超长混凝土结构无缝设计关键技术研究及应用

摘要

随着城市建设的发展，出现了越来越多的超长混凝土结构，为了避免设置伸缩缝带来的诸多不利影响，这类结构大多采用了不设伸缩缝的设计方案。因此，控制超长混凝土结构由于温差和混凝土收缩作用引起的裂缝就成为一个亟待解决的问题。本文以上海烟草集团有限责任公司浦东科技创新园超长混凝土结构项目为依托，从材料、构件、结构三层次探讨了补偿收缩混凝土及膨胀加强带在超长混凝土结构无缝设计中的应用，并将取得的研究成果应用于该工程中，取得了良好的效果。论文的主要工作包括以下几个方面:
　　(1)阐述了补偿收缩混凝土应用于超长混凝土结构的优势及其工作机理;结合温差与混凝土收缩作用下，超长混凝土结构的实用计算方法，得出适用于补偿收缩混凝土的裂缝间距计算公式;对温差作用下的地下室底板进行有限元参数分析，研究底板长度、厚度及地基水平阻力系数对应力分布的影响;特别讨论了桩基对地下室底板的附加约束效应，修正了地基水平阻力系数。
　　(2)基于实际工程设计要求，对纤维补偿收缩混凝土进行材料层次试验研究。通过混凝土坍落度试验、限制膨胀率试验以及抗压强度试验，研究了膨胀剂掺量对三种强度等级(C30、C40、C45)补偿收缩混凝土的坍落度、各龄期限制膨胀率及抗压强度的影响;通过早期抗裂性能试验，得出了纤维品种（聚丙烯纤维、国产PVA纤维、纤维素纤维）及纤维掺量(0.6kg/m3、0.9kg/m3)对补偿收缩混凝土早期抗裂性能的影响。通过对试验结果的分析，确定了各强度等级纤维补偿收缩混凝土的配合比。
　　(3)纤维补偿收缩混凝土及膨胀加强带在超长混凝土结构中的应用效果是工程设计人员最为关心的问题。为避免其它条件的影响，进行了现场条件下的混凝土构件模型试验。共设计了5个试件，包含1个无约束的不掺膨胀剂的纤维混凝土试件和膨胀剂掺量不同的两组纤维补偿收缩混凝土试件，每组包括有约束和无约束两个试件，对各试件进行了为期4个月的应变监测。采用按龄期调整的有效模量法考虑徐变效应，对设置加强带的有约束试件进行有限元分析，模拟了试件的应力应变发展，并与实测应变值进行了对比。
　　(4)将补偿收缩混凝土及膨胀加强带应用于实际超长结构中，施工时采用连续式膨胀加强带、后浇式膨胀加强带及后浇带相结合的方式，节省了施工工期。选取了地下室底板某区域进行了早期应变监测，监测结果表明，由于补偿收缩混凝土的作用，混凝土早期即建立了一定的预压应力，避免了混凝土的早期开裂，浇筑完成22个月后，地下室底板并未观测到裂缝，证明了采用纤维补偿收缩混凝土结合膨胀加强带的设计方法具有良好的抗裂效果;结合有限元分析模拟了底板监测区应力应变状况，并与实测应变值进行了对比;研究加强带宽度及限制膨胀率对底板应力分布的影响并提出相关设计建议;针对补偿收缩混凝土特性，给出了其在工程应用中的技术要点。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出

1．2 超长混凝土结构无缝设计应用现状

1．3 国内外研究现状

1．3．1 混凝土材料研究

1．3．2 超长混凝土结构温度与收缩应力的研究

1．3．3 混凝土徐变效应的研究

1．3．4 膨胀加强带的研究

1．4 本文主要内容

1．4．1 课题研究背景

1．4．2 主要研究内容

参考文献

第二章 超长混凝土结构无缝抗裂设计基本理论

2．1 补偿收缩混凝土基础理论

2．1．1 补偿收缩混凝土抗裂原理

2．1．2 补偿收缩混凝土结构自防水原理

2．1．3 补偿收缩混凝土无缝设计施工原理与方法

2．2 温度收缩作用实用计算理论

2．2．1 钢筋混凝土的极限拉伸

2．2．2 钢筋混凝土等效温差计算

2．2．3 长墙及地基板的温度收缩应力

2．2．4 补偿收缩混凝土裂缝间距计算

2．3 温差作用下地下室底板有限元分析

2．3．1 参数分析方案

2．3．2 有限元分析结果与理论值对比

2．3．3 参数分析结果

2．4 桩基对结构的附加约束

2．4．1 单桩约束度计算

2．4．2 低承台桩的承台作用

2．4．3 桩基对结构的附加约束计算

本章小结

参考文献

第三章 纤维补偿收缩混凝土配合比试验研究

3．1 试验原材料及配比

3．1．1 试验原材料

3．1．2 试验配合比

3．2 坍落度试验

3．3 限制膨胀率试验

3．3．1 限制膨胀率试验方法

3．3．2 基准试验

3．3．3 验证试验

3．3．4 对比试验

3．4 立方体抗压强度试验

3．5 早期抗裂性能试验

3．5．1 混凝土早期抗裂性能试验方法

3．5．2 纤维品种对补偿收缩混凝土早期抗裂性能的影响

3．5．3 纤维掺量对补偿收缩混凝土早期抗裂性能的影响

本章小结

参考文献

第四章 模型试验研究与分析

4．1 温度收缩作用机理

4．1．1 一般构件的温度收缩应力

4．1．2 膨胀加强带对结构变形的影响

4．2 现场模型试验

4．2．1 试验方案设计

4．2．2 试验数据监测结果及分析

4．2．3 实测自由收缩值与理论值对比

4．3 温度收缩应力的徐变解

4．3．1 线性徐变力学问题的两个定理

4．3．2 徐变效应分析方法

4．4 有限元仿真分析

4．4．1 有限元模型基本信息

4．4．2 有限元模拟结果及分析

本章小结

参考文献

第五章 超长地下室底板结构现场监测与分析

5．1 现场监测概况

5．1．1 工程概况

5．1．2 膨胀加强带设计

5．1．3 传感器布置

5．2 监测结果及分析

5．3 有限元仿真分析

5．3．1 有限元分析概述

5．3．2 设置后浇带的混凝土结构温度收缩应力计算

5．3．3 有限元模型参数

5．3．4 有限元模拟结果及分析

5．3．5 有限元模拟结果与实测值对比

5．3．6 连续式膨胀加强带宽度及限制膨胀率的影响

5．4 补偿收缩混凝土工程应用技术要点

5．4．1 膨胀加强带的设置

5．4．2 补偿收缩混凝土的配筋

5．4．3 施工与养护

本章小结

参考文献

6．1 全文总结

6．2 展望

作者攻读硕士学位期间论文发表情况

致谢