□周曰農(nóng)（國務(wù)院南水北調(diào)工程建設(shè)委員會辦公室）

□郭 磊 □陳守開（華北水利水電學(xué)院）

1.引言

泵站結(jié)構(gòu)一般屬于薄壁結(jié)構(gòu)，斷面形狀不一，比表面積大，受外界環(huán)境氣溫、水溫及濕度影響大，加上如果澆筑順序或工程施工質(zhì)量不好，就可能使得混凝土出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，超出允許抗拉強(qiáng)度就導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。對于裂縫，普遍認(rèn)為是多種因素共同作用的結(jié)果，主要是由于體積的變化及由體積變化受到約束而產(chǎn)生的應(yīng)力所造成的。國內(nèi)外學(xué)者從溫度和結(jié)構(gòu)著手，對防裂方法做了大量的研究，而其中以溫控防裂研究最多。常用的溫控防裂方法有：表面保溫，通水冷卻及添加外加劑等，墩墻內(nèi)布置砌體也可達(dá)到理想的防裂效果。

2.基本原理

砌體是包括多種材料的塊體砌筑而成的，其運(yùn)用在結(jié)構(gòu)中的主要原理是減少混凝土的用量，節(jié)約成本，不會產(chǎn)生水化熱，引起溫度變形，并且和混凝土結(jié)構(gòu)一樣有較強(qiáng)的抗壓性能。

在計(jì)算域R內(nèi)任何一點(diǎn)處，熱傳導(dǎo)方程可以表示為：

式中：為混凝土溫度（℃），a為導(dǎo)溫系數(shù)（m2/h），θ 為絕熱溫升（℃），τ為齡期（d），t為時(shí)間（d）。

所引起的溫度變形為：

式中：εx、εy、εz為溫度引起正應(yīng)變，γxy、γyz、γzx為溫度引起剪應(yīng)變，α-混凝土線脹系數(shù)或凍土自由凍脹系數(shù)，T-溫度。

3.工程實(shí)例

杭州某大型混凝土泵站采用C30混凝土，9月中旬澆筑，地基為砂土，相關(guān)參數(shù)見表1，鋼模板支護(hù)，表面裸露，就泵站進(jìn)水流道的漸變段設(shè)置磚砌體和沒有砌體兩種情況自然狀況施工進(jìn)行仿真分析，其中磚砌體是在周圍混凝土澆筑前施工，在周圍混凝土澆筑前保持砌體濕潤，砌體的設(shè)置都是由經(jīng)驗(yàn)而來，砌體布置位置及特征點(diǎn)位置見圖1。

圖1 砌體設(shè)置部位和特征點(diǎn)布置圖

就第3流道的進(jìn)水流道段進(jìn)行研究，由于結(jié)構(gòu)對稱，取一半建模，有限元計(jì)算模型見圖2。

3.1 氣象資料

由于缺乏實(shí)測數(shù)據(jù)，考慮溫度年變化，參考文獻(xiàn)來選取平均各月相對濕度和月平均溫度見表1。

3.2 計(jì)算參數(shù)

圖2 有限元模型圖

表1 月平均溫度表

圖3 有無砌體特征點(diǎn)溫度、應(yīng)力歷時(shí)曲線圖

式中：C 為徐變度；t為時(shí)間（d）；為混凝土齡期（d）。

3.3 結(jié)果分析

通過對有無砌體兩種施工情況計(jì)算結(jié)果分析可知，設(shè)置磚砌體減小了水化熱，使得流道混凝土內(nèi)外溫度都有所降低，只是降低的幅度有所不同。靠近砌體的內(nèi)部點(diǎn)在沒設(shè)砌體時(shí)最高溫度為43.7℃，出現(xiàn)在齡期3.3d，而設(shè)置砌體之后內(nèi)部點(diǎn)溫度峰值為38.5℃，出現(xiàn)在齡期1.5d；對于流道表面點(diǎn)，降溫幅度不是很明顯，由此可見，設(shè)置砌體可以大大減小流道內(nèi)外溫差，從而減小早期表面的溫度應(yīng)力。

設(shè)置磚砌體對內(nèi)部點(diǎn)應(yīng)力的影響是不利的，設(shè)置磚砌體導(dǎo)致內(nèi)部點(diǎn)應(yīng)力增加，增大了后期“由里及表”型裂縫出現(xiàn)的幾率。這種不利影響的主要原因應(yīng)該是混凝土與磚砌體變線膨脹系數(shù)相差過大。一般認(rèn)為混凝土線膨脹系數(shù)比磚砌體線膨脹系數(shù)大一倍，在環(huán)境溫差影響下，混凝土產(chǎn)生熱脹冷縮變形比較大，而磚砌體變形則小得多，兩者之間因性能差異產(chǎn)生相對位移，致使內(nèi)部應(yīng)力加大。改變這種情況的措施是選擇線膨脹系數(shù)與混凝土相差不多的砌體材料。

4.結(jié)論

泵站流道的漸變段混凝土體積一般很大，散熱速率慢，加上底板的約束，是極其容易產(chǎn)生裂縫的。針對這種特殊的問題，本文通過對砌體對裂縫產(chǎn)生的影響進(jìn)行了研究，可知：

4.1 設(shè)置砌體可以減小混凝土早期的表面溫度應(yīng)力，減少早期表面裂縫的產(chǎn)生幾率。4.2設(shè)置砌體有可能導(dǎo)致后期“由里及表”型裂縫出現(xiàn)的幾率增大，砌體材料的選擇至關(guān)重要。

表2 材料參數(shù)表

[1]白繼中，賈海亮，辛雁清.水工混凝土裂縫的研究[J].山西水利科技，2000,1:23-27.

[2]丁寶瑛,王國秉,黃淑萍,等.國內(nèi)混凝土壩裂縫成因綜述與防止措施[J].水利水電技術(shù),1994,（4）:12-18.

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