华中科技大学硕士学位论文地下室侧墙温度收缩应力分析与裂缝控制姓名：吕红安申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：伋雨林20060510华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘 要 摘 要 高层建筑物地下室混凝土侧墙沿水平方向长而薄，其上部与下部分别受梁板与基础底板约束，在混凝土早期易出现温度收缩裂缝。地下室侧墙混凝土温度收缩裂缝对结构的可靠性构成了严重的危害。因此，温度收缩应力的理论分析和计算，如何避免混凝土开裂和控制裂缝，成为工程界普遍关注的问题。 本文针对地下室侧墙混凝土裂缝的特点，从混凝土温度变形与收缩出发，对地下室侧墙裂缝成因进行分析。其次，利用弹性力学的应力函数和边界条件推导出地下室侧墙混凝土在温度和收缩作用下的应力公式；通过算例分析地下室侧墙的应力分布特点。再次，根据瞬态温度场理论，采用 ANSYS 有限元分析软件，建立三维实体模型求解侧墙温度场，论述施工期间墙体温度场的分布规律；根据地下室侧墙混凝土温度场进行温度收缩应力的仿真分析，研究地下室侧墙混凝土温度收缩应力分布及变化规律，并与弹性力学公式对比验证。最后，从裂缝产生的机理出发，根据弹性力学方法和有限元方法计算分析结果，从材料要求、设计构造、施工措施等方面，阐述地下室侧墙裂缝控制措施。 应用本文的研究成果和方法，可得出地下室侧墙混凝土温度场分布和温度收缩应力场分布，对地下室侧墙混凝土的防裂、抗裂具有实用参考价值。 关键词：关键词：地下室侧墙 混凝土 温度收缩 应力分析 有限元分析 裂缝控制 I华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 Abstract The basement wall of high building is very easy to appear temperature shrinkage cracking in early age due to super-long shear walls and stronger restraints. The crack will affect the structures reliability severely. Therefore, carrying on the theory analysis and cacluation of temperature shrinkage stress to the basement wall concrete and avoiding the concrete from cracking have drawn the attention of the engineering field. In this article, according to the characteristic of crack of basement wall, the deformation of temperature and the shrinkage of concrete, it carries on the analysis the cracks cause of basement wall. Secondly, it infers the stress formula of basement wall under the temperature and shrinkage which is base on the stress function and the boundary condition of the elasticity theory; and analyzes the stress distribution characteristic of the basement wall by example. Thirdly, based on the theory of the unsteady temperature field, using the analysis software of ANSYS finite element, establishing three dimensional model and solving the temperature field of basement wall, it summarizes the distribution characteristic of temperature field of the basement wall. It carries on simulation analysis of temperature shrinkage stress by the temperature field of basement wall, and studies the distribution and the change rule of temperature shrinkage stress of basement wall, then contrasts with elastic formula. Finally, according to the analysis result of the elastic method and the finite element method and the mechanism of crack, it summarizes the control