环境温度对超长混凝土底板温度应力影响的规律研究

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随着施工技术的不断发展,超长混凝土底板在工程中的应用越来越广泛,如何防止底板因温度应力超过混凝土抗拉强度而产生温度裂缝成为亟需解决的问题。温度应力的大小与结构的温差有关,只有确定了结构的温差才能准确计算结构的温度应力。结构温差由水化热温差、收缩当量温差和环境温差构成,前两种温差都有较为成熟的计算方法,但是对于环境温差即结构受环境温度变化影响的研究是非常匮乏的。然而在实际工程中发现,超长混凝土底板在施工阶段就可能会出现温度裂缝,这说明环境温度的变化对底板温度应力有不可忽视的影响。因此本文通过试验和数值模拟对超长混凝土底板温度应力受环境温度影响的规律进行了研究,主要研究工作如下:(1)以往在计算温度应力时,工程人员通常将室外环境温度变化做为底板温差进行温度应力的计算,这样不免过高估算了底板的温度应力。因为底板温差与室外温差是不相等的,直接影响底板温度变化的是地下室室内温度,地下室室内温度又受室外温度的影响。本文通过试验发现,室外温度对室内温度的影响与地下室的施工工况有关,例如当地下室顶板浇筑后室内温度受室外温度的影响变小。因此对32项工程的地下室工况时间进行调研统计,得到了相应的工况时间取值,包括不同面积地下室封闭时间和地下室外墙回填土时间等。并结合试验测温数据得到了在不同工况下地下室室内温度和室外温度的关系,为利用数值模拟软件分析预测底板温度变化奠定了基础。通过8个不同厚度底板的测温试验,对底板结构温度、地下室内温度、室外环境温度的相互关系进行研究,并提出了相应的温差比取值表。对底板结构温度的变化规律进行研究,得到不同条件(构件尺寸、施工方法、工况、浇筑季节)对底板温度变化的影响。(2)总结多个工程混凝土底板的配合比,通过对比分析提出基准配合比,并利用有限元软件ANSYS对底板温度进行模拟分析,得到在试验温度的条件下不同厚度底板的温度变化曲线。由于室外环境温度是不断变化的,所以在实际施工过程中预测底板温度变化比较困难,本文依据不同工况下室内温度和室外温度的关系,并结合地下结构工况的时间取值,提出了基于气象温度和工况的超长混凝土底板温度模拟方法,并通过某实例验证了此方法的正确性,应用此方法可以准确预测在施工阶段底板的温度变化。(3)根据试验和数值模拟数据,总结超长混凝土底板的温差构成情况,并计算底板的温度应力变化曲线,得到环境温度对底板温度应力的影响规律。依据最不利浇筑季节的温度应力提出不同约束条件下超长混凝土底板的合理分区长度。本文针对受环境温度影响的超长混凝土底板温度应力的变化规律进行了分析研究,并提出了减小底板结构温差、控制温度应力的相关技术措施,对超长混凝土底板施工具有重要的指导意义。
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