超长膨胀混凝土结构收缩徐变监测与时变性分析

房胜兵

摘 要：膨胀混凝土大量使用在超长预应力混凝土框架结构中，为研究其收缩徐变规律，进行膨胀混凝土材料的收缩性能的试验研究，基于试验数据对结构典型单元的收缩徐变进行跟踪监测和时变性分析。获得膨胀混凝土材料的收缩规律和结构的收缩徐变规律；检验超长预应力混凝土框架梁板构件采用膨胀混凝土抵消早期收缩的效果。根据膨胀混凝土收缩性能的研究数据和实际施工进度计划，对典型结构单元施工阶段进行模拟计算分析，对计算结果与实测数据进行数理分析，结果显示对结构收缩徐变模拟分析的方法是可行的。

关键词：超长结构 收缩徐变 膨胀混凝土 跟踪监测 时变性分析

中图分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）005-001-04

随着现代结构技术的飞速发展和建筑功能的高要求，结构长度往往为了满足建筑的需要而超出规范要求。很多超长混凝土结构通过掺加膨胀剂来缓解混凝土早期收缩的影响，同时采用预应力技术来改善结构正常使用条件下的工作性能。合理和较为准确的超长结构的计算分析和设计必须考虑收缩徐变时变性因素的影响。

2 结构跟踪监测

2.1 测点布置

2.2 监测难点、流程及方法

2.2.1 监测难点

季节性温差、骤降温差、日照温差等温度影响对超长结构本身产生的应力、应变影响往往是不可忽视的，这方面的研究比较多，本文不再赘述详。这部分应力、应变与收缩徐变导致结构产生的应力、应变往往同时存在。要将收缩徐变和温度影响分别开来有一定难度。本次监测尝试一些排除温度影响的方法，以获得较为单纯的收缩徐变时变规律。

2.2.2 跟踪监测流程及方法

（1）在预定位置钢筋绑扎完成时预埋振弦式应变计，以应变计在混凝土浇筑后初凝时的读数作为初始数据。然后依次记录混凝土浇筑后第0天（初凝），1天，3天，5，天，7天，10天，14天，21天，28天，45天，60天及以后每个月各采集一次的应变数据。并记录相应的混凝土内部温度、环境温度和相对湿度，观察裂缝的发展情况。

（2）横向框架梁（数字轴线方向，后称横向）预应力张拉之前后各读一次数据。（目的是将预应力张拉引起的弹性应变影响排除掉）。同样次梁预应力张拉前读一次数据，张拉后读一次数据。（如框架梁与次梁同一天张拉，可将两次合并）。其后采集数据日期同a步骤。

（3）在8.2米层，14.2米层，18.9米层该区混凝土浇筑前后及横向预应力张拉前后也应读取各相应应力测点数据（本层可将预应力张拉引起的弹性应变影响排除掉，其下诸层可排除层间预应力张拉所引起弹性变形的影响），其他按a步骤继续读取数据。

（4）考虑到钢拱安装后将可能会对混凝土框架产生较大的推力。前后各测量一次（目的是为排除钢拱推力产生的弹性变形影响）。其他按a步骤继续读取数据。

（5）各主要施工工况完成后，条件允许的情况下，每个月测试一次，并观测梁板裂缝变化情况，记录下测试时的温度、湿度及时间。

2.3.2 板的内部温度及收缩徐变监测结果

3 模拟计算及其与实测结果对比

选取当前国内常用的Midas Gen7.8软件对结构的整个施工过程进行数值模拟分析，以研究计算模拟的混凝土结构的收缩徐变与实际监测的差异。

4 结论

（1）获得了超长结构普遍适用的掺加了膨胀剂的C40混凝土收缩应变时变曲线，其收缩规律与未加膨胀剂时存在较大差异。

（2）本次监测检验了该工程结构中的梁板构件掺加膨胀剂抵消前期收缩的效果。发现梁中的膨胀效果不尽如人意，而板中的效果较好。还发现梁板虽为同样的混凝土，但在膨胀剂作用下其收缩徐变发展规律并不相同，甚至在前期相反。梁的收缩徐变发展规律与混凝土材料的前期收缩规律基本相反，而板基本与材料的收缩规律相同。经查证主要因为在梁中水化热不低于50℃，相对湿度为60%～85%条件下，膨胀剂的作用发挥受到限制，这在设计和施工中应给予足够的重视。本次长期跟踪监测较好的排除了温度的影响，获得了超长结构施工阶段梁板构件的收缩徐变发展规律曲线。

（3）数值模拟较好的模拟出了板的收缩徐变时变规律，可以预知在对其次内力计算时的结果具有一定的可靠性。在以后掺加了膨胀剂的低水化热（一般小于30℃）或者未掺加膨胀剂超长混凝土结构的模拟中，该分析方法可以提供较好的参考数据。同时，可以认为本次跟踪监测方法具有一定的可行性，对于以后该类结构收缩徐变的研究具有一定的参考价值。

参考文献：

[1] 韩重庆.大面积预应力混凝土梁板结构不设温度缝研究[D].南京：东南大学，2001.

[2] 刘兴法.混凝土结构的温度应力分析[M].北京：人民交通出版社，1991.

[3] 吴中伟，张鸿直.膨胀混凝土[M].北京：中国铁道出版社，1990：1-12.

[4] 周俊龙，杨长辉，潘昕.温湿度对混凝土膨胀剂膨胀作用的影响[J].混凝土，2007（11）：73-76.