现浇混凝土框架结构设计方案收缩控制.docVIP

第1页共9页 本文公开发表于《广东土木与建筑》2001年2月号 现 浇 混 凝 土 框 架 结 构 设 计 的 收 缩 控 制 谢杰文（广州市宏达工程顾问有限公司，510730） 【提要】由于来自基础的多余外约束，现浇混凝土框架的收缩变形，必为限制性变形，因而将引起收缩内力，且它将为混凝土的徐变所减少。其构件的收缩内力，将随着该构件所在楼层层数的递增而迅速衰减，高于三层者趋于零。垂直的邻层梁或柱的收缩内力各自异号；垂直结点的侧移为，围绕着其自由收缩侧移波动的波浪状向心侧移。 尽管建筑结构设计以极限承载力为基础，但大多数工程的使用标准却是由裂缝控制的。裂缝的存在，即使不至于导致结构的破坏和倒塌，但由于渗漏问题，以及精神作用和美观方面的原因，将影响建筑物的正常使用。根据国内外的调查资料，建筑物的裂缝，主要由变形（混凝土的失水和降温收缩以及不均匀沉馅）引起的约占80%，主要由荷载引起的约占20%。实际上，由于来自基础的多余外约束，混凝土结构的侧向收缩往往属于限制性收缩，因而将引起收缩内力，尽管它将为混凝土的徐变所减少。因此，对混凝土结构的收缩问题的研究，具有重要的意义。关于现浇混凝土框架结构设计的收缩控制问题，本文试图作些初步的探讨，并提出控制收缩的概念设计原则的建议，供参考。 1多余外约束与变形 作为变形作用的一种，混凝土的收缩作用是否引起结构的应力，取决于它引起的结构的变形是否受到限制。此时，若结构的变形属于限制性变形，即结构的变形无法自由地进行，则结构中必存在应力；反之，若结构的变形属于自由变形，则结构中必不存在应力。故当结构中存在多余外约束时，所有收缩作用引起的结构变形都属于限制性变形；反之，则唯有不均匀的收缩作用引起的结构变形才属于限制性变形。 所以，在普遍的、均匀的混凝土收缩作用下，当超静定结构中不存在多余外约束时，结构的变形属于自由变形；反之，结构的变形属于限制性变形，因而是不均匀的。此时，结构或构件的实际变形δ，由自由变形δf ，以及δf 引起的约束变形δr 两者迭加而成，即 δ=δf +δr （1—1） 当变形超过一定数值，或当拉应力超过一定数值而引起裂缝，将影响混凝土结构或构件的正常使用，当压应力超过一定数值而失稳时，可致构件的破坏甚至结构的整体破坏。一般而言，裂缝出现后变形的继续进行，获得全部或部分自由，应力也就发生松弛。假如适当配筋，钢筋将约束混凝土的塑性变形，分担混凝土的内应力，推迟混凝土裂缝的出现，亦即提高了混凝土的极限拉伸。大量工程实践证明，适当配筋确能提高混凝土的极限拉伸。关键在于“适当”两字，因为常温下混凝土将收缩而钢筋却不收缩，因而必然引起附加应力，但当配筋率较低时，由此引起的附加应力相当微小，可以忽略不计。 第2页共9页 2混凝土的失水和降温收缩 混凝土的失水和降温收缩，是混凝土固有的物理性质。 2.1混凝土的失水收缩 混凝土的失水收缩即干缩，主要受到以下因素的影响，水泥的品种和细度，粗骨料的岩性，水灰比和水泥浆含量，振捣操作方式和条件，构件截面尺寸，养护条件，试件周围空气温度、相对湿度和风速，配筋率等。根据试验数据，文献[2]推荐以下自由干缩公式 εg(t)=εg0(∞)M1 M2…M10 (1-e- 0.01t) （2—1） 其中，εg(t) /εg0(∞)—— 干缩，t以天计算 /标准状态的极限收缩量，见式（2—2）； M1 M2…M10 —— 修正系数，见表2—1（节选），详见文献[2]。 标准状态是指：普通水泥；水泥细度250~350m2/kg；花岗岩碎石；水灰比0.4；水泥浆含量20%；机械振捣；自然硬化；试件截面为200×200mm2；空气相对湿度为50%；收缩测定前湿养护7天。在标准状态下，混凝土的极限干缩量为 εg0(∞)= -3.24×10 - 4 （2—2） 表2—1 混凝土干缩修正系数（节选） 水灰比 M4 水泥 浆量% M5 环境 湿度% M7 截面周长面 积比mm- 1 M8 配筋模量比 EsAs /EcAc M9 0.2 0.65 15 0.90 25 1.25 0.01 0.76 0.00 1.00 0.3 0.85 20 1.00 30 1.18 0.02 1.00 0.05 0.86 0.4 1.00 25 1.20 40 1.10 0.03 1.03