混凝土长梁在温度应力下的抗裂研究

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近些年来,房屋建筑结构越来越复杂化,各种大型混凝土结构如雨后春笋般出现。混凝土长梁往往体积较大,对温度变化有较敏感的影响,在施工期和服役期由于约束的原因可能会产生较大的温度应力,促使混凝土内部出现拉应力。这种拉应力在施工早期一旦超过混凝土自身的抗拉强度,混凝土长梁将产生开裂,严重时这种裂缝将对结构产生重大影响。本文目前针对混凝土梁的温度裂缝的研究进展,然后从温度作用、收缩作用、约束作用以及材料因素四个方面总结了裂缝产生的原因。基于混凝土相关热力学理论,以ABAQUS仿真软件为研究平台,在前人的基础开发了用于仿真计算的HETVAL水化热子程序及UMAT子程序。以实际工程为指导,结合混凝土早期温度应力和温度场理论与ABAQUS有限元分析软件,计算实际工程的温度场和应力场,对实际工程温度监测数据进行对比和验证,验证了数值计算的合理性;利用扩展有限元XFEM技术对裂缝的发展历程进行分析;考虑极端天气下混凝土长梁的温度应力状态,提出相应的养护注意措施;随之对型钢混凝土梁和普通钢筋混凝土梁的温度应力进行了研究探讨。最后根据计算结果针对性地提出了一些混凝土长梁裂缝控制的措施和裂缝修补的方法。研究表明:混凝土浇筑后,在温度作用下和柱、板结构之间的约束下,混凝土长梁会迅速升温,达到温度峰值后由于表面热交换而缓慢降温。混凝土长梁内部中心点温度峰值最高,在升温阶段升温速率也最快;混凝土长梁浇筑后早期若出现了表面裂缝,随着持续温度作用下表面裂缝会发展成贯穿裂缝或者间接造成钢筋材料锈蚀破坏;冬季极冷天气下混凝土长梁的温度差值比正常浇筑的混凝土长梁的温度差值高了23.61%左右,夏季极热天气下混凝土长梁的温度差值比正常浇筑的混凝土长梁的温度差值低了0.26%左右。极端天气下混凝土的浇筑工作要更注重养护措施;型钢混凝土长梁的温度峰值比普通混凝土长梁的温度峰值低了9.53%左右,型钢混凝土的温度应力比普通钢筋混凝土的低了22.86%左右。在型钢混凝土梁中型钢材料相比钢筋材料更为稳定,温度应力小并且分布较均匀。
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