大体积混凝土的温度效应计算理论与整体分析

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发布时间：2021-09-09

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大体积混凝土的温度效应计算理论与整体分析
陈燕
(暨南大学广州510600)
摘要：大体积混凝土的水化热及干缩等非荷栽作用引起的开裂是目前工程中亟待解决的课题，文中简述温度
效应引起的结构裂缝特点以厦目前常用的计算模拟模型等．并利用有限元模拟某大体积工程施工阶段温度应力
场，为设计提供了依据．并在算例的基础上说明有限元法在温度效应计算方面具有广阔的应用前箭．．
关键词：温度应力；裂缝；大体积混凝土；有限元分析
1 概述
}昆凝土结构裂缝是一个相当普遍的质量问题，
近年来已引起许多用户的不满与投诉，特别是随着
超长超大混凝土结构的日益增多，工稃裂缝控制技
术难度进一步增大。大体积混凝土结构--·般采用设
置永久性变形缝、蛇形冷却管降低水化热、使用微膨
胀混凝土等措施，但造价较高且不完全可靠，因此如
何在不增加投资的条件下利用简便易行的常规技术
手段解决混凝土裂缝控制问题，成为目前广大丁程
技术人员努力探讨的课题
2 裂缝的分类及其特点
按照结构引起开裂的主要因素对裂缝形式进行
分类，可划分为荷载裂缝和变形裂缝，前者是因直接
外荷载作用效应导致的裂缝。日前我国规范对该形
式的裂缝问题已有统一的计算验算公式．从本质上
讲它是一种强度裂缝，未考虑变形效；后者是指由
温度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因索引起的裂缝，
它的起因是结构首先要求变形但得不到满足而引起
麻，应力与结构刚度相关而只有当其超过一定数
值才会引起裂缝．然后变形得到完全或部分满世。同
时刚度降低和应力部分释放，某些结构的材料强度
虽然不高，但具有也可适应变肜要求，抗裂性较好
据围内外杳u关调查资料，工程实践中结构物裂
缝属于变形变化(温度、收缩、不均匀沉降)引起的约
占80％以上_J 。尤其是大体积7}I!凝土，养护阶段混凝
土水化热温变化和干缩足开裂的主要原因．南r它
们本质上的一致性，故往往被归为同一类别，fl0作为
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温度裂缝处理，但从理论上讲}昆凝土的自由收缩并
不会引起结构开裂，但由于结构属于超静定体系，多
余约束的存在使得收缩受到限制而引起开裂。这类
温度变形裂缝具有以下特点_I~2]：①开裂具有时间效
应，即有一个累积过程和从量变到质变的过程；②=『f=
裂往往发生在施工养护阶段；③ 裂缝分布具有明显
的规律性。
温度裂缝按其开裂形式可分为贯穿性裂缝和非
贯穿性裂缝两种，前者是由于截面温度的均匀变化
而引起，是工程中需要预防的有害裂缝_3]，而后者则
是由于温度沿构件截面的高度存在梯度，导致构件
产生弯曲裂缝，一般在计算巾不考虑，只需限制内外
表面温差来进行控制，我国《高层建筑混凝土结构技
术规程》规定构件内外表面温差如低于25℃即可不
考虑其影响。
3 计算温度裂缝的依据
目前大体积混凝土温度裂缝的计算依据主要是
材料的力学性能，一般认为达到以下仟何一点就可
能出现裂缝：
(1)从应力的角度看．混凝土中的拉应力超过材
料的抗拉强度而引起开裂；
(2)从变形的角度看．混凝土中的拉伸应变达到
或超过极限抽伸应变而引起开裂。
4 计算温度效应的模型
由于温度裂缝问题涉及施工工艺、材料、环境等
多个方面，温度效应的计算相当复杂，故我国规范也
未对其作计算描述。目前工程界对于超长基础底