地下室侧墙纤维混凝土抗裂性能研究(2)

纤维混凝土上的抗裂性能研究

第1期周　露等:地下室侧墙纤维混凝土抗裂性能研究

　　 93　　

2　工程实例分析

某工程地下室[2]长36m,墙高4.2m(其中有

0.4m与基础底板一起浇注),墙厚400mm,地下室底板厚1m,混凝土的强度等级为C40,混凝土中掺入体积含量为0.9%(大于临界纤维体积率)的聚丙烯纤维。

聚丙烯纤维为束状单丝纤维,单丝的直径为48Lm,与水密度的比值为0.91,纤维含湿量小于0.1%,纤维抗拉强度为300～450MPa,弹性模量为3.5～5GPa,约为混凝土的1/10。2.1　计算假定

采用ANSYS软件,对掺入聚丙烯纤维的地下室混凝土侧墙进行有限元分析,分析时采用如下基本假定:

(1)纤维混凝土为各向同性的均质材料,不考虑混凝土内钢筋的影响,结构在静力和温度作用下,混凝土始终处于弹性变形范围内;

(2)基础底板混凝土收缩变形已完成,侧墙纤维混凝土收缩变形均匀分布;

(3)在侧墙温度场范围内,材料的特性不随温度而改变;

(4)不考虑纤维与混凝土之间的粘结滑移;(5)不考虑与侧墙整浇的框架柱对墙体影响;(6)聚丙烯纤维为各向异性材料,纤维在混凝土中为三维乱向分布,根据纤维混凝土复合材料理论,有限元分析时采用普通混凝土的本构模型,纤维混凝土弹性模量为普通混凝土弹性模量的95%。

2.2　初始条件和边界条件

该工程墙体下端与基础底板连接,上端与地下室顶板连接。由于顶板厚度相对墙体和底板较薄,可认为墙体与顶板同步变形,本工程侧墙拆模时,尚未浇筑顶板混凝土,可将计算模型简化为沿墙长下端与底板为固定约束,上端为自由。计算侧墙温度场时,底板底部和侧面按绝热状态考虑,底板上部和墙体顶部与空气接触。墙体内外两表面,拆模前模板表面与空气为热对流边界,拆模后混凝土光滑表面与空气为热对流边界[2]。计算墙体应力场时,取2.4m宽基础底板与侧墙相连,底板底部取固定约束,底板侧面赋予垂直该表面墙体的位移约束。

计算侧墙混凝土温度场时,混凝土单元的初始温度为浇筑温度,取为25℃,混凝土比热为0.

) ℃),水泥生热量为330×536×(1-exp(-0.69×(i/24)0.56))(i为时间,h),拆模前混凝土表面有20mm厚的木模,其比热为1.8kJ/(kg ℃),导热系数为0.837kJ/(m h ℃)。混凝土侧墙浇筑7d后拆模,混凝土表面受风速的影响,浇水养护期混凝土表面放热系数为54kJ/(m h ℃),模板的对流系数为48.5kJ/(m h ℃),环境温度最高温度为29℃,最低为20℃[3]。

计算应力场时,读入热分析结果,将其作为结构荷载。C40混凝土,弹性模量为1-exp(-0.28

0.52

×(i))×3e10N/mm2,密度为2400kg/m3,泊松比为0.2,线膨胀系数为1.0×10-5/℃,施工期间不采取任何温度控制措施[3]。

2.3　建立模型及计算

热分析采用SOLID70单元,应力分析采用SOLID45单元;热分析完毕后,把热分析结果导入SOLID45单元进行应力计算。按间接法,先进行热分析,求出每个迭代步的温度,进而求出相邻时间的温差,用对应时刻的弹性模量求出每个迭代步温度应力的增量,最后将所计算的应力值叠加后得到每天的温度应力。结构分析模型采用三维实体模型,根据地下室侧墙结构几何对称的特点,选取1/2长侧墙与相应2.4m宽的基础底板建模(图1),吊模段取为0.4m。规定沿墙体长、高、宽方向分别为x,y,z轴。

[4～6]

2

2

图1　地下室侧墙的计算模型及网格划分

2.4　聚丙烯纤维混凝土侧墙的温度场2.4.1　沿侧墙长度方向温度分析

分析温度场时,设定每12h为一个迭代步,考虑浇筑后14d的温度场,总共28个迭代步。有限元分析时,近似认为底板的水化热已经结束。

地下室侧墙纤维混凝土浇筑后,沿墙体长度方向温度分布见图2。侧墙表面温度分布较为均匀,截面内温度高于侧墙表面温度,墙中间温度明显高于墙顶部和底部与底板连接处;墙顶部暴露