2 溫度應力的分析
根據溫度應力的形成過(guò)程可分為以下三個(gè)階段:
(1)早期:自澆筑混凝土開(kāi)始至水泥放熱基本結束,一般約30天。這個(gè)階段的兩個(gè)特征,一是水泥放出大量的水化熱,二是混凝上彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化,這一時(shí)期在混凝土內形成殘余應力。
(2)中期:自水泥放熱作用基本結束時(shí)起至混凝土冷卻到穩定溫度時(shí)止,這個(gè)時(shí)期中,溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起,這些應力與早期形成的殘余應力相疊加,在此期間混凝上的彈性模量變化不大。
(3)晚期:混凝土完全冷卻以后的運轉時(shí)期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起,這些應力與前兩種的殘余應力相迭加。
根據溫度應力引起的原因可分為兩類(lèi):
(1)自生應力:邊界上沒(méi)有任何約束或完全靜止的結構,如果內部溫度是非線(xiàn)性分布的,由于結構本身互相約束而出現的溫度應力。例如,橋梁墩身,結構尺寸相對較大,混凝土冷卻時(shí)表面溫度低,內部溫度高,在表面出現拉應力,在中間出現壓應力。
(2)約束應力:結構的全部或部分邊界受到外界的約束,不能自由變形而引起的應力。如箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。
這兩種溫度應力往往和混凝土的干縮所引起的應力共同作用。
要想根據已知的溫度準確分析出溫度應力的分布、大小是一項比較復雜的工作。
在大多數情況下,需要依靠模型試驗或數值計算;炷恋男熳兪箿囟葢τ邢喈敶蟮乃神Y,計算溫度應力時(shí),必須考慮徐變的影響,具體計算這里就不再細述。
3 溫度的控制和防止裂縫的措施
為了防止裂縫,減輕溫度應力可以從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面著(zhù)手。
控制溫度的措施如下:
(1)采用改善骨料級配,用干硬性混凝土,摻混合料,加引氣劑或塑化劑等
措施以減少混凝土中的水泥用量;
(2)拌合混凝土時(shí)加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;
(3)熱天澆筑混凝土時(shí)減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱;
(4)在混凝土中埋設水管,通入冷水降溫;
(5)規定合理的拆模時(shí)間,氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫,以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度;
(6)施工中長(cháng)期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構,在寒冷季節采取保溫措施;
改善約束條件的措施是:
(1)合理地分縫分塊;
(2)避免基礎過(guò)大起伏;
(3)合理的安排施工工序,避免過(guò)大的高差和側面長(cháng)期暴露;
此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強養護,防止表面干縮,特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫是十分重要,應特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫,出現后要恢復其結構的整體性是十分困難的,因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。
在混凝土的施工中,為了提高模板的周轉率,往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當混凝土溫度高于氣溫時(shí)應適當考慮拆模時(shí)間,以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模,在表面引起很大的拉應力,出現“溫度沖擊”現象。
在混凝土澆筑初期,由于水化熱的散發(fā),表面引起相當大的拉應力,此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高,此時(shí)拆除模板,表面溫度驟降,必然引起溫度梯度,從而在表面附加一拉應力,與水化熱應力迭加,再加上混凝土干縮,表面的拉應力達到很大的數值,就有導致裂縫的危險,但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料,如泡沫海棉等,對于防止混凝土表面產(chǎn)生過(guò)大的拉應力,具有顯著(zhù)的效果。
加筋對大體積混凝土的溫度應力影響很小,因為大體積混凝土的含筋率極低。
只是對一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應力低于屈服極限的條件下,鋼的各項性能是穩定的,而與應力狀態(tài)、時(shí)間及溫度無(wú)關(guān)。鋼的線(xiàn)脹系數與混凝土線(xiàn)脹系數相差很小,在溫度變化時(shí)兩者間只發(fā)生很小的內應力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7~15倍,當內混凝土應力達到抗拉強度而開(kāi)裂時(shí),鋼筋的應力將不超過(guò)100~200kg/cm2..因此,在混凝土中想要利用鋼筋來(lái)防止細小裂縫的出現很困難。但加筋后結構內的裂縫一般就變得數目多、間距小、寬度與深度較小了。而且如果鋼筋的直徑細而間距密時(shí),對提高混凝土抗裂性的效果較好;炷梁弯摻罨炷两Y構的表面常常會(huì )發(fā)生細而淺的裂縫,其中大多數屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺,但它對結構的強度和耐久性仍有一定的影響。