凝土开裂性能的影响模板类型养护与保温措施环境条件水管冷却2024/1/2543平面杆件体系非线性有限元平面连续体非线性有限元空间杆件体系有限元空间非线性有限元(二次开发)空间非线性有限元(自主研发)典型结构混凝土间接作用裂缝控制仿真分析系统数值仿真2024/1/2544关键技术二次开发单元选择及开发工具施工期温度场施工期徐变应力场1、solid70、solid185、solid45surf152、fluid1162、APDL、UPFs、fortran1、等效龄期、水化度2、冷却水管二次加密技术及具体实现1、材料本构USERMAT3D.F子程序2、徐变本构实现3、施工过程模拟空间非线性有限元二次开发(1)2024/1/2545关键技术二次开发运行期温度场运行期温度应力湿度场及干缩应力1、太阳辐射2、温度边界条件（空气对流、太阳辐射、寒潮、水边界）热-应力顺序耦合1、非线性湿度场及有关参数2、湿度-干缩应力本构3、湿度场及干缩应力仿真实现空间非线性有限元二次开发(2)2024/1/2546大体积混凝土底板地下室侧墙超长框架结构大面积现浇楼板高层建筑典型结构间接作用裂缝数值仿真分析系统2024/1/2547完成的裂缝控制相关工程江苏省电网调度中心无锡太湖明珠大厦无锡世纪花园南京卢龙山庄连云港金海置业广场过程实测-具体工程2024/1/2548过程实测-软件2024/1/2549过程实测-工法2024/1/2550十一五国家科技支撑计划重点课题“大流量预应力混凝土渡槽设计和施工技术研究”中的温度场模型试验和抗裂技术研究国家自然科学基金项目“基于早期热、力学性能试验研究的混凝土早期裂缝控制技术”水利部公益性行业专项研究经费“大坝混凝土早期热学、力学和变形性能研究”国家自然科学基金项目“现代混凝土裂缝控制成套技术研究”江苏省自然科学基金项目“配筋对高强混凝土早期抗裂性能影响试验研究”江苏省六大人才高峰项目“混凝土裂缝控制成套技术研究”江苏省建管局项目“大体积混凝土裂缝控制实用化技术研究”湍河渡槽人工模拟环境下抗裂性能试验与设计方法沙河渡槽人工模拟环境下抗裂性能试验与设计方法承担课题2024/1/2551渡槽试验U形渡槽试验矩形渡槽试验2024/1/2552徐强，博士，钢筋混凝土特种结构有限元配筋设计方法实用化研究李云峰，博士，混凝土结构环境模拟试验技术及相关理论研究谢丽，博士，混凝土早期自收缩的影响因素及预测模型研究李骁春，博士，基于数值分析和工程经验的现代大体积砼裂缝控制实用技术危鼎，博士，水泥基材料早龄期热膨胀系数赵海涛，博士，基于数值分析的大型混凝土渡槽开裂机理与防裂技术研究王新杰，博士，早龄期混凝土基本拉伸徐变影响因素与预测模型的试验研究黄杰，博士，现代混凝土早龄期热膨胀系数预测模型及其应用博士论文2024/1/2553朱国忠，硕士，砌体结构温度裂缝机理与抗裂概念设计张丽华，硕士，钢筋混凝土剪力墙结构温度裂缝机理及控制技术刘宏伟，硕士，混凝土早龄期弹性模量无损检测初探马龙，硕士，现代混凝土徐变的几个问题探讨吴伟明，硕士，泵送混凝土约束收缩开裂性能评价试验研究康庆，硕士，钢筋混凝土超长框架结构裂缝机理及控制技术李骁春，硕士，高层建筑地下室侧墙温度裂缝机理及控制技术易仁来，硕士，高层建筑转换层温度裂缝控制研究魏敏，硕士，大面积现浇楼盖结构裂缝机理及控制技术硕士论文(1-2)2024/1/2554沈伟，硕士，大体积混凝土基础裂缝施工控制技术及应用李明，硕士，基于无损检测推求混凝土早龄期抗拉强度的方法及其应用吴利华，硕士，矩形渡槽人工模拟环境抗裂性能试验研究徐静伟，硕士，混凝土现浇板早期开裂机理及防裂设计方法研究李杰，硕士，早期及硬化混凝土导温和导热系数试验研究张莉，硕士，施工措施对混凝土温度场影响的试验研究与分析张军，硕士，混凝土墙体早期开裂机理及防裂设计方法研究胡珀，硕士，U型渡槽人工模拟环境抗裂性能试验研究杨榕，硕士，基于改进圆环法评价膨胀剂和聚丙烯纤维对砼早期收缩开裂性能的影响解学娟，硕士，基于改进平板法评价膨胀剂和聚丙烯纤维对砼塑性收缩开裂性能的影响硕士论文(2-2)2024/1/2555专著《大型混凝土渡槽间接作用裂缝控制》