超长结构间歇法施工技术研究与应用

作者：江湖笑笑生科技研发课题验收报告课题名称： 超长结构间歇法施工技术研究与应用 课题承担单位（盖章）： 课题起止时间： 2018年01月至2018年12 月 课题验收时间： 2018年12月 目 录1.绪论11.1选题背景11.2国内外研究现状21.2.1超长混凝土结构研究现状21.2.2国内现有工作基础31.2.3课题单位现有工作基础（已有相关成及开展的研究）51.3本研究研究的内容和目标51.3.1研究目标51.3.2研究与开发的主要内容62超长结构无缝施工的基本理论问题62.1超长混凝土结构收缩的基本理论62.1.1 混凝土收缩的基本理论72.1.2 混凝土变形计算的基本理论82.1.3 混凝土温度应力的相关理论82.2 超长大体积混凝土施工方法102.2.1 超长混凝土施工规范要求102.2.2 超长结构跳仓法、间歇法施工相关理论122.2.3 不同约束条件下的存在的问题132.2.4 超长大体积混凝土的浇筑142.2.5 超长大体积混凝土的养护152.3 超长结构间歇性施工的技术路线162.4 不同结构部位施工组织与间歇时间问题162.4.1 墙体约束取值研究172.4.2 普通梁板结构约束取值研究173 超长混凝土结构间歇性施工技术发展的重点领域193.1 间歇法施工分段长度划分理论计算193.2 分块间相互作用机理分析203.2.1 研究对象概述204.2.2 不同阶段的划分214 超长结构间歇性施工研究建议225结论231.绪论1.1选题背景随着我国经济的发展与生产力的提高，促进了大批机场、体育场馆、会展中心等大型复杂建筑的兴建，这些工程推动了我国超长混凝土结构无缝施工工艺的发展，如何进行大型超长结构无缝施工组织以及确定一直是一个难题。 由于人们对建筑的性能要求越来越高，如今超长混凝土结构在建筑中被大量采用，建筑师对不设置后浇带的混凝土结构的长度要求越来越高，工程师们对抗裂措施提出了更新更高的要求。温度变化对混凝土开裂问题的影响作用不容忽视，特别是超长结构由于自身降温产生的收缩变形较大，而当变形受到约束作用时就会在结构内产生较大的拉应力，导致混凝土在温度收缩应力的作用下产生局部开裂现象。为了避免超长混凝土结构的开裂，目前设计方多采用设置后浇带的设计方法以释放收缩应力，即将超长混凝土结构用后浇带划分为多个部分，各个分块分别施工和浇筑，后浇带在保留两个月后封闭。然而，大量的后浇带工程实践证明了其不可避免的问题和缺陷。若取消后浇带改为无缝施工，就需要对温度作用的大小进行定量的计算分析，从而使混凝土不出现影响其整体性和耐久性以及使用功能的裂缝。本选题的目的就在于在取消后浇带改用无缝施工的前提下，对不同超长构件的工程实践资料统计分析及现场试验研究，通过计算得出较短且合理的分块浇筑间歇时间。本课题对间歇法施工中典型的先浇块与后浇块在不同间歇时间下的温度应力状态进行了理论分析，结合试验数据推导出了约束条件复杂的后浇块最大应力计算公式。对青岛地区的诸多工程进行了实地温度及应变的监测工作，利用推导出的公式计算出了不同结构构件分块浇筑时较短且合理的间歇时间。收集了青岛地区大量相关工程资料，对不同结构构件施工组织进行了统计，并运用网络图对其工序关系和时间进行分析。此外还提出了“顺序与跳仓相结合，间歇与加强相结合”的超长结构间歇法施工的创新技术工艺。间歇法施工克服了设置后浇带可能带来的耐久性、耐火性、水密性、施工性和维修性等方面产生的问题和引起的建筑物的缺陷。混凝土浇筑间歇时间的研究将对超长结构施工产生十分重要的指导意义。不同结构构件分块浇筑合理的间歇时间，对现场施工组织的安排，施工进度以及项目的经济效益，社会效益产生直接有利影响。