论文部分内容阅读
【摘要】在建筑物的施工过程中，一定要把握好大体积混凝土的施工工作，对施工的结构计算进行严格把握，才能够确保建筑物大体积混凝土的施工效果。保证施工更加的科学合理，提升施工整体质量。本文主要论述了建筑物大体积混凝土的计算方法，总结了计算的过程中如何提升计算的水平，保证计算的准确性。
【关键词】建筑物；大体积混凝土；结构计算
建筑物施工的首要环节就是制定施工的方案，而在计算的过程中，结构计算尤为重要，这关乎后期的整体施工，所以，提升建筑物大体积混凝土的结构计算水平是当前工作的重点。
1、规范对少筋混凝土结构的设计规定
建筑物混凝土结构中有很多为大体积混凝土，其对强度要求往往不是很高。在一般水工建筑物中，如闸墩、闸底板、溢流堰、挡土墙、水电站厂房的挡土墙、尾水管、泵站闸室等，在外力作用下，一方面要满足抗滑、抗倾覆的稳定性要求，结构应有足够的自重；另一方面，还应满足强度、抗渗、抗冻和不允许出现裂缝等要求，因此结构的尺寸比较大。若按钢筋混凝土结构设计，常需配置较多的钢筋而造成浪费，若按素混凝土结构设计，则又因计算所需截面较大，需使用大量的混凝土。对于这类结构，如在混凝土中配置少量钢筋，在满足稳定性的要求下，考虑此少量钢筋对结构强度安全方面所起的作用，就能减少混凝土用量，从而达到经济和安全的要求。因此，在大体积的水工建筑物中，采用在混凝土中少量配筋结构，有其特殊意义。
弱筋混凝土结构是指配筋率低于普通钢筋混凝土结构的最小配筋率、介于素混凝土结构和钢筋混凝土结构之间的一种少量配筋的结构，称弱筋混凝土结构，也称为少筋混凝土结构（下同）。这类结构在水利工程设计中是常见的，有时它在某些水工混凝土工程结构中处于制约设计的重要地位。从常理讲，只要允许素混凝土结构的存在，必定会有少筋混凝土结构的应用范围，因为它毕竟是素混凝土和钢筋混凝土结构之间的中介产物。
对少筋混凝土结构的设计规定体现在最小配筋率规定上，《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）有关最小配筋率的规定如下：
1.1 钢筋混凝土构件纵向受力钢筋最小配筋率
一般钢筋混凝土构件的受力钢筋的配筋率不应小于规范中规定的数值。温度、收缩等因素对结构产生的影响较大时，最小配筋率应适当增大。
1.2 大尺寸底板和墩墙的纵向受力钢筋最小配筋率
截面尺寸较大的底板和墩墙一类结构，其最小配筋率可由钢筋混凝土构件纵向受力钢筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面极限内力值与截面极限承载力之比得出。即：
（1）
1.3 特大截面的最小配筋用量
对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件，规范9.5.3规定：如经论证，其纵向受拉钢筋可不受最小配筋率的限制，钢筋截面面积按承载力计算确定，但钢筋截面面积不得小于2500mm2/m。
规范对最小配筋率作了3个层次的规定，即對一般尺寸的梁、柱构件必须遵循规范表9.5.1的规定；对于截面厚度较大的板、墙类结构，则可按规范9.5.2-9.5.2.2计算最小配筋率；对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件则可按规范9.5.3处理。设计时可根据具体情况分别对待。
为慎重计，目前仅建议对卧置于地基上的底板的墩墙可采用变化的最小配筋率，对于其他结构，则仍建议采用规范中的基本最小配筋率计算，以避免因配筋过少，万一发生裂缝就无法抑制的情况。
经验算，按所建议的变化的最小配筋率配筋，其最大裂缝宽度基本上在容许范围内。对于处于恶劣环境的结构，为控制裂缝不过宽，宜将受拉钢筋最小配筋率提高0.05%。大体积构件的受压钢筋按计算不需配筋时，则可仅配构造钢筋。
2、混凝土绝热温升和水化热模型
