现浇溷凝土板中早期裂缝控制的数值模拟研究.pdfVIP

“全国混凝土质量控制及标准化新进展”学术交流会 广西·桂林2009年 现浇混凝土板中早期裂缝控制的数值模拟研究 林峰，顾祥林，李超 同济大学建筑工程系上海200092 摘要：采用Ansys软件对2个未设置控制缝和16个设置控制缝的混凝土板进行数值模拟， 研究参数包括混凝土配合比、配筋率、控制缝的位置和形式。模拟得到板中应变、早期裂缝 随时间的分布情况。同步进行相应的足尺试验和材料试验，试验持续约9个月，记录板内裂 缝和变形的发展，并将得到的混凝土材料时变性能用于数值模拟。足尺试验验证了数值模拟 结果的正确性。最后，采用经试验验证的数值模拟方法进行参数研究。结果表明，通过在板 角部设置控制缝，裂缝首先在控制缝处出现，从而可避免角部450斜向裂缝随机出现。不同 的设缝位置和深度对裂缝控制效果的影响不明显。 关键词： 混凝土：裂缝控制：控制缝：数值模拟；试验研究 1 引 言 在温度应力和混凝土收缩的作用下，现浇混凝土板在早期、施工期以及随后的使用过程 中容易出现角部斜向裂缝。为消除或减少此类裂缝，除可采取常规措施外(低收缩混凝土、 加强养护等)，一种新的裂缝控制方法——控制缝技术，引起了工程师和研究人员较大的兴 趣。控制缝属于广义结构缝的一种，它是人为地将构件的某截面削弱，以诱导裂缝沿着这些 预先设置好的、可以接受的截面发生的一种裂缝。文献【1】建议将控制缝设置在截面的薄弱 处，深度为板(墙)厚的1／5--一I／4，宽度大约为5一--6mm，并给出了多种形式的裂缝构造措 施。文献【2。3】建议将控制缝的深度设置为板厚的1／4-1／3，并给出了设置间距等建议。文献 [4】建议在墙或梁中线设置控制缝以减少混凝土楼板的收缩裂缝。目前，控制缝设置的位置、 形式和深度等因素对裂缝控制效果的影响，仍缺乏深入研究。 本文研究如何在钢筋混凝土板类构件中设置控制缝以引导和减少早期裂缝。首先进行数 值模拟研究，同步进行构件和材料试验【5】。构件试验用于验证数值模拟结果的正确性，而材 料试验则提供数值模拟所需的材料参数。随后采用数值模拟进行参数研究，并得出研究结论。 2数值模拟 2．1数值模拟方法 考虑混凝士配合比、配筋率、控制缝位置、缝是否贯通等参数，设计了18个板试件， 浇筑在钢板制成的钢模内，梁和钢模模拟板四周的约束作用。采用Ansys软件，建立板的有 限元模型。钢模底面四角处设置弹性垫快，取其弹性模量很小以模拟钢模在平面内未受到侧 筋。计算中同时考虑温度和收缩两种作用，混凝土材料则考虑其时变性能、应力松弛以及开 裂，以下分述之。 温度作用取白试验中记录的温度变化，见图1，可以看出前180天温度整体为降低的趋 势，然后逐渐上升。混凝土的收缩采用降温法模拟，在每一荷载步时，将此时的收缩值转化 为当量温差施加于混凝土上。当量温差△r是将收缩值‰除以混凝土的线膨胀系数仅而得 到，见式(1)。 全国混凝土标准化技术委员会 364 中国建筑科学研究院建筑材料研究所 “全国混凝土质量控制及标准化新进展”学术交流会 广西·桂林2009年 表1数值模拟和试验的板试件 配合比类 个 配筋 有无控制缝 编号 尺寸(mm) 备注 型 数 (配筋率) ／控制缝的圳 研究板的约 BA2RO 无 束收缩 BA2R1 巾4@140 有／0．15 未贯通缝