1.2国内外研究现状1.2.1超长混凝土结构研究现状混凝土结构设计规范（GB50010-2010）中对长超混凝土有明确的规定：即伸缩缝的间距超过规范规定要求的最大间距的钢筋混凝土结构，或者概括为混凝土的伸缩缝间距虽没有超过规范规定的限定值，但结构收缩作用大、温差变化大、对楼屋盖约束作用比较大的竖向结构抗侧构件等钢筋混凝土结构。 超长混凝土结构在国内外已被研究多年，在已完工的工程上取得了巨大的成就，获得了许多宝贵的经验。许多的科研人员在超长混凝土结构的构造设计和结构计算、施工的方法、结构裂缝的控制上面做了大量的研究，并制定了相应的施工规范来进行工程的指导。 前苏联、英国、德国等国家均在规范中对超长混凝土结构伸缩缝设缝间距作出明确规定，但也提倡采用合理的技术手段及措施来降低结构中混凝土所产生的温度应力。 Emborg 和 Bemander3在考虑到早期混凝土温度变化、温度传导以及配筋因素的影响，进行了许多的徐变试验、混凝土热体积自由缩膨试验、松弛试验等，在控制温度应力方面做出了重要贡献。 A Ghali，R Fare 和 M Elbadry在混凝土收缩、徐变及开裂作用下结构内力方面通过采用杆系单元模型进行了深入的研究，推动了在超长混凝土结构在实际工程中的使用。 我国对超长混凝土结构的研究起步比较晚，但却对超长混凝土结构有着共同的认知，即温度应力是引起超长混凝土结构产生裂缝的主要原因。由于工民建结构复杂多样，对温度应力的研究也有所局限，尤其是对超长混凝土结构不同约束作用的研究、温度场变化方面的实测数据匮乏。 著名裂缝控制专家王铁梦先生，在大量工程实践的基础上提出的“抗”与“放”相结合的跳仓法施工工艺，以及对各种结构因温度变形引起的裂缝简化计算方法被广泛应用于超长混凝土结构的施工、设计当中，具有指导意义。通过对以往实际工程裂缝控制的实践总结，在工程结构裂缝控制一书当中，综合分析了混凝土物理性质、温度应力及徐变作用的基础上提出的“跳仓法”施工技术，明确了大体积混凝土 7-10 天的跳仓间歇时间，同时也对取消后浇带、永久性沉降缝，合理的跳仓顺序做出了详细的说明，对增长混凝土一次性施工的长度，减少施工缝的数量，提高整体性，节约时间具有重要的意义。 严平副教授在“二墙合一”技术的基础上提出了一种超长钢筋混凝土地下室结构考虑约束体作用的无永久缝设计方法。在地下室侧墙的抗土压力、抗渗等方面有良好的表现。 杨忠宝结合具体工程对超长混凝土结构进行监测，通过对监测结果的分析,得出超长混凝土楼板内各测点的温度变化规律、应变随温度变化的基本规律等。 赖航依托相关工程对超长超大混凝土底板的裂缝控制进行了理论研究，阐述了裂缝控制过程中各参数取值的计算方法，并利用有限元模拟底板在跳仓法施工过程中的温度和应力的变化，并指出不同浇筑顺序对施工的影响。 申颖主要对施工过程中的间歇时间进行了相应的研究分析，在保证施工顺利进行，施工组织合理有效方面提出了相应的理论，对施工组织的进度计划的编写具有参考意义。 吴伟主要以青岛具体工程为例，通过对大量工程的分析统计，对超长混凝土结构间歇法施工做出了研究，明确了相邻混凝土块浇筑的最短间歇时间。结合工程中对不同构件混凝土温度和应变的监测数据，推导出后浇块最大应力的计算方法。并对不同项目的施工组织分析，得到相邻施工段混凝土浇筑较短的间歇时间，提出的“顺序与跳仓相结合，间歇与加强相结合”的间歇法施工创新工艺，对缩短施工工期，提高经济效益具有指导意义。1.2.2国内现有工作基础我国的混凝土结构设计规范(GB50010-2010) 1对房屋建筑工程结构伸缩缝的最大间距作如下规定:对于现浇式结构，普通砖混结构50米，框架结构55米，剪力墙结构45米，框架一剪力墙结构根据框架和剪力墙的具体布置情况取45-55米之间，通常取50米，挡土墙、地下室墙壁等类结构30米。