温度应力是造成大体积混凝土表面开裂的主要原因之一。控制大体积混凝土内部温升速度和温度梯度，进而减小温度应力，对于控制混凝土的开裂是十分必要的。混凝土内部温度场的变化发展，是混凝土材料的热学性能、结构的几何形状和尺寸、周围环境等多个因素相互作用的结果。
温度场的计算，是基于三维瞬态热传导方程：
（2）
式中 λ———导热系数，kJ/（m·h·℃）；
c———比热，kJ/（kg·℃）；
t———时间，h；
ρ———密度，kg/m3；
θ———混凝土的绝热温升，kJ/kg。
式（2）中，表示混凝土的绝热温升速率。混凝土的绝热温升和水泥的水化热有关。测定混凝土的绝热温升有两种方法，一种是用绝热温升设备直接测定，另一种是间接法，根据水泥最终水化热和水化过程曲线来计算混凝土的绝热温升。相比之下，直接法比较准确，应尽量进行混凝土的绝热温升试验。
2.1混凝土温升的水化热模型
混凝土内部各点的水化放热量不仅依赖于龄期，而且也受到温度的影响。大体积混凝土中心部位水化快、升温高、放热快，而边缘部位由于散热的影响，升温慢，水化速度相对也较慢。因此，在同一龄期，大体积混凝土内部各点的放热速率是不同的。为了真实模拟内部放热速率，需要考虑温度的影响。
结语：
综上所述，从当前的建筑物大体积混凝土结构计算来看，我们要将计算的重点做好，把握好计算的关键环节和重点结构，才能够提升建筑物大体积混凝土的结构计算效果。
参考文献：
[1]王建，刘爱龙.ABAQUS在大体积混凝土徐变温度应力计算中的应用[J].河海大学学报（自然科学版），2016，04：532-537.
[2]王新刚，高洪生，闻宝联.ANSYS计算大体积混凝土温度场的关键技术[J].中国港湾建设，2016，01：41-44.
[3]司政，李守义，陈培培，等.基于ANSYS的大体积混凝土温度场计算程序开发[J].长江科学院院报，2016，09：53-56.
[4]张超，段寅，刘杏红等.基于并层单元的大体积混凝土水管冷却温度场热-流耦合精细计算[J].工程力学，2016，12：147-154.
[5]董仲飞，刘曼茹，宣虹，等.高层建筑基础大体积混凝土底板温度计算的研究及应用[J].混凝土，2016，05：67-71+74.
【关键词】建筑物；大体积混凝土；结构计算
建筑物施工的首要环节就是制定施工的方案，而在计算的过程中，结构计算尤为重要，这关乎后期的整体施工，所以，提升建筑物大体积混凝土的结构计算水平是当前工作的重点。
1、规范对少筋混凝土结构的设计规定
建筑物混凝土结构中有很多为大体积混凝土，其对强度要求往往不是很高。在一般水工建筑物中，如闸墩、闸底板、溢流堰、挡土墙、水电站厂房的挡土墙、尾水管、泵站闸室等，在外力作用下，一方面要满足抗滑、抗倾覆的稳定性要求，结构应有足够的自重；另一方面，还应满足强度、抗渗、抗冻和不允许出现裂缝等要求，因此结构的尺寸比较大。若按钢筋混凝土结构设计，常需配置较多的钢筋而造成浪费，若按素混凝土结构设计，则又因计算所需截面较大，需使用大量的混凝土。对于这类结构，如在混凝土中配置少量钢筋，在满足稳定性的要求下，考虑此少量钢筋对结构强度安全方面所起的作用，就能减少混凝土用量，从而达到经济和安全的要求。因此，在大体积的水工建筑物中，采用在混凝土中少量配筋结构，有其特殊意义。
弱筋混凝土结构是指配筋率低于普通钢筋混凝土结构的最小配筋率、介于素混凝土结构和钢筋混凝土结构之间的一种少量配筋的结构，称弱筋混凝土结构，也称为少筋混凝土结构（下同）。这类结构在水利工程设计中是常见的，有时它在某些水工混凝土工程结构中处于制约设计的重要地位。从常理讲，只要允许素混凝土结构的存在，必定会有少筋混凝土结构的应用范围，因为它毕竟是素混凝土和钢筋混凝土结构之间的中介产物。
对少筋混凝土结构的设计规定体现在最小配筋率规定上，《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）有关最小配筋率的规定如下：
1.1 钢筋混凝土构件纵向受力钢筋最小配筋率
