施工期钢筋混凝土构件约束收缩变形性能研究

摘要

现浇混凝土结构施工期间普遍存在早期变形裂缝问题，一直未能得到有效解决。国内外主要侧重于研究素混凝土材料的自由收缩变形性能，然而实际工程中的混凝土是以配筋构件的形式，处于受钢筋、模板、相邻构件约束的作用下，其收缩变形性能与自由收缩相比有较大差异。由于施工期混凝土力学、变形性能及约束程度均具有时效特性，钢筋混凝土构件中早期约束应力的理论计算不易实现。开展施工期钢筋混凝土构件约束收缩变形性能的研究，实现早期约束应力的计算有助于为早期开裂的准确预测与裂缝的有效控制提供理论支撑，有助于为现浇混凝土结构早期裂缝综合防治提供理论基础。
　　 论文在总结国内外早龄期混凝土性能、施工期混凝土结构特性研究成果的基础上，以单一方向变形起主导作用的钢筋混凝土构件为研究对象，依托重庆大学图文信息中心等实际工程，采用现场调研、资料收集整理、理论分析、室内和现场试验等研究方法，系统地开展施工期钢筋混凝土构件约束收缩变形性能的研究，并在此基础上，立足于施工现场，对钢筋混凝土墙板类构件早期裂缝综合控制措施进行应用研究。论文的研究工作及主要成果如下：
　　 ①根据混凝土构件施工早期单一方向主导的开裂模式，提出钢筋-混凝土-周边约束(模板、相邻构件)组合体系，分别建立端部约束、周边连续约束下钢筋混凝土构件的力学模型，分析收缩、温度变形耦合作用下的混凝土构件约束变形性能，建立包含钢筋作用的混凝土约束应力计算方程。定量研究了钢筋约束、周边约束对混凝土早期应力的影响。基于增量迭代理论，建立了混凝土徐变效应下应力-应变时程关系。
　　 ②改进自由收缩试验模具，选取工程实用配合比，模拟接近实际构件不完全约束情况下的变形受力状况，研究不同配筋混凝土构件在标准状态下早期约束收缩性能。详细测量了浇筑至28天时段内混凝土约束收缩性能，获得了纵向钢筋约束条件下混凝土早期(特别是浇筑后3天时段)收缩变形的变化规律，明确了钢筋对混凝土早期收缩的约束效应，并分析了配合比参数、配筋特征等因素对混凝土早期约束收缩性能的影响，建立了约束度与配筋之间的定量关系。
　　 ③基于国内外混凝土性能估算模式，研究了早期混凝土力学性能的时变规律，开展混凝土早期力学性能预测。通过分析早期混凝土自由收缩发展速率，提出混凝土早期自由收缩估算建议公式。根据素混凝土和配筋混凝土的对比收缩试验结果，提出配筋混凝土早期约束收缩估算建议公式。建立混凝土在收缩拉应力作用下早期徐变系数计算公式，利用增量迭代算法，实现对钢筋约束条件下混凝土的自生拉应力和早期受拉徐变的量化计算。
　　 ④选取实际工程典型单向收缩构件，进行施工期混凝土构件早期约束收缩性能的原位试验研究。通过试验获得了浇筑初期至28天混凝土内部温度、钢筋与混凝土应力应变全时程发展曲线，得到混凝土实体构件在早期收缩作用下应力发展及变形分布特征演化规律。结合周边连续约束组合体系在混凝土收缩、温度变形耦合作用下的力学分析模型，分析了模板、相邻构件约束对混凝土早期收缩应力的影响，初步确定了模板与混凝土的水平阻力系数。通过混凝土及钢筋应变的理论计算值与实测值的对比，验证了连续约束作用下钢筋混凝土构件力学分析模型、约束应力理论计算方程的合理性。
　　 ⑤结合工程实践，根据原位试验相关研究成果，建立施工期混凝土结构早期裂缝综合防治的总体思路。提出早期防裂重点控制时段，定量评价拆模、洒水养护等对混凝土构件应力应变的影响，提出混凝土结构早期防裂的施工措施及相关建议。