超长结构无缝设计技术，通过在多个工程实践中的应用，证明是行之有效的，各项防裂技术措施的综合运用，可以解决不同类型的超长结构无缝设计的裂缝控制问题。英、美、法、日等国的混凝土结构设计规范对伸缩缝间距无严格规定，只要求超过一定长度后需计算温度应力并采取相应的措施。前苏联、德国、东欧等国家的设计规范中明确规定，对荷载裂缝有计算公式并严格限制裂缝宽度，但对变形引起的裂缝没有计算规定，只要每隔一定距离留一条伸缩缝，即采取“留缝就不裂”的设计原则。国外的ACI委员会、日本建筑学会及英国设计规范认为施工中应采用“分缝分块”的方法。我国对工民用混凝土结构温度场的理论研究以冶金建筑研究总院王铁梦教授为代表，他针对各类典型结构提出了一些温度应力与温度裂缝实用简化计算方法，己被相当一部分工程技术人员所接受。在温度应力计算方面，目前施工单位也多采用公式分开计算外约束力与内约束力，计算简单，易于运用。王铁梦教授提出水化热升温至峰值后，水化热的产生速率开始小于散热的速率，继续散热便引起温度下降，这种降温时间逐渐趋缓直至水化热能耗尽，一般可延续十余天至三十余天，此外还提出大体积混凝土跳仓间隔的时间7-10天，对施工的间歇时间具有指导意义。此外他还提到，我们实际施工过程中，有时间隔时间3天浇筑的混凝土也没有出现问题。刘旭晨、黄卫针对混凝土早期收缩开裂影响进行的试验研究表明：混凝土的胶凝材料与水泥细度、水胶比和温度等因素有关，掺有粉煤灰的胶凝体系抗裂性能明显高于掺有硅灰胶凝体系的抗裂性能。 T.H.Hattel建立了三维热力学模型，采用体积控制方法对早期混凝土开裂行为进行数值模拟。 朱耀台针对混凝土早期收缩裂缝，从形成机理和理论入手，通过试验对养护条件和外加剂等因素进行对比分析，得到新浇混凝土收缩应力分析计算方法，提出以早期养护为主，材料减缩为辅的裂缝控制理论。混凝土温度收缩应力计算对超长混凝土结构无缝施工间歇时间的研究具有重要意义。国内外对建筑物温度场的研究，大部分集中在大体积混凝土方面。这主要是因为大体积混凝土结构由温度作用引起的破坏后果比较严重。近年来，对于工业与民用建筑中的高层建筑和复杂结构，也越来越多的考虑温度作用，但对超长混凝土结构温度场的研究还不多，而且超长结构设计、施工、温度应力的分析及后期实测数据比较少，部分领域尚属空白。因此我们对超长结构无缝施工间歇时间的深入研究便具有非常重要的意义。1.2.3课题单位现有工作基础（已有相关成及开展的研究）我局对青建、万科等有超长结构建设基础的企业进行实地走访。这些企业通过引进或自主创新，在一些地区开展了试点，并已有部分工程完工试用。我局在该领域研究取得的成果： 发表论文2篇，分别为：超长混凝土结构后浇带施工技术的应用；超长钢筋砼结构间歇式无缝施工技术；申请专利10项（授权6项，受理4项）。目前已成立超长结构间歇法施工技术研究与应用小组，课题组已经初步对这些技术难题进行了分析，对以往国内类似工程的资料、研究内容进行了收集；2018年12月5日，我局召开了超长结构间歇法施工技术研究研讨会，来自河南省建筑科学研究院、郑州大学、河南工业大学设计研究院、河南理工大学等单位的各位专家就该领域问题展开了广泛深入的探讨，并提出了合理化的建议，指明了研究、开发超长结构间歇法施工技术的方向，并明确了研究目标，确立了重点任务，制定了课题实施规划。经费方面，在工程局领导和支持下，可以提供充足的科研资金，完全可以支持本课题完成。1.3本研究研究的内容和目标1.3.1研究目标通过统计大量工程相关资料，分析影响间歇时间的关键工序和因素，并对工程的超长结构不同部位温度及应变进行现场监测及数据分析，提出相应的计算公式，可用于评估超长混凝土不同结构部位无缝施工时相邻分块浇筑的合理间歇时间，并提出一种指导