建筑大体积砼结构温度裂缝控制技术研究
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摘要
随着国内高层建筑的兴起，我国在建筑设计、施工技术等方面都有了飞速的进展，但也出现了许多崭新的技术课题亟待解决，大体积砼的温度裂缝控制就是其中之一。
大体积砼结构在施工中容易产生裂缝，这已为众多的工程实践所证实。在水工建设中，国内外许多混凝土大坝都出现了不同程度的开裂。在工业与民用建筑中，也有很多大体积砼严重开裂的例子，如武汉某大型箱体基础，全长686米，设计上未留伸缩缝。结果其主电室地下室范围共出现裂缝76条，裂缝宽度有的达8毫米；厦门某大厦地下室砼底板也出现了多条贯穿性裂缝，严重渗水。据初步统计，厦门和福州两个城市就有10多座高层建筑在施工中遇到地下室砼底板有害裂缝问题，有的工程因此被迫停工处理，有的工程还不得不修改设计、降低层数，造成极大的损失。因而近年来，大体积砼的裂缝问题越来越引起各方面重视，人们迫切要求探究裂缝产生的原因并积极寻求能有效防止裂缝出现的措施和途径。
本文在前人研究的基础上，着重以高层建筑中地下室砼底板这类大体积砼结构为主要研究对象，首先从理论分析入手开发了一套用于计算大体积砼不稳定温度场及应力的三维有限元程序包3D—TFEP，在实际工程的温度预测分析中得到了很好的应用，为制定科学的温度控制方案提供了可靠的依据。其次，在大体积砼水化热温度实时监测方面，我们经过多年的摸索与改进，研究出一整套科学的方法和先进的自动化技术，极大地促进了这类工程的“信息化施工”，通过预测与实测的紧密配合，采取一系列有效的措施尽可能控制砼温度的变化，来达到防止温度裂缝产生的目的。为了更好地了解大体积砼在施工养护期内部应力应变的实际状况，我们在广泛推行温度实时监测的同时，也局部开展了砼应变实时监测技术的研究，并取得了初步的进展。通过众多工程实例的理论计算与实测分析，我们基本掌握了大体积砼水化热温度的一般变化规律，并在此基础上总结出了砼内最高温度及出现龄期的简化计算公式，便于工程人员掌握并在工程实践中运用。此外，我们也对当前工民建大体积砼温度控制标准的有关提法进行了适当的修正和建议，与大家商榷。
With the development of the high building in China, we have made repid progress in architectual design & construct technology. But many new technical problems appear at the same time, which require us to resolve. The crack due to temperature in large volume of concrete is one of them.
It has beem proved in many projects that the cracks often appear in concrete structure, such as dyke or commercial building in China or abroad. This caused a great loss in many similar projects, so we are eager to find how it develops and how to prevent this phenomenon.
