基于数值的地下室混凝土外墙裂缝动态控制施工关键技术

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摘 要 :本文通过对南宁华润中心项目的地下室混凝土结构裂缝防治进行数值分析,提出了针对地下室混凝土结构裂缝动态控制关键技术.


关 键 词 :地下室混凝土外墙裂缝 动态控制 数值分析 施工技术

混凝土施工期的裂缝对建筑使用功能、耐久性和承载能力等方面都会有影响,并且还可能会对人造成一定的心理影响.因此,探究混凝土施工期间间接裂缝形成的原因,在工程实践的基础上,在对地下室混凝土外墙裂缝进行数值分析的基础上,从原材料优选、配合比优化、结构设计及构造、施工过程控制、管理等方面综合分析研究,提出有效措施预防、控制裂缝的产生,同时对有害裂缝采取修补、补强等,具有较大的理论意义及工程实用价值.

1.工程概况

南宁华润中心为超大型商业购物中心,其中地下室118031.23㎡.该建筑地下有三层,地下室外墙超高超长,后浇带多,其中最大的混凝土墙A8区域外墙长度为66m,负一层层高为6.75m,墙厚为600mm.

2.地下室混凝土结构裂缝数值分析计算

2.1 分析工具

根据结构特点,选用ABAQUS有限元分析软件进行模拟分析.

2.2 数值分析思路及基本过程

基本分析过程为:(1)定义单元类型与材料常数;(2)建立平面有限元模型;(3)据工程结构情况、混凝土施工顺序及模型简化条件,定义边界条件;(4)通过当量温差施加作用;(5)求解,得到分析结果,包括变形及应力等.

2.3 建立模型

选择工程具有典型代表意义的地下连续长墙的一个施工段作为分析对象,选择8.1m×3m的墙长度进行建模分析.模型和材料选择如下:

2.3.1 墙体混凝土

选用eared crack concrete材料模型,单元选用20节点六面体实体单元.

2.3.2 墙体分布筋

选用理想弹性材料模型,单元选用3节点桁架单元.

2.3.3 材料参数选择

(1)钢筋:弹模E等于2E11N/m2;

(2)混凝土:其本构模型选用如图2.1所示:

2.3.4 模型简图

(1)模型示意图:选择三跨墙的1/4对称部分建立模型,如图2.2所示.

(2)单元示意图:单元划分如图2.3所示.

2.3.5 分析结果如图2.4所示

长墙顶部无约束混凝土收缩变形较大,钢筋对其收缩的限制作用大,故钢筋应力较高.底部受弹性基础的约束,靠近柱处受到柱的约束,这些部位混凝土收缩受到限制,收缩较小,钢筋对混凝土的收缩不显著,钢筋应力较小如图2.5所示.

长墙顶部无约束混凝土收缩变形较大,应变较大,混凝土处于自由收缩的状态,应力在该处出现最小值,如图2.5所示.底部受弹性基础的约束,靠近柱处受到柱的约束,这些部位混凝土收缩受到限制,收缩较小,混凝土应变小,如图2.6所示.而混凝土拉应力较大特别是靠近混凝土柱处出现了拉应力最大值.

3.地下室混凝土外墙裂缝控制施工技术

通过对地下室长墙裂缝防治的数值分析计算及对施工过程中温度等的动态监测控制可以指导我们在施工时采取一定的措施对地下室长墙的裂缝产生进行综合预防控制,以达到裂缝控制的目的.工程采取的施工措施为:(1)结合构造及结构优化设计的内容,在编制施工组织设计、专项施工方案及进行技术交底时,明确控制混凝土裂缝的技术措施;(2)合理确定混凝土施工性能指标,加强施工组织.合理控制坍落度等施工性能指标,坍落度不宜过大.加强混凝土浇水筑(包括振捣)工人的施工组织、管理工作;(3)选择合理的浇筑方案,减少相邻混凝土构件的相互约束,并保证混凝土浇筑的连续、顺利进行.结构较长或面积较大时推荐采用后浇带法施工,以尽量减少混凝土收缩的影响.地下室混凝土浇筑施工时合理确定底板、墙及柱等竖向构件、顶板浇筑顺序及时间间隔,尽量降低彼此的温度、约束影响;(4)对约束条件复杂的底板基础等构件,施工中应采取措施减少外约束对收缩开裂的影响;(5)加强混凝土振捣.混凝土必须分层分段振捣,有效排除混凝土内的泌水,消除混凝土内部孔隙,确保混凝土的高密度,增加混凝土与钢筋的粘结力,增加混凝土材质的连续性和整体性,提高混凝土的强度,尤其要提高混凝土的抗拉强度;(6)及时和充分养护.养护是防止混凝土产生裂缝的重要措施,应充分重视,制定养护方案,派专人进行养护工作.墙体混凝土浇筑完毕,混凝土达到一定强度(1~3天)后,必要时可松动两侧模板,离缝3~5mm,在墙体顶部慢水喷淋养护;或带模养护,采用木模板,对两侧模板浇水养护.拆除模板后,可考虑在墙两侧覆挂麻袋或草帘等覆盖物,避免阳光直射墙面,连续喷水养护时间应足够长.提早松动模板淋水养护时,应注意浇水时机,不宜在墙体温度达到峰值时浇水,以免温度较高的混凝土被冷水喷淋引起混凝土开裂;(7)适时拆模.未拆模处的应变增大,拆模处却由于模板的拆模、外约束减小,混凝土中的应变迅速降低;(8)洒水养护.

4.结语

现浇混凝土结构在施工期间的开裂,是由于环境温度、湿度的变化、原材料及配合比不合理、施工过程中养护方案不合理等多种因素综合形成.本文通过对南宁华润中心地下室外墙裂缝进行数值分析,提出并采用了针对地下室外墙裂缝控制关键施工技术,保证了地下室外墙施工期没有裂缝的产生,对其他工程地下室外墙的无缝施工具有一定的借鉴意义.

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