温度干缩下墩墙的配筋与裂缝关系研究

当采用配合比③加防裂剂养护的方案,从工况5S—3的计算结果知,底板最大主拉应力只在35～45d龄期时略大于抗拉强度,考虑到表5-11是按线弹性体计算得到的应力值,一般大于实际值,因而底板混凝土开裂可能性不是很大。而墩墙35d龄期后的最大主拉应力值大于抗拉强度1.0MPa多,有出现裂缝的可能。实际上,混凝土结构出现裂缝后,只要裂缝宽度小于一定程度,既不影响结构的使用,也不会降低结构的耐久性,而裂缝宽度则由钢筋来加以限制,钢筋的疏密和粗细决定了裂缝宽度的大小。为校验原设计配筋是否合理,同时为今后类似的工程的配筋设计提供依据。本节采用非线性钢筋混凝土有限单元法,在墩墙截取一平面,按平面问题研究墩墙在温度干缩作用下配筋与裂缝宽度之间的关系。

1.计算模型和计算参数

(1)计算模型。在墩墙截取平面,并利用对称性取一半计算,在对称面上设连杆约束。混凝土采用4～8结点等参单元,钢筋采用2～3结点一维杆单元,联结单元采用双弹簧单元,混凝土本构关系采用等效单轴应变模型,粘结滑移关系采用Houde公式。为较正确地计算裂缝宽度和裂缝间距,网格在墩墙长度方向上小于200mm;为较正确地考虑温度和干缩应变的分布,新浇混凝土划分为3层。

(2)热学指标。线胀系数、导热系数和气温取和第三节相同。放热系数取表5-9所示值,绝热温升采用第四节的试验值。

(3)力学指标。混凝土徐变取和第三节相同。混凝土弹性模量和强度采用试验结果。即弹性模量和轴心抗拉强度分别采用式(5-16)和式(5-17)。

混凝土干缩应变仍采用第三节的方式计算,且系数取和第三节相同,ε0(t)的下降段按式(5-20)计算。

2.计算工况

表5-12共计算了21种工况,考虑了7种混凝土浇筑日期和3种配筋方案,以研究气温、配筋多少和疏密对裂缝宽度的影响。其中:第1种配筋φ14@150为原设计中的配筋;第2种配筋φ12@150的间距和原设计相同,但直径减小;第3种配筋φ12@100的直径和间距均减小,但配筋量和原设计基本相同。(www.xing528.com)

表5-12　计算工况

3.计算结果

表5-13给出了各工况最大钢筋应力和最大裂缝宽度。

表5-13　不同配筋与气候条件下墩墙最大裂缝宽度和最大钢筋应力

从表5-13可知,各工况的钢筋应力较小,裂缝宽度均不大,最大裂缝宽度在0.10～0.13mm 之间,均能满足规范对裂缝宽度的要求。3种配筋中,φ12@150的配筋量和钢筋表面积最小,裂缝宽度最大,最大值达0.13mm。φ12@100和φ14@150虽然钢筋面积大致相当,但前者的钢筋表面积大于后者,即前者的钢筋与混凝土之间的粘结力大于后者,因而前者裂缝宽度略小于后者,但相差不大。φ14@150最大裂缝宽度为0.12mm,φ12@100为0.11mm。考虑到φ14@150和φ12@100最大裂缝宽度相差很小,宽度值又很小,故认为原配筋φ14@150是合适的。