普通厚度上部超長混凝土結(jié)構(gòu)小環(huán)境溫差取值系數(shù)研究*

葉 林，張同波，李翠翠，許衛(wèi)曉

(1.青建集團(tuán)股份公司，山東 青島 266071； 2.青島理工大學(xué)，山東 青島 266033)

0 引言

隨著超長混凝土結(jié)構(gòu)的不斷應(yīng)用，超長結(jié)構(gòu)越來越多地采用無縫施工技術(shù)。無縫施工的關(guān)鍵在于控制溫度應(yīng)力，目前溫度應(yīng)力計(jì)算時(shí)采用綜合溫差。對(duì)于大體積混凝土，由于受環(huán)境的影響小，綜合溫差僅包含水化熱溫差和當(dāng)量溫差，忽略了環(huán)境溫差。但普通厚度(1m以下)混凝土溫度變化規(guī)律與大體積混凝土不同，受環(huán)境影響較大，環(huán)境溫差不能忽略，甚至在降溫季節(jié)占主導(dǎo)地位。

根據(jù)環(huán)境溫度對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響層次，將混凝土所受環(huán)境溫差劃分為大環(huán)境溫差、小環(huán)境溫差和內(nèi)環(huán)境溫差。大環(huán)境溫差指工程項(xiàng)目所在位置氣象溫度變化溫差，主要來源于氣象數(shù)據(jù)。小環(huán)境溫差指混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)際位置處空氣溫度變化溫差，受工況影響，來源于現(xiàn)場實(shí)測。內(nèi)環(huán)境溫差指混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度變化溫差，來源于結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋設(shè)傳感器實(shí)測。三者為層層遞進(jìn)、逐步影響的關(guān)系。真正影響混凝土內(nèi)部溫差的是受工況影響的小環(huán)境溫差，其取值是確定普通厚度混凝土溫度應(yīng)力的關(guān)鍵。

1 上部超長結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測試驗(yàn)

為研究上部超長混凝土結(jié)構(gòu)受環(huán)境溫差的影響，在10余項(xiàng)工程中進(jìn)行環(huán)境溫度和梁板內(nèi)部溫度監(jiān)測試驗(yàn)，典型試驗(yàn)情況如下。

溫度監(jiān)測試驗(yàn)選擇在某綜合樓1層頂梁板處進(jìn)行，在試驗(yàn)周期內(nèi)采集混凝土、環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，分析梁板溫度變化情況。具體試驗(yàn)位置為1層⑨，，，軸所交頂梁板，區(qū)段長27m、寬16.97m，梁高1 200mm、寬400mm，板厚120mm。在梁板上共布置7個(gè)測點(diǎn)，其中1，7號(hào)測點(diǎn)在每塊板板厚中間位置，2～6號(hào)測點(diǎn)在梁上，分別距梁上表面0.05，0.05，0.6，0.6，1.15m，如圖1所示。8號(hào)測點(diǎn)為小環(huán)境溫度測點(diǎn)，布置在試驗(yàn)部位上層，大環(huán)境溫度采用氣象測站數(shù)據(jù)。試驗(yàn)監(jiān)測周期為7個(gè)月，測溫曲線如圖2所示。

圖1 測點(diǎn)布置

圖2 測溫曲線

2 上部超長結(jié)構(gòu)環(huán)境溫差數(shù)據(jù)分析

2.1 不同尺寸梁環(huán)境溫差

為分析環(huán)境溫度變化對(duì)梁板溫度的影響，依據(jù)工序變化選取不同尺寸梁代表性環(huán)境溫度變化時(shí)間段，如表1～4所示。其中，滯后時(shí)間為小環(huán)境、梁內(nèi)滯后于大環(huán)境的時(shí)間，溫差比為小環(huán)境、梁內(nèi)溫差與大環(huán)境溫差之比。

由表1～4可知，梁板溫度達(dá)環(huán)境溫度后，梁內(nèi)溫度隨著環(huán)境溫度的變化而變化，但有一定滯后性，梁滯后時(shí)間為4～10h。小環(huán)境溫度隨著大環(huán)境溫度的變化而變化，二次結(jié)構(gòu)砌筑前，小環(huán)境與大環(huán)境溫差比為0.64～1.02，滯后時(shí)間為0～5h。梁在模板拆除前內(nèi)部與大環(huán)境溫差比為0～0.64，梁尺寸越小溫差比越大，即尺寸較小的梁受環(huán)境溫度的影響較大。梁模板拆除后，內(nèi)部與大環(huán)境溫差比增至0.15～0.79，說明模板可明顯降低梁板結(jié)構(gòu)受環(huán)境溫度變化的影響。二次結(jié)構(gòu)砌筑完成后，小環(huán)境與大環(huán)境溫差比、梁內(nèi)與大環(huán)境溫差比明顯減小，梁測點(diǎn)溫差比僅為0.09～0.13，說明二次結(jié)構(gòu)砌筑后可明顯減少梁板結(jié)構(gòu)受環(huán)境溫度變化的影響。

表1 620mm×300mm梁環(huán)境溫差

2.2 不同工況梁板環(huán)境溫差

不同工況、尺寸梁板受環(huán)境溫度的影響情況如表5所示。模板搭設(shè)前、模板搭設(shè)至混凝土澆筑、混凝土澆筑至模板拆除、模板拆除至砌體施工前、砌體施工完成至門窗封閉前、門窗封閉后的小環(huán)境與大環(huán)境溫差比分別為0.72～1.35，0.80～1.00，0.45～0.80，0.56～0.84，0.48～0.76，0.16～0.37。

表2 700mm×400mm梁環(huán)境溫差

表3 1 200mm×400mm梁環(huán)境溫差

表4 2 000mm×400mm梁環(huán)境溫差

表5 不同工況、尺寸梁板受環(huán)境溫度的影響情況

3 結(jié)語

1)通過對(duì)不同尺寸梁試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到不同尺寸梁受環(huán)境溫度的影響情況，梁板尺寸越小，受環(huán)境溫度的影響越大。二次結(jié)構(gòu)砌筑完成后，小環(huán)境與大環(huán)境溫差比明顯減小。

2)通過分析得到不同工況、尺寸小環(huán)境與大環(huán)境溫差比變化規(guī)律和計(jì)算值，可用于計(jì)算基于氣象大環(huán)境溫度變化時(shí)不同工況下小環(huán)境溫度變化。

3)模板具有較好的保溫作用，可減小環(huán)境溫度對(duì)梁板的影響。二次結(jié)構(gòu)砌筑后，梁板受環(huán)境溫度的影響變小。門窗封閉后，上部結(jié)構(gòu)受環(huán)境溫度的影響最小，可忽略。因此，對(duì)于季節(jié)溫差變化較大的地區(qū)，應(yīng)設(shè)置二次結(jié)構(gòu)、采用豎向分段流水施工方法等，進(jìn)入秋、冬季節(jié)時(shí)需及時(shí)砌筑二次結(jié)構(gòu)、封閉門窗，減小環(huán)境溫度對(duì)梁板的影響。