Based on the predecessor's research, we focus on the concrete of large volume at basement inside high building. Firstly, we have developed a software called 3D-EFP, which have good practice in temperature predicting, Secondly, we have aslo managed to get a whole set of scientific & advanced technology to monitor the temperature inside the concrete. We have basically grasped the principle of temperature changing inside the concrete and got simplified fomula for engineer to apply during project period. Additionally, we also give suggestion or advice to rectify the existing standard of temperature control inside concrete for reference
大体积砼结构在施工中容易产生裂缝，这已为众多的工程实践所证实。在水工建设中，国内外许多混凝土大坝都出现了不同程度的开裂。在工业与民用建筑中，也有很多大体积砼严重开裂的例子，如武汉某大型箱体基础，全长686米，设计上未留伸缩缝。结果其主电室地下室范围共出现裂缝76条，裂缝宽度有的达8毫米；厦门某大厦地下室砼底板也出现了多条贯穿性裂缝，严重渗水。据初步统计，厦门和福州两个城市就有10多座高层建筑在施工中遇到地下室砼底板有害裂缝问题，有的工程因此被迫停工处理，有的工程还不得不修改设计、降低层数，造成极大的损失。因而近年来，大体积砼的裂缝问题越来越引起各方面重视，人们迫切要求探究裂缝产生的原因并积极寻求能有效防止裂缝出现的措施和途径。
本文在前人研究的基础上，着重以高层建筑中地下室砼底板这类大体积砼结构为主要研究对象，首先从理论分析入手开发了一套用于计算大体积砼不稳定温度场及应力的三维有限元程序包3D—TFEP，在实际工程的温度预测分析中得到了很好的应用，为制定科学的温度控制方案提供了可靠的依据。其次，在大体积砼水化热温度实时监测方面，我们经过多年的摸索与改进，研究出一整套科学的方法和先进的自动化技术，极大地促进了这类工程的“信息化施工”，通过预测与实测的紧密配合，采取一系列有效的措施尽可能控制砼温度的变化，来达到防止温度裂缝产生的目的。为了更好地了解大体积砼在施工养护期内部应力应变的实际状况，我们在广泛推行温度实时监测的同时，也局部开展了砼应变实时监测技术的研究，并取得了初步的进展。通过众多工程实例的理论计算与实测分析，我们基本掌握了大体积砼水化热温度的一般变化规律，并在此基础上总结出了砼内最高温度及出现龄期的简化计算公式，便于工程人员掌握并在工程实践中运用。此外，我们也对当前工民建大体积砼温度控制标准的有关提法进行了适当的修正和建议，与大家商榷。
With the development of the high building in China, we have made repid progress in architectual design & construct technology. But many new technical problems appear at the same time, which require us to resolve. The crack due to temperature in large volume of concrete is one of them.
It has beem proved in many projects that the cracks often appear in concrete structure, such as dyke or commercial building in China or abroad. This caused a great loss in many similar projects, so we are eager to find how it develops and how to prevent this phenomenon.
Based on the predecessor's research, we focus on the concrete of large volume at basement inside high building. Firstly, we have developed a software called 3D-EFP, which have good practice in temperature predicting, Secondly, we have aslo managed to get a whole set of scientific & advanced technology to monitor the temperature inside the concrete. We have basically grasped the principle of temperature changing inside the concrete and got simplified fomula for engineer to apply during project period. Additionally, we also give suggestion or advice to rectify the existing standard of temperature control inside concrete for reference
引文
[1] 王铁梦，建筑物的裂缝控制，上海科学技术出版社，1987年
[2] 赵志缙、赵帆，高层建筑基础工程施工(第二版)，中国建筑工业出版社，1994年
[3] 朱伯芳、王同生、丁宝瑛、郭之章，水工混凝土结构的温度应力与温度控制，水利电力出版社，1976年
[4] 郭之章、傅华，水工建筑物的温度控制，水利电力出版社，1990年
[5] A．B．雷柯夫，热传导理论，裘裂均等译，高等教育出版社，1955年
[6] [英]A．M．内维尔，混凝土的性能，李国泮、马贞勇译，中国建筑工业出版社，1983年
[7] 姜福田，混凝土力学性能与测定，中国铁道出版社，1993年
[8] 王国秉、孙计平，水工混凝土结构温度场与温度徐变应力的三维有限元分析，水力发电，1988年第4期。
[9] 王勖成、邵敏，有限单元法基本原理与数值方法，清华大学出版社，1988年
[10] 杨菊生、揽生瑞，有限元法程序设计，西安交通大学出版社，1990年
[11] 张如一、陆耀桢主编，实验应力分析，机械工业出版社，1982年
[12] 杨嗣信主编，混凝土与钢筋混凝土施工手册，冶金工业出版社，1988年
[14] 中国建筑科学研究院主编，钢筋砼高层建筑结构设计与施工及验收规范(JGJ3—91)
[15] 美国材料与试验协会温度测量E—20委员会和热电偶第Ⅳ小组委员会，测温热电偶应用手册，卢锦宝译，机械工业出版社，1983年
[16] Melvin L.Baron,A.M.ASCE and Mario G.Salvador, M.ASCE.Stresses due to Theamal Gradients in Reactor Shieldings. VOL126,partl, 1961
[17] A.W.Beeby.Cover and corrosion of Reinforcement Concrete.International FER.. 1983,5(2)
[18] C.Higginson.Mass Concrete for Dams and other Massive Structures,reported by ACI Committee207
[19] T.A.Harrison. Early-age Thermal Crock Controlin Concrete.CIRIA, 1981
[20] E．Melan．由于定常温度场而产生的热弹应力．北京．科学出版社
[21] R.W.Cannon.Effect of Restraint,Volume Change,and Reinforcement on Cracking of Massive Concrete reported by ACI Committee 207
[22] H．X.阿鲁久涅扬．蠕变理论中的若干问题．北京．科学出版社
[23] Melan E.Parkus H.Warmespannungen Infolge Stationarer Temperaturfelder.
