水化热产生的偏心力对钢筋混凝土结构裂缝宽度的影响.docx

水化热产生的偏心力对钢筋混凝土结构裂缝宽度的影响论文导读：结构内外温差变大，结构内部受热膨胀导致结构边缘开始出现裂缝，这种现象尤其出现在截面面积较大的情况，例如三峡大坝、葛洲坝的砼浇筑过程，这种现象属重点考虑范畴。根据德国目前普遍认可几种计算方法，例如：DIN1045-1,WU-Richtlinie，RibreitenbechrnkungnachDIN1045GnterMeyerundRalfMeyer.意图表的形式通过比较分析，让大家能够从宏观上，对德国及欧标关于水化热引起的裂缝的研究有一个深刻的认识，从而寻找一种安全、简单、经济的配筋方法。关键词：水化热，裂缝，钢筋，偏心力众所周知裂缝在钢筋砼结构中是不可避免的。砼必须同时满足承载力极限状态，正常使用极限状态的要求。引起裂缝的原因很多，主要是砼受到的拉力超过了砼的极限抗拉强度，而这些拉力大致可分为内因和外因两种。外因指结构受到的外力，比如恒荷载、活荷载。内因主要指砼硬化过程中内部受热膨胀对结构边缘引起的拉力等。由于水化热在砼内部聚集，不能很快的被释放出去。结构内外温差变大，结构内部受热膨胀导致结构边缘开始出现裂缝，这种现象尤其出现在截面面积较大的情况，例如三峡大坝、葛洲坝的砼浇筑过程，这种现象属重点考虑范畴。本文我们将重点分析国外对水化热作用引起的裂缝的研究方向。重点以德国规范为基础，对比各种不同计算模型之间的差异。水化热产生拉力主要有轴心力和偏心力两种。这里我们将重点分析水化热引起的偏心力对裂缝的影响。我们首先介绍一下影响裂缝的一些主要因素。一是水泥，水泥是砼的重要组成部分，水化热主要是水泥与水作用，在凝结硬化过程中释放出来的。论文参考网。由于水化热是集中在砼硬化初期（35天），这时砼内部的拉应力已经得到最大值。而砼的抗拉强度还没有达到最大值。二是应力在砼截面上的分配。水化热产生的拉力和砼的强度随着时间的推移，同时向前发展，如果拉应力的增长过快，在某一个时间点超过了砼的抗拉强度，才会引起裂缝的产生。三是砼结构本身不可避免的会出现些变形，这些变形因为结构本身的原因会受到一定的限制，从而在构件上额外的产生了一个拉力，这种拉力则会加速砼结构裂缝的产生。四是不同应力的共同作用。砼截面上的受力是多种力叠加的结果（拉力+弯矩+结构自重）。还有影响裂缝宽度另一个主要因素是钢筋。裂缝的出现是因为钢筋的应变大于砼的应变：裂缝宽度（wk）最大裂缝间距（Sr,ma某）某（钢筋的应变（m）砼的应变（cm）在裂缝的形成过程中包括两个不同的阶段。一是结构开始出现第一个主裂缝的的阶段（FcrF），在这个阶段砼的开裂荷载大于钢筋受到的拉力，配筋计算公式（a）（推导过程略）。二是结构形成多个均匀裂缝的阶段（FcrF），在这个阶段砼的开裂荷载大于钢筋受到的拉力（配筋计算公式b）。如图所示：两个阶段的区别在于由（a）到（b）结构的受力状（a）；（b）态发生了改变。下面我们将针对具有实际意义的（b）状态进行重点剖析。根据德国目前普遍认可几种计算方法，例如：DIN1045-1,WU-Richtlinie，RibreitenbechrnkungnachDIN1045GnterMeyerundRalfMeyer.意图表的形式通过比较分析，让大家能够从宏观上，对德国及欧标关于水化热引起的裂缝的研究有一个深刻的认识，从而寻找一种安全、简单、经济的配筋方法。这里将不再重复具体的公式推到，而是把重点放在图表分析上。论文参考网。由于影响裂缝宽度的因素很多，我们将对其中最主要的砼有效受拉区高(nomC)、钢筋直径(d)、最大容许裂缝宽度(Wk)、截面高度(h)、以及应力分配系数k进行分析。根据DIN1045-1如图1、2所示.我们可以清楚地看出，在没有任何外力作用下，随着构件截面高度的增加，构件本身也需要相对多的配筋，来满足构件对裂缝宽度的要求。同时，我们还可以看到，在截面高度不变的情况下，随着钢筋直径的增加，结构需要配置更多的钢筋来满足构造要求。因为钢筋直径越大，相应的产生的应变也就越大。而选择相对较小直径的钢筋，不但减少了钢筋用量，还可以达到更好的效果。另外，通过图1、2的比较我们还可以看到，由于结构的有效受拉区高度nomC的不同，对结构的配筋有着巨大的影响。对于nomC的取值，根据受力不同（水化热引起的轴心力和偏心力）长期以来一直有着两种不同的观点。一种观点认为，nomC应该取2.5d1如图所示。另一种观点认为，nomC2.55d1.对于水化热引起的偏心力取h/4。这里需要强调的是，图1、图2是在混凝土凝结硬化初期（35天），应力分配系数k在截面高度h30cm80cm采用传统的线性内插法的前提下得到的。但是k值才用线性内插有一定的缺陷，这种取值方法使论理配筋与实践有一定的误差，而且配筋随截面高度的变化不是均匀的，而是在h80cm时出现了一个突变（如图1、2）。为了解决这一问题，Meyer教授（世界著名的混凝土结构专家）将k值做了一些调整，即h在30cm100cm之间时，k不再采用线性内插法，而是如图所示采用抛物线（虚线）。这种取值方法有效的改善了传统取值方法的缺陷，图3是根据WURichtlinien对于裂缝最大容许宽度小于0.2mm时，在DIN10451的基础上，做了更加严格的要求，其变化主要在于k取最大值1(WURichtlinien)。比较图1和图3可以看到，在截面高度相同的情况下，图3的配筋明显大于图1，也就是说图3的结果更安全。最后，必须强调的是，并不是配筋越大结构就越安全。论文参考网。实践证明，当截面高度达到一定值之后（大于2m），即使配置更多的钢筋，对裂缝宽度也不会有明显的影响。对此Meyer教授还提出了有效截面高度理论，这里不再更多的介绍。最后，我们得出的结论是，由于材料本身离散性较大，计算模型也有很大的缺陷，公式本身就不够精确，从而导致计算结果出现误差。随着科技的不断进步，新材料的不断出现，在不久的将来我们一定能够寻找到一个理想的方法，使人们对水化热引起的裂缝宽度的计算更加简单、准确。参考文献：1DIN1045-1:2001-072RichtlinieWaerundurchligeBauwerkeauBeton(WU-Richtlinie),AugabeNovember20033RibreitenbechrnkungnachDIN1045,DiagrammezurdirektenBemeung,3.Aufgabe2007,GnterMeyer/RalfMeyer