一般钢筋混凝土构件的受力钢筋的配筋率不应小于规范中规定的数值。温度、收缩等因素对结构产生的影响较大时，最小配筋率应适当增大。
1.2 大尺寸底板和墩墙的纵向受力钢筋最小配筋率
截面尺寸较大的底板和墩墙一类结构，其最小配筋率可由钢筋混凝土构件纵向受力钢筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面极限内力值与截面极限承载力之比得出。即：
（1）
1.3 特大截面的最小配筋用量
对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件，规范9.5.3规定：如经论证，其纵向受拉钢筋可不受最小配筋率的限制，钢筋截面面积按承载力计算确定，但钢筋截面面积不得小于2500mm2/m。
规范对最小配筋率作了3个层次的规定，即對一般尺寸的梁、柱构件必须遵循规范表9.5.1的规定；对于截面厚度较大的板、墙类结构，则可按规范9.5.2-9.5.2.2计算最小配筋率；对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件则可按规范9.5.3处理。设计时可根据具体情况分别对待。
为慎重计，目前仅建议对卧置于地基上的底板的墩墙可采用变化的最小配筋率，对于其他结构，则仍建议采用规范中的基本最小配筋率计算，以避免因配筋过少，万一发生裂缝就无法抑制的情况。
经验算，按所建议的变化的最小配筋率配筋，其最大裂缝宽度基本上在容许范围内。对于处于恶劣环境的结构，为控制裂缝不过宽，宜将受拉钢筋最小配筋率提高0.05%。大体积构件的受压钢筋按计算不需配筋时，则可仅配构造钢筋。
2、混凝土绝热温升和水化热模型
温度应力是造成大体积混凝土表面开裂的主要原因之一。控制大体积混凝土内部温升速度和温度梯度，进而减小温度应力，对于控制混凝土的开裂是十分必要的。混凝土内部温度场的变化发展，是混凝土材料的热学性能、结构的几何形状和尺寸、周围环境等多个因素相互作用的结果。
温度场的计算，是基于三维瞬态热传导方程：
（2）
式中 λ———导热系数，kJ/（m·h·℃）；
c———比热，kJ/（kg·℃）；
t———时间，h；
ρ———密度，kg/m3；
θ———混凝土的绝热温升，kJ/kg。
式（2）中，表示混凝土的绝热温升速率。混凝土的绝热温升和水泥的水化热有关。测定混凝土的绝热温升有两种方法，一种是用绝热温升设备直接测定，另一种是间接法，根据水泥最终水化热和水化过程曲线来计算混凝土的绝热温升。相比之下，直接法比较准确，应尽量进行混凝土的绝热温升试验。
2.1混凝土温升的水化热模型
混凝土内部各点的水化放热量不仅依赖于龄期，而且也受到温度的影响。大体积混凝土中心部位水化快、升温高、放热快，而边缘部位由于散热的影响，升温慢，水化速度相对也较慢。因此，在同一龄期，大体积混凝土内部各点的放热速率是不同的。为了真实模拟内部放热速率，需要考虑温度的影响。
结语：
综上所述，从当前的建筑物大体积混凝土结构计算来看，我们要将计算的重点做好，把握好计算的关键环节和重点结构，才能够提升建筑物大体积混凝土的结构计算效果。
参考文献：
[1]王建，刘爱龙.ABAQUS在大体积混凝土徐变温度应力计算中的应用[J].河海大学学报（自然科学版），2016，04：532-537.
[2]王新刚，高洪生，闻宝联.ANSYS计算大体积混凝土温度场的关键技术[J].中国港湾建设，2016，01：41-44.
[3]司政，李守义，陈培培，等.基于ANSYS的大体积混凝土温度场计算程序开发[J].长江科学院院报，2016，09：53-56.
[4]张超，段寅，刘杏红等.基于并层单元的大体积混凝土水管冷却温度场热-流耦合精细计算[J].工程力学，2016，12：147-154.
[5]董仲飞，刘曼茹，宣虹，等.高层建筑基础大体积混凝土底板温度计算的研究及应用[J].混凝土，2016，05：67-71+74.