[24] A.Boley, J.H.Weiner.Theory of Thermal Stesses, 1960
[25] East Kilbride Laboratory of BRE: Thermal Crocking of Blockwork.Precast Concrete, 1978.12
[2] 赵志缙、赵帆，高层建筑基础工程施工(第二版)，中国建筑工业出版社，1994年
[3] 朱伯芳、王同生、丁宝瑛、郭之章，水工混凝土结构的温度应力与温度控制，水利电力出版社，1976年
[4] 郭之章、傅华，水工建筑物的温度控制，水利电力出版社，1990年
[5] A．B．雷柯夫，热传导理论，裘裂均等译，高等教育出版社，1955年
[6] [英]A．M．内维尔，混凝土的性能，李国泮、马贞勇译，中国建筑工业出版社，1983年
[7] 姜福田，混凝土力学性能与测定，中国铁道出版社，1993年
[8] 王国秉、孙计平，水工混凝土结构温度场与温度徐变应力的三维有限元分析，水力发电，1988年第4期。
[9] 王勖成、邵敏，有限单元法基本原理与数值方法，清华大学出版社，1988年
[10] 杨菊生、揽生瑞，有限元法程序设计，西安交通大学出版社，1990年
[11] 张如一、陆耀桢主编，实验应力分析，机械工业出版社，1982年
[12] 杨嗣信主编，混凝土与钢筋混凝土施工手册，冶金工业出版社，1988年
[14] 中国建筑科学研究院主编，钢筋砼高层建筑结构设计与施工及验收规范(JGJ3—91)
[15] 美国材料与试验协会温度测量E—20委员会和热电偶第Ⅳ小组委员会，测温热电偶应用手册，卢锦宝译，机械工业出版社，1983年
[16] Melvin L.Baron,A.M.ASCE and Mario G.Salvador, M.ASCE.Stresses due to Theamal Gradients in Reactor Shieldings. VOL126,partl, 1961
[17] A.W.Beeby.Cover and corrosion of Reinforcement Concrete.International FER.. 1983,5(2)
[18] C.Higginson.Mass Concrete for Dams and other Massive Structures,reported by ACI Committee207
[19] T.A.Harrison. Early-age Thermal Crock Controlin Concrete.CIRIA, 1981
[20] E．Melan．由于定常温度场而产生的热弹应力．北京．科学出版社
[21] R.W.Cannon.Effect of Restraint,Volume Change,and Reinforcement on Cracking of Massive Concrete reported by ACI Committee 207
[22] H．X.阿鲁久涅扬．蠕变理论中的若干问题．北京．科学出版社
[23] Melan E.Parkus H.Warmespannungen Infolge Stationarer Temperaturfelder.
[24] A.Boley, J.H.Weiner.Theory of Thermal Stesses, 1960
[25] East Kilbride Laboratory of BRE: Thermal Crocking of Blockwork.Precast Concrete, 1978.12