CN111809659A - 地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，沿着所述长纵结构的纵向方向，间隔若干距离增设配套的横向梁与边柱，所述横向梁分别设置在顶板与底板上，所述边柱设置在两侧边墙上，所述横向梁与所述边柱首尾相连形成封闭框架。本发明通过在纵长结构设置增设梁、增设柱及封闭框架，同时增加设置抗裂钢筋，一方面增大梁柱结构的截面面积和配筋率，提高结构纵向刚度和抗拉应力，另一方面，截断结构合拢后期收缩应力积累，截短收缩影响长度，以避免长纵结构因收缩应力造成的结构性开裂，保障主体结构安全性和耐久性，确保安全运营的同时节约大量的混凝土裂缝堵漏、修复费用，经济效益良好。
Description
技术领域
本发明涉及工程建设技术领域，更具体地说，是涉及一种地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统。
背景技术
地铁工程是现代化城市重要的市政交通工程，承载着大客流的城市居民出行重任，其工程质量是百年大计。
地铁等地下工程中，其混凝土主体结构主要防水部位为底板、边墙和顶板，这些部位考虑结构受力、经济性和轨行区净空要求，基本采用单向板设计，长度均在200米以上，部分长度在500m以上，当主体结构合拢后，形成长度达200m以上的单项板结构，造成主体结构横向刚度大，纵向刚度小的情况。在这种情况下，由于工程时间较长，在结构合拢之后，混凝土干燥收缩，产生混凝土收缩应力，混凝土易产生横向的水平裂缝与竖直裂缝等有害裂缝。在富水地区，特别是深圳等沿海城市，地下水对混凝土和钢筋都具有腐蚀作用，直接影响结构的安全性和耐久性，而这些有害裂缝存在进一步地影响到地铁等地下工程的质量。即使在交付使用时能够勉强通过工程验收，但是在运营阶段，特别是水位达到设计水位标高后，仍然重复发生结构渗漏，施工单位需支付巨额堵漏费用，单价是施工阶段的数倍以上，给施工总包单位造成很大的经济负担，降低工程效益，同时造成的社会负面影响，威胁到乘客的安全和便利。
《混凝土结构设计规范》(GB500100-2010)表明增加墙厚和增加纵向钢筋，以提高纵长结构的结构刚度。即便长纵结构设置有后浇带，在主体结构合拢后仍然有20-30％的收缩应力逐渐在后期释放，周期长达数年时间，由于地铁车站与区间太长，在后期仍会积累产生较大的收缩应力，积累的收缩应力大于抗拉应力，造成主体结构产生有害裂缝。
以上不足，有待改进。
发明内容
为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统。
本发明技术方案如下所述：
地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，沿着所述长纵结构的纵向方向，间隔若干距离增设配套的横向梁与边柱，所述横向梁分别设置在顶板与底板上，所述边柱设置在两侧边墙上，所述横向梁与所述边柱首尾相连形成封闭框架。
上述的地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，沿着所述长纵结构的纵向方向，间隔若干距离设置收缩应力后浇带。
进一步的，相邻两道所述收缩应力后浇带的间距为30-40米。
上述的地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，所述横向梁、所述边柱均通过抗裂钢筋与结构板、结构柱固定连接，使所述封闭框架与所述长纵结构固定连接。
上述的地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，所述封闭框架的横截面呈“口”字形。
上述的地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，相邻两道所述封闭框架之间的距离不大于18米。
进一步的，相邻两道所述封闭框架间隔9-18米。
上述的地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，所述横向梁为明梁或暗梁。
上述的地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，所述边柱为明柱或暗柱。
上述的地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，具体施工步骤如下：
步骤A1.沿着所述长纵结构，间隔不大于18米配套设置所述横向梁与所述边柱；
步骤A2.所述横向梁、所述边柱与结构板、结构柱同时绑扎钢筋和浇筑混凝土。
进一步的，所述步骤A1之前设置
步骤B1.沿着所述长纵结构，间隔30-40米设置收缩应力后浇带；
所述步骤A2之后设置
步骤B2.所述收缩应力后浇带留置若干月后，浇筑混凝土，合拢所述长纵结构主体结构。
根据上述方案的本发明，其有益效果在于，
1.通过在纵长结构的纵向方向间隔不大于18米设置增设梁或/与增设柱，加大纵长结构的纵向刚度，同时设置了抗裂钢筋，提高钢筋的配筋面积和整体的配筋率，加大纵长结构的纵向刚度，二者结合提高纵长结构的截面抗裂能力，减少收缩应力对结构开裂的影响。
