超长混凝土框架结构裂缝控制研究

论文摘要

近年来,各种平面尺寸超长、超大的大型公共建筑、厂房结构、商业中心等迅速涌现,超长混凝土结构的数量越来越多。在超长混凝土结构中,混凝土收缩及温度变形由于受到约束产生的间接应力常常引起结构大面积的开裂,业主及建筑师一般要求结构不设置伸缩缝,超长混凝土结构必须通过采取合理的设计及施工措施以达到裂缝控制的目的。尽管我国在超长混凝土结构方面已有大量的工程实践,但是设计方法的研究落后于工程实践。国内外规范、规程乃至各种设计参考书中也没有这类结构公认的、完善的设计方法。本文围绕超长混凝土框架结构的裂缝控制这一主题,从混凝土的材料性能、间接作用应力计算、各种裂缝控制措施入手,通过工程技术人员设计中遇到的的一些基本问题的研究和探讨,深化超长混凝土结构理论研究,提出超长混凝土结构设计与施工建议。主要研究内容如下:1.混凝土收缩徐变等材料性能的试验研究对南京奥体中心中央大平台C40补偿收缩混凝土进行了混凝土强度、弹性模量、收缩、徐变试验。通过试验数据的整理,分析了混凝土强度及弹性模量随龄期变化的特点;评估了补偿收缩混凝土在工程中的实际应用效果;总结了混凝土收缩、徐变随龄期变化规律;并运用CEB-FIP MC90和ACI209中的收缩、徐变模型对试件进行分析并与实测值对比,找到了适合该工程混凝土收缩、徐变的计算模型,为类似混凝土材料参数选取提供参考。2.不同形式的混凝土框架结构温度应力研究分析混凝土收缩应力和温度应力的异同,对混凝土结构设计中将混凝土收缩等效为温差来计算混凝土应力的方法进行了误差对比。对平面形状为矩形、圆环形及弧形的三种框架结构的温度应力进行了研究。总结了单层和多层普通混凝土框架结构在均匀温差作用下的温度应力特点,并介绍了三种温度应力的弹性计算方法。重点对研究较少的圆环形框架结构温度应力进行了探讨,推导分析了圆环形框架结构在均匀温差作用下的内力和变形特点,分析了裂缝产生的原因以及裂缝特点;对弧形框架在均匀温差作用下的温度应力进行了计算分析,并与圆环框架结构进行对比,总结其温度应力特点。另外对南京奥体中心圆环形高架大平台梁柱固接时温度应力进行了分析,并根据其特点确定了大平台温度应力解决方案。3.不允许出现裂缝的混凝土框架结构温度应力计算将温度应力与荷载产生应力进行对比,分析温度应力的特点。总结了混凝土徐变计算理论和方法,重点介绍了按龄期调整的有效模量法和继效流动理论。对于混凝土框架结构在混凝土收缩和单调温度变化作用下的温度收缩应力,运用按龄期调整的有效模量法,通过分析计算给出了温度应力实用计算公式;在周期性温度作用下,运用继效流动理论分析了晚龄期时结构温度应力特点。给出了混凝土浇筑时间不同时结构中对应的最大温度应力的计算方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 超长混凝土结构的定义
• 1.3 超长混凝土结构的裂缝
• 1.3.1 混凝土收缩引起的裂缝
• 1.3.2 温度变化引起的裂缝
• 1.3.3 约束
• 1.3.4 裂缝控制等级
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 混凝土材料研究
• 1.4.2 温度效应研究
• 1.4.3 混凝土徐变对温度收缩应力的影响
• 1.4.4 不允许出现裂缝的混凝土结构温度应力的计算
• 1.4.5 允许出现裂缝的混凝土结构温度应力的计算
• 1.5 现阶段超长混凝土结构的裂缝控制措施
• 1.6 本文的主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 混凝土收缩徐变等材料性能的试验研究
• 2.1 混凝土材料试验
• 2.2 混凝土强度
• 2.3 混凝土弹性模量
• 2.4 混凝土收缩试验
• 2.4.1 试验介绍
• 2.4.2 试验结果分析
• 2.4.3 补偿收缩混凝土的收缩特点
• 2.4.4 素混凝土收缩估算方法
• 2.4.5 配筋混凝土收缩估算方法
• 2.4.6 讨论
• 2.5 混凝土徐变试验
• 2.5.1 试验目的
• 2.5.2 徐变试验介绍
• 2.5.3 试验结果分析
• 2.5.4 徐变系数计算方法
• 2.5.5 讨论
• 2.6 本章小结
• 参考文献
• 第三章 不同形式的混凝土框架结构温度应力研究