目录

文摘

英文文摘

1 绪 论

1.1 研究背景

1.1.1 工程结构裂缝

1.1.2 早期裂缝

1.1.3 施工期早期裂缝问题现状

1.2 研究目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 自由变形及抗裂性能研究

1.3.2 约束变形性能研究

1.3.3 工程防裂应用研究

1.4 施工期裂缝防治难点及研究不足之处

1.5 本文的研究内容及研究思路

1.5.1 研究内容

1.5.2 研究思路

2 钢筋混凝土构件约束收缩受力性能分析

2.1 混凝土收缩类型

2.2 混凝土早期收缩与约束

2.2.1 混凝土早期收缩

2.2.2 约束

2.2.3 约束度

2.2.4 约束模量

2.3 端部约束下钢筋混凝土构件收缩受力性能分析

2.3.1 端部约束下收缩力学模型

2.3.2 钢筋及端部外约束影响分析

2.3.3 收缩与当量温差的关系

2.4 周边连续约束下钢筋混凝土构件收缩受力性能分析

2.4.1 周边连续约束下收缩力学模型

2.4.2 钢筋及周边连续约束影响分析

2.5 徐变效应下钢筋混凝土早期收缩应力

2.5.1 徐变作用与早期应力应变

2.5.3 混凝土早期变形

2.5.4 应力应变增量关系

2.5.5 徐变效应下应力计算

2.5.6 早期收缩应力计算探讨

2.6 本章小结

3 配筋混凝土早期约束收缩性能试验研究

3.1 混凝土早期收缩试验方法

3.1.1 混凝土早期自由收缩试验方法

3.1.2 混凝土早期约束收缩试验方法

3.1.3 本文混凝土早期约束收缩试验思路

3.2 配筋混凝土早期约束收缩试验

3.2.1 试验方案

3.2.2 试件制作

3.2.3 收缩量测

3.3 早期约束收缩性能试验结果及分析

3.3.1 基础试验

3.3.2 自由收缩试验

3.3.37天约束收缩试验

3.3.428天约束收缩试验

3.4 约束度分析

3.4.1 约束度曲线

3.4.2 约束度发展规律

3.4.3 约束度与配筋率的关系

3.5 配筋对早期收缩性能的影响

3.5.1 不同配筋率情况下混凝土收缩变形

3.5.2 配筋特征影响分析

3.5.3 配筋混凝土时域收缩公式

3.6 本章小结

4 配筋混凝土早期性能估算模式研究

4.1 混凝土早期力学性能估算

4.1.1 早期抗压强度

4.1.2 早期抗拉强度

4.1.3 早期弹性模量

4.1.4 徐变

4.1.5 与已有模式估算值的对比分析

4.2 混凝土收缩估算

4.2.1 自由收缩

4.2.2 配筋收缩

4.3 混凝土早期自由收缩估算建议公式

4.3.1 自由收缩回归公式

4.3.2 关于自由收缩建议公式的讨论

4.3.3 自由收缩估算建议公式的提出

4.4 混凝土早期受拉徐变

4.4.1 理论求解

4.4.2 试验分析结果

4.5 配筋混凝土约束收缩估算建议公式

4.5.1 与已有模式估算值的对比分析

4.5.2 配筋混凝土约束收缩建议公式

4.5.3 关于设计配筋的讨论

4.6 本章小结

5 施工期钢筋混凝土薄板早期约束收缩性能研究.

5.1 原位试验方案

5.1.1 试验思路

5.1.2 测试内容

5.1.3 测试元件

5.1.4 测点布置

5.1.5 测试周期

5.2 早期约束收缩性能原位试验

5.2.1 测试元件安装

5.2.2 现场试验概况

5.3 早期约束收缩性能原位试验结果及分析

5.3.1 基础试验数据

5.3.2 内部温度

5.3.3 混凝土应变

5.3.4 钢筋应变

5.4 施工期外约束对混凝土构件收缩受力影响分析

5.4.1 分析模型

5.4.2 模板水平阻力系数

5.4.3 拆模前后收缩应力对比分析

5.5 本章小结

6 钢筋混凝土墙板构件早期防裂控制措施应用研究

6.1 墙板构件早期裂缝的综合防治

6.1.1 综合控制的总体思路

6.1.2 全过程的主动性控制

6.2 某工程剪力墙早期开裂事故

6.2.1 工程情况

6.2.2 裂缝特点

6.2.3 早期裂缝成因分析

6.2.4 讨论

6.3 墙板构件早期防裂综合控制措施

6.3.1 早期防裂重点时段

6.3.2 混凝土质量控制

6.3.3 减小约束的方式

6.3.4 动态养护

6.4 早期防裂措施工程应用实践

6.4.1 工程情况

6.4.2 主要早期防裂措施

6.4.3 实施及效果

6.5 本章小结

7 结论及展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附 录

A.作者在攻读博士学位期间发表的论著、主要科研成果

B.工程实践科技成果鉴定报告