2.通过在纵长结构的纵向方向间隔不大于18米设置配套的横向梁与边柱形成封闭框架，同时配置抗裂钢筋，一方面增加横向结构截面尺寸积和主体结构配筋率，提高截面刚度、结构刚度及纵向刚度，另一方面，分段设置封闭框架阻隔收缩应力合拢，截断后期收缩应力积累，截短收缩影响长度，使各分段后钢筋混凝土的抗拉应力大于收缩应力。
本发明通过在纵长结构设置增设梁、增设柱及封闭框架，同时增加设置抗裂钢筋，一方面增大梁柱结构的截面面积和配筋率，提高结构纵向刚度和抗拉应力，另一方面，截断结构合拢后期收缩应力积累，截短收缩影响长度，以避免长纵结构因收缩应力造成的结构性开裂，保障主体结构安全性和耐久性，确保安全运营的同时节约大量的混凝土裂缝堵漏、修复费用，经济效益良好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为封闭框架的结构示意图。
其中，图中各附图标记：
1.横向梁；2.边柱；3.封闭框架。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当部件被称为“固定”或“设置”或“连接”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。“若干个”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，如图1所示，沿着长纵结构的纵向方向，间隔若干距离配套设置横向梁1与边柱2，横向梁1分别设置在上下两端的顶板与底板上，边柱2设置在两侧的边墙，横向梁1与边柱2首尾相连形成封闭框架3。
本发明旨在提高长纵结构的纵向刚度，提高单向板(包括顶板、底板及边墙)的横向抗裂能力，通过在纵长结构设置封闭框架3，同时增加抗裂钢筋的数量，一方面增大横向梁1 柱结构的截面尺寸和主体结构配筋率，提高截面刚度、结构刚度及抗拉应力，另一方面，截断结构合拢后期收缩应力的积累，截短收缩影响长度，以避免长纵结构因收缩应力造成的结构性开裂，整体结构简单，不影响主体结构。
在一个实施例中，沿着长纵结构的纵向方向，间隔若干距离设置收缩应力后浇带。优选的，相邻两道收缩应力后浇带的间距为30-40米。
收缩应力的特点是随着时间的推移，收缩应力会逐渐释放和减弱，在混凝土浇筑后14天内，收缩率可达到40-50％，两个月内，收缩率会达到70％左右。故在混凝土浇筑后两个月后，混凝土会释放约70-80％的收缩应力。设置收缩应力后浇带用以释放大部分收缩应力，剩余的 20-30％的收缩应力在纵长结构合拢后开始积累，并在后期数年之中逐渐释放。
该收缩应力后浇带在施工时，其浇筑工艺与常规后浇带相同，需注意的是，因封闭框架 3的设置导致主体结构的收缩应力积累减少，收缩率降低，为适应该情况，收缩应力后浇带需要满足：
1.与两侧结构混凝土的强度等指标相同；
2.采用60天强度评定配置混凝土，以减少胶凝材料用量，降低混凝土水化热和收缩；
3.从混凝土终凝开始，板采用蓄水冷却和保湿，墙采用麻袋敷面浇水降温和保湿。
在一个实施例中，横向梁1、边柱2均通过抗裂钢筋与结构板、结构柱固定连接，使封闭框架3与长纵结构固定连接。横向梁1与边柱2通过加密钢筋布置，增大长纵结构的截面刚度和纵向刚度，提高主体结构的抗拉应力值，令拉应力小于抗拉应力，从而提高主体结构的承载能力。
钢筋的收缩率小，且不受所处环境或建筑结构、温度的影响随着收缩，故可视作不产生拉应力，不对混凝土的主体结构产生裂缝造成影响。横向梁1及边柱2通过加密钢筋布置，截断收缩应力积累，减短收缩影响长度，将长纵结构上的收缩应力划分成若干段，降低主体结构的开裂风险。
在一个实施例中，封闭框架3的横截面呈“口”字形。优选的，封闭框架3的四角均设置有倒角。该结构为配合地下工程——地铁车站的形状和结构设置，故而也可为配合其他结构设置成不同形状，只需要横向梁1与边柱2首尾相连，在地下工程的内部空间形成封闭框架3即可。
优选的，相邻两道封闭框架3间隔9-18米。
长纵结构受到的自约束应力为
其中，
σz(t)为龄期为t时，因混凝土浇筑体里表温差产生自约束拉应力的累积值，
△T1i(t)为混凝土浇筑体的龄期为t时，在第i计算区段混凝土浇筑体里表温差的增量，
Ei(t)为第i计算区段，混凝土浇筑体龄期为t时，混凝土浇筑体的弹性模量，
α为混凝土浇筑体的线膨胀系数，
Hi(t，τ)为混凝土浇筑体龄期为τ时，在第i计算区段产生的自约束应力延续至t时的松弛系数。
其中，最大自约束应力为
由于混凝土因含水量的变化自收缩，产生收缩应力，该收缩应力会根据混凝土浇筑体的龄期的增长而逐步释放，在混凝土浇筑体成长初期，尤其是混凝土浇筑体浇筑后2-7天内，由于混凝土浇筑体内所含的水分变化率较大，体积变化速度较快，混凝土的收缩率高，收缩应力大，在这种情况下需要考虑收缩应力的叠加处理，考虑收缩当量温度应力的影响，即考虑大体积混凝土浇筑体内部的最高温度与最低温度变化。
长纵结构受到的外约束应力为
其中，
ΔT2i(t)＝ΔT2(t-j)-ΔT2(t)，
σx(t)为混凝土浇筑体龄期为t时，在外约束条件下因综合降温差产生的拉应力，
△T2i(t)为混凝土浇筑体龄期为t时，在第i计算区段内，混凝土浇筑体综合降温差的增量，
μ为混凝土浇筑体的泊松比，