• 3.1 收缩当量成温差的应力分析误差对比
• 3.2 普通混凝土框架结构温度应力
• 3.2.1 单层混凝土框架结构温度应力特点
• 3.2.2 单层混凝土框架结构温度应力计算
• 3.2.3 多层混凝土框架结构温度应力
• 3.3 圆环形混凝土框架结构温度应力
• 3.3.1 超长圆环形混凝土框架结构概况
• 3.3.2 圆环形混凝土框架结构温度应力分析
• 3.3.3 圆环形混凝土框架结构温度应力特点
• 3.4 弧形混凝土框架结构温度应力
• 3.4.1 弧形框架结构温度应力计算
• 3.4.2 弧形框架结构温度应力特点
• 3.5 南京奥体中心圆环形中央大平台结构温度应力研究
• 3.5.1 工程概况
• 3.5.2 大平台梁柱固接形成框架时结构温度应力
• 3.5.3 大平台温度应力解决方案
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第四章 不允许出现裂缝的混凝土框架结构温度应力计算
• 4.1 温度应力特点
• 4.2 混凝土徐变
• 4.2.1 混凝土的徐变与应力松弛
• 4.2.2 应力折减系数
• 4.3 混凝土徐变计算理论和方法
• 4.3.1 按龄期调整的有效模量法
• 4.3.2 继效流动理论
• 4.4 混凝土收缩和单调温度作用下混凝土框架结构温度应力
• 4.4.1 线性徐变力学问题的两个定理
• 4.4.2 均质混凝土框架结构温度应力计算
• 4.4.3 钢筋混凝土框架结构温度应力计算
• 4.4.4 混凝土框架结构温度收缩应力折减系数估算
• 4.5 周期性温度作用下混凝土框架结构温度应力
• 4.5.1 运用继效流动理论计算温度应力
• 4.5.2 晚龄期混凝土结构温度应力
• 4.5.3 周期性温度作用下结构中最大温度应力
• 4.6 本章小结
• 参考文献
• 第五章 允许出现裂缝的混凝土框架结构温度内力计算
• 5.1 允许出现裂缝混凝土结构的特点
• 5.2 考虑混凝土开裂的轴拉构件温度应力分析
• 5.2.1 规范CEB-FIP MC90 的假定
• 5.2.2 裂缝处钢筋应力成抛物线变化的假定
• 5.2.3 两种计算方法比较
• 5.2.4 混凝土徐变对允许开裂轴拉构件影响
• 5.2.5 混凝土轴拉构件考虑混凝土徐变及开裂的温度应力特点
• 5.3 允许出现裂缝的混凝土框架结构温度内力
• 5.3.1 有限元程序ANSYS 及APDL 参数化设计语言编程
• 5.3.2 FJK 程序
• 5.3.3 程序编制中的有关问题
• 5.3.4 超长混凝土框架结构温度内力计算
• 5.3.5 各计算参数的影响
• 5.3.6 超长预应力混凝土框架结构温度内力计算
• 5.3.7 允许出现裂缝的混凝土框架结构温度内力特点
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 不设温度缝的超长混凝土框架结构设计建议
• 6.1 超长混凝土结构不设缝长度
• 6.1.1 各国规范中伸缩缝间距规定
• 6.1.2 采取裂缝控制措施增大结构不设缝的长度
• 6.2 混凝土结构温度内力和荷载内力的组合
• 6.3 超长混凝土结构裂缝控制措施
• 6.3.1 结构布置
• 6.3.2 裂缝控制措施
• 6.4 混凝土框架结构梁板构件钢筋配置
• 6.4.1 不允许出现裂缝的梁板构件钢筋配置
• 6.4.2 允许出现裂缝的梁板构件钢筋配置
• 6.5 关于后浇带设置问题的讨论
• 6.5.1 设置后浇带的混凝土结构温度收缩应力计算
• 6.5.2 后浇带的合理间距
• 6.5.3 后浇带位置
• 6.5.4 后浇带处钢筋处理方案和后浇带宽度的影响
• 6.5.5 后浇带施工
• 6.5.6 膨胀加强带和跳仓施工法
• 6.6 超长混凝土结构中的预应力
• 6.6.1 预应力筋连续跨数
• 6.6.2 超长多跨预应力筋的连接方式
• 6.7 滑动支座
• 6.7.1 普通超长混凝土框架设置滑动支座
• 6.7.2 超长圆环形混凝土框架设置滑动支座
• 6.7.3 限位滑动支座在南京奥体中心大平台中的应用
• 6.8 本章小结
• 参考文献
• 第七章 全文总结
• 7.1 本文主要研究成果
• 7.2 本文主要创新之处
• 7.3 值得进一步研究的问题
• 发表的论文
• 致谢