混凝土分层浇注叠合面应力分析

摘要：随着经济飞速发展，现代建筑往天空越盖越高，往底下越挖越深，伴随而来的，是构件尺寸的增大，巨型框架，巨型转换梁，筏板承台的应用越来越普遍。由于混凝土结构形成过程中，在水化作用下，大体积混凝土施工时会产生很高的温度，使混凝土构件内外温差较大，影响结构的耐久性和安全性，产生温度裂缝。因此有效地控制温差是大体积混凝土施工的重要措施。而控制大体积混凝土内外温差的方法有很多，平常用得最多且最经济的是将大体积混凝土分层浇筑，新旧混凝土交接部位，除了后浇筑混凝土收缩产生剪应力外，新旧混凝土材料之间的咬合力是否满足整体性要求，是叠合面不出现受力裂缝的关键，本文通过数学模型方法，得出叠合面应力方程，帮助施工选择分层的厚度，具有现实意义。

关键词：巨型框架；筏板承台；分层浇筑

1 混凝土的收缩

混凝土收缩类型有很多种，主要包括：干缩收缩，温度收缩，碳化收缩，塑性收缩等，我们平时所说的混凝土收缩，一般指的是上述各种收缩值的总和。混凝土的收缩引起的变形和荷载作用下的收缩变形叠加，将引起受弯构件的挠度和裂缝的增大。根据大量的统计及实际工程观察发现，工程中出现的裂缝，大部分不是结构性裂缝，约占80%。同时，在混凝土非结构性裂缝中，收缩裂缝又占相当大的部分。综上所述，若不能有效控制、预防混凝土的收缩裂缝，将对结构的安全及正常使用产生不利影响，导致混凝土耐久性及承载力的降低。

2 影响混凝土收缩的因素

影响混凝土收缩的因素有很多，大体可以归纳为：内因，外因。其中，内因包括混凝土骨料，配合比等；外因包括环境因素，养护因素，还有构件尺寸大小。

3 叠合面的粘合机理

先、后浇注的混凝土通过叠合面粘结成一整体 ，叠合面区域完好无缺陷是前提。施工时，通常做法是将叠合面的浮浆和退化的先浇筑的混凝土去掉，并将叠合面凿毛，使叠合面形成合适的粗糙面。大量研究表明，叠合面的粘结不依赖化学键的作用，而是靠各种物理力作用，如机械咬合力。

4 叠合面的破坏机理

先、后浇注的混凝土，叠合面是新旧混凝土唯一的结合面，但新旧混凝土的破坏面不是唯一的，而是在新旧交接的叠合面附近，由无数个叠合面在一起构成的叠合区，新旧混凝土的粘结成效取决于这一叠合区的微观结构和力学特征。混凝土是粗骨料加水泥砂浆结合而成的，混凝土内部有砂浆的空隙或粗骨料之间的微裂缝，是多孔，多相的复合材料。混凝土内部组织中的潜在缺陷，裂隙成为混凝土最薄弱的环节。在荷载或非荷载因素作用下，混凝土结构的破坏始于内部潜在裂隙周边的高度应力集中，从开裂到发展到不稳定裂缝，最后导致混凝土结构的完全破坏。新旧混凝土分层浇注与整体浇注的混凝土破坏机理基本相同，不同的是新旧分层浇注的混凝土内部缺陷有可能比整体浇注的混凝土要严重，内部应力分布更为复杂，这是新旧分层浇注的混凝土强度比整体浇注要低的原因。叠合面的破坏表现为其最大剪应力超过其对应龄期的最大允许剪应力，从而发生剪切破坏。

5 混凝土分层浇注叠合面应力计算模型

假设有一横断面宽度为b，高度为h的矩形截面梁，长度为L，梁跨中作用集中荷载F，集中弯矩M，剪力为V，如图一所示。

需要注意的问题：

1.从横截面剪应力分布规律可以看出，中性轴位置恰恰是最大剪应力发生的位置，故不是所有构件，例如转换梁等，分层浇注都在中性轴位置都能满足要求，分层浇注面的确定，应通过计算分析。

2.当计算不满足要求时，可以有很多办法来处理，最简单且行之有效的是将分层面往上提，其次，可以通过埋设抗剪钢筋等办法来增加分层面的咬合力。这个问题不在本文讨论的范畴。

6 结束语

本文通过数学模型方法，得出叠合面应力方程，帮助施工选择分层的厚度，具有现实意义。同时也要注意，公式是基于完全弹性材料假定得出的，而混凝土本身是带微小裂缝的材料，只有在外力作用很小的情况下才有弹性材料的特性，故在外在作用力很大的时候，应注意公式的修正，或者要适当乘以安全系数，以保证工程的安全可靠。由于水平有限，不免有错漏的地方，恳请指出批评。

参考文献

[1] 任文敏，陈艳秋，范钦珊，材料力学 清华大学出版社.2004年

[2] 邵红艳，竺润祥，任茶仙. 结构温度场和温度应力场的有限元分析[J]. 宁波大学学报（理工版）. 2003（01）

作者简介

陆建林（1980.12-）男，学历：本科，职称：中级，主要从事建筑结构设计工作。