Ri(t)为混凝土浇筑体龄期为t时，在第i计算区段，外约束的约束系数，
L为混凝土浇筑体的长度，
H为混凝土浇筑体的厚度，
Cx为外约束介质的水平变形刚度，
j为第i计算区段步长。
如下表所示，
根据上述公式计算结果，以及现场通过应力应变片实测结果，考虑到地铁工程不同结构的安全性问题，选择18米这一安全值作为封闭框架3的间隔尺寸。沿着长纵结构的纵向方向，间隔不大于18米设置封闭框架3，能够保证最大收缩应力积累时，截断收缩影响长度，降低对主体结构的拉应力，保持抗拉应力大于收缩应力，令混凝土主体结构避免开裂情况。
在一个实施例中，横向梁1为明梁或暗梁。
在一个实施例中，边柱2为明柱或暗柱。
设置暗梁、暗柱是因为受到层高和轨行区净空的影响，无法在设置明梁、明柱的情况下的选择。暗梁与明梁的作用和机理相同，提高梁、柱与单向板之间的钢筋密度，增大纵向刚度，阻隔应力合拢，截短收缩影响长度。但是由于是埋入混凝土内部，其效果相对于明梁、明柱而言会明显弱一些，此时可将间隔距离缩小，以减少分段的压力。
地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，其具体施工步骤如下：
步骤A1.沿着长纵结构，间隔不大于米配套设置横向梁1与边柱2，横向梁1与边柱2形成封闭框架3。
步骤A2.横向梁1、边柱2与结构板、结构柱同时绑扎钢筋和浇筑混凝土。
优选的，相邻两道封闭框架3间隔9-18米。
优选的，步骤A1之前设置步骤B1.沿着长纵结构，间隔30-40米设置收缩应力后浇带。
优选的，步骤A2之后设置步骤B2.收缩应力后浇带留置若干月后，浇筑混凝土，合拢长纵结构主体结构。
沿着纵长结构的纵向方向，间隔30-40米设置收缩应力后浇带，留置两个月后进行浇筑，在此过程中，收缩应力后浇带释放70-80％的收缩应力，以在在浇筑主体结构合拢后，尽可能地留下较小部分的收缩应力，减小后期积累的应力，减小对主体结构的负担。
沿着纵长结构的纵向方向，间隔不大于18米设置配套的横向梁1与边柱2形成封闭框架 3，同时增加钢筋的配置数量，一方面增加梁柱结构的截面面积和主体结构配筋率，提高截面刚度、结构刚度及纵向刚度，另一方面，分段设置封闭框架3阻隔收缩应力合拢，截断后期收缩应力积累，截短收缩影响长度，使各混凝土分段的抗拉应力大于拉应力，避免长纵结构因收缩应力造成结构性开裂。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，其特征在于，
沿着所述长纵结构的纵向方向，间隔若干距离增设配套的横向梁与边柱，所述横向梁分别设置在顶板与底板上，所述边柱设置在两侧边墙上，所述横向梁与所述边柱首尾相连形成封闭框架。
2.根据权利要求1中所述的地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，其特征在于，沿着所述长纵结构的纵向方向，间隔若干距离设置收缩应力后浇带。
3.根据权利要求2中所述的地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，其特征在于，相邻两道所述收缩应力后浇带的间距为30-40米。
4.根据权利要求1中所述的地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，其特征在于，所述封闭框架的横截面呈“口”字形。
5.根据权利要求1中所述的地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，其特征在于，所述横向梁、所述边柱均通过钢筋与结构板、结构柱固定连接，使所述封闭框架与所述长纵结构固定连接。
6.根据权利要求1中所述的地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，其特征在于，相邻两道所述封闭框架之间的距离不大于18米。
7.根据权利要求6中所述的地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，其特征在于，相邻两道所述封闭框架间隔9-18米。
8.根据权利要求1中所述的地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，其特征在于，所述横向梁为明梁或暗梁，或/与，所述边柱为明柱或暗柱。
9.根据权利要求1中所述的地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，其特征在于，具体施工步骤如下：
步骤A1.沿着所述长纵结构，间隔不大于18米配套设置所述横向梁与所述边柱；
步骤A2.所述横向梁、所述边柱与结构板、结构柱同时绑扎钢筋和浇筑混凝土。
10.根据权利要求9中所述的地铁地下长纵结构混凝土收缩应力约束系统，其特征在于，
所述步骤A1之前设置
步骤B1.沿着所述长纵结构，间隔30-40米设置收缩应力后浇带；
所述步骤A2之后设置
步骤B2.所述收缩应力后浇带留置若干月后，浇筑混凝土，合拢所述长纵结构主体结构。
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