measure of crack of basement wall from material request, structure design and construction measure. This article research achievement may further master the distribution of temperature field and temperature shrinkage stress field of basement wall, and then formulate anti-crack measure for basement wall. The crack control which proposes in this article has certain value to the practical project. Keywords: basement wall concrete temperature shrinkage stress analysis finite element analysis crack control II独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ，在_年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 绪绪 论论 1.1 问题的提出问题的提出 混凝土是一种各向异性的非均质复合材料,其内部存在大量的微观裂缝。 在一定的条件下，这些微观裂缝会发展并连通而形成肉眼可见的“宏观裂缝”。混凝土构件产生宏观裂缝的原因有两类,即第一类荷载作用的裂缝及第二类荷载作用的裂缝(本文称为非荷载),前者是由外荷载的直接或间接作用引起,后者是由约束变形等因素如温度、收缩、不均匀沉降等引起。据统计,工程中结构物的裂缝大多属非荷载产生的裂缝,约占 80%,属第一类荷载作用产生的裂缝约占 20%1。目前对第一类荷载引起的裂缝研究相对比较成熟，可按相关规范给出的计算公式可进行定量计算，能够较好的解决实际工程问题；但对第二类荷载引起的裂缝，尤其是温度与收缩引起的裂缝研究尚不成熟，缺乏相关规范及规程条文，防止和控制地下室侧墙混凝土裂缝的成功率较低。 近年来，随着我国改革开放和经济的发展，城市高层建筑日益增多，商品混凝土快速高效、对外加剂适应性强、质量稳定的优点，使其得到广泛应用。高层建筑物地下室所用的商品混凝土强度等级较高，水泥用量较大，抗渗等级高，而地下室侧墙沿水平方向长而薄，其上部与下部分别受地下室顶板与底板约束，在混凝土成型期易出现温度收缩裂缝。如上海中区广场地下室，墙长 186.5m，墙厚 450mm，水平配筋为 11200(双层)，水平配筋率为 0.211%，竖向配筋为 22175(双层)，竖向配筋率为 0.965%，混凝土设计强度等级为 C45，抗渗等级为 S8，设计坍落度为(162)cm，并添加了 1.87%的 JRC-2A 缓凝高效泵送剂；施工期间，沿侧墙高度方向出现不少贯穿性裂缝。上海东鹿大厦地下室，墙长 140m，墙厚 400mm，水平配筋为 16150(双层)，水平配筋率为 0.335%，竖向外侧配筋为 22150，竖向内侧配筋为 20150，竖向配筋率为 1.16%，混凝土设计强度等级为 C50，抗渗等级为1华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 S8，设计坍落度(142)cm，并添加了 7.52%的 ZK-904 型高效泵送剂；施工期间，侧墙上出现不少竖向裂缝，裂缝深度从 0.1mm 到 0.3mm 不等，个别裂缝宽度达到0.4mm，还有些裂缝贯穿了整个墙体。上海体育运动员村网球场主楼地下室，墙长175.5m，墙厚 450mm，水平配筋为 16200(双层)，水平配筋率为 0.447%，竖向外侧配筋为 20150，竖向内侧配筋为 20200，竖向配筋率为 0.797%，混凝土设计强度等级为 C40，抗渗等级为 S8，设计坍落度为(142)cm，并添加了 1.696%的C6210 型缓凝减水剂；施工期间，侧墙上出现的竖向裂缝宽度从 0.2mm 到 0.4mm 不等。根据有关资料调查统计，高层建筑地下室底板开裂的数量约占调查底板总数的10%，而地下室侧墙的开裂数量占调查侧墙总数的 85%以上2。可见，地下室侧墙混凝土开裂是高层建筑结构普遍存在的问题之一。 地下室侧墙混凝土裂缝大多为竖向裂缝，个别墙端出现斜裂缝，裂缝宽度一般(0.10.4)mm， 有的高达 0.5mm 的贯穿墙体的粗裂缝。侧墙裂缝使混凝土抵抗外界物质侵蚀的能力降低，导致钢筋锈蚀，降低了结构的可靠性，尤其是抗震能力。地下室侧墙的抗渗要求较高，一旦混凝土裂缝超过 0.1mm，就会引起地下室侧墙渗水，从而影响结构的正常使用，降低了结构的耐久性3。 完全避免地下室侧墙混凝土出现裂缝较为困难，但裂缝是可以预防和控制的。目前，从选择材料、结构设计、施工技术等方面控制侧墙混凝土裂缝有诸多措施，但大多数地下室侧墙还是出现裂缝。混凝土温度和收缩应力变化规律如何？究竟怎样预防和控制地下室侧墙裂缝？成为工程界普遍关注的问题。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 自 20 世纪初起， 人们就已经认识到大体积水工混凝土会因水泥水化时放热散发缓慢而产生明显的温升，并在随后的降温过程中，由于混凝土体积收缩受约束而开裂。为了减小水化放热产生的影响，开始采用掺