本发明属于混凝土材料，具体涉及一种强约束条件下混凝土结构早期开裂风险计算方法。
背景技术：
1、混凝土作为使用最广泛的建筑材料，其早期收缩开裂现象是长期以来建筑领域的重要研究问题。混凝土早期开裂原因主要是水化引起的温度收缩和自生体积收缩在旧混凝土的约束作用下产生了拉应力，并超过了抗拉强度。早期的收缩开裂会显著影响混凝土的施工质量和长期服役性能。因此，为了可以采取针对性的控裂措施来减少甚至防止混凝土的收缩开裂，一直以很多学者来致力于研究如何准确的计算混凝土结构的开裂风险。目前，关于混凝土开裂风险预测的研究已有了丰富的成果，并在水工等领域得到了良好的应用。但目前大部分开裂风险计算研究着重于地基和基础约束下的混凝土温度应力计算，而较少关注混凝土受垂直面侧旧混凝土约束下的开裂风险计算。工程存在较多同时受到地基基础和垂直施工缝约束的强约束结构，例如隧道叠合墙、桥梁湿接缝以及分仓浇筑的厚底板等等，而此类结构的开裂风险计算目前尚无明确的计算方法指导。
2、大体积施工规范(gb50496)中对于地基阻力和约束度的取值建议仅限于水平施工缝，王铁梦在《工程裂缝控制》给出了先浇楼板对新楼板的竖向施工缝约束大小的取值建议，但未涉及其他类型的竖向施工缝约束。在目前常用的有限元计算中，一般均认为凿毛处理的水平施工缝处新旧混凝土粘结紧密，无滑移，同时将水平施工缝以下的旧混凝土弹性模量取值为成熟混凝土。在这种模拟条件下，新浇混凝土所受的约束程度是很大的。对于水平施工缝而言，新混凝土的重力作用使得界面处产生微滑移时的水平阻力系数较大，这种模拟方式是适用的。但对于同样凿毛处理的垂直施工缝来说，无重力作用使得阻力系数显著减小，再采用这种模拟方式进行计算就会造成开裂风险过高。另外，工程中还会出现在垂直施工缝处采取喷涂防水材料等措施的现象，这样就进一步减小了旧混凝土的约束作用，这种模拟方式的误差则更大，在制定抗裂施工方案时会造成不必要的浪费。因此，对于这一类结构如何提高开裂风险计算的可靠度，是工程中尚未解决的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种强约束条件下混凝土结构早期开裂风险计算方法。
2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
3、本发明提供了一种强约束条件下混凝土结构早期开裂风险计算方法，其特征在于，包括如下方法步骤：
4、利用有限元软件建立强约束条件下混凝土结构模型，实用共节点方法模拟新旧混凝土的水平交界面和垂直交界面；
5、根据强约束条件下混凝土结构模型中新旧混凝土交界面种类特性，计算确定交界面处旧混凝土结构的弹性模量取值，用于表征混凝土结构所处强约束条件程度；
6、确定强约束条件下混凝土结构模型中新旧混凝土材料热力学参数、热力学边界条件和初始条件，并基于水化-温度-湿度-约束耦合模型，计算新旧混凝土结构所处温度场和应力场，选取一定时期结构对应的最大应力和抗拉强度比值，用于分析判定强约束条件下混凝土结构早期开裂风险。
7、进一步的，混凝土结构的强约束条件包括新混凝土结构底面受到旧混凝土结构地基和基础的约束、新混凝土结构垂直面受到旧混凝土结构垂直面的约束；
8、进一步的，新混凝土结构垂直面受到旧混凝土结构垂直面的约束包括：
9、新混凝土结构的一个垂直面受到旧混凝土或基岩约束，且垂直面的约束面积占新混凝土结构总表面积的30％以上；
10、或，新混凝土结构的两个及以上的垂直面受到旧混凝土或基岩约束，且约束总面积占新混凝土结构面积的20％以上。
11、需要说明的是，在工程中，同时受到水平和垂直施工方约束的结构很多，例如连续浇筑的墙体、楼板等结构，除受到下部底板和侧墙的约束外，浇筑的结构一端还受到前一段先浇结构的约束。但墙体和楼板端部的面积非常小，该界面上的约束与底部约束相比基本可忽略不计，因此不能称之为强约束混凝土结构。
12、而对于叠合墙、隧道二衬等结构，当其竖向施工缝凿毛处理且不设置柔性防水卷材时，地连墙对墙体以及初支和基岩对二衬的约束就不可忽略，其新旧混凝土垂直交界面的面积很大，甚至远超过水平交界面。此时的叠合墙和隧道二衬即可称之为强约束混凝土。与此相似的结构还有桥梁湿接缝、后浇带等结构。另外，对于面积和厚度均较大的底板混凝土，如果采用分块浇筑的施工方式，某一块底板在浇筑时可能会受到周围多块底板的约束，在下部土基约束作用较小的情况下，周围底板在垂直施工缝上的约束同样不可忽略。
13、同时，在有限元计算中，对于一般采用界面单元、接触单元和共节点三种方式来模拟新旧混凝土界面。前面两者是通过界面单元的水平刚度和接触单元的库伦摩擦系数来反映约束大小，建模过程更加复杂。本发明采用共节点方法，认为新旧混凝土不发生相对滑移，通过改变旧混凝土弹性模量取值来调整约束程度，该方法更为简便易行。
14、进一步的，所述水平交界面以下的旧混凝土结构地基和基础弹性模量按照实际的地基弹性模量测试值或基础28d弹性模量试验值进行取值；
15、所述垂直交界面一侧的旧混凝土结构弹性模量取值按照如下公式计算：
16、eα＝γe28
17、式中：eα为前处理中垂直交界面一侧旧混凝土的弹性模量，e28为旧混凝土28d的弹性模量试验值，γ为调整系数，由下式计算获得：
18、γ＝γ0+0.003τ+0.7φ+0.5k
19、式中：γ0为考虑新旧混凝土化学胶结力的基准系数，一般情况下取值为0.1～0.2，τ为竖向施工缝界面粗糙度，单位mm；φ为垂直交界面处的钢筋配筋率，即垂直交界面上的钢筋断面面积之和与界面面积的比值；k为竖向施工缝面积与新混凝土总面积的比值。
20、进一步的，当新旧混凝土交界面上涂刷防水涂料时，γ0取值为0.05～0.1。
21、新旧混凝土交界面约束主要来源于钢筋线状约束和接触面的咬合—摩擦作用产生的面约束，而面约束则受到界面咬合程度和轴向压力的影响。与垂直交界面相比，水平交界面上部新混凝土的重力作用不仅使得界面粘结和咬合更加紧密，也作为轴向压力增加了摩阻系数。因此，可认为新旧混凝土的垂直交界面与水平交界面约束程度不同，在有限元计算中垂直交界面处约束的处理方式也不应与水平交界面相同。
22、根据众多工程计算经验验证，由于水平交界面约束大，在有限元共节点方法下，地基和基础采用实测弹模数据来取值，计算得到的开裂风险与实际基本相符。同时在总结了众多的工程计算、监测经验的条件下，本发明技术方案提出在有限元计算中垂直交界面一侧的旧混凝土弹性模量取值应遵循上述公式进行计算，由此得到的约束模拟条件更加符合实际情况。
23、进一步的，分析判定强约束条件下混凝土结构早期开裂风险，按照如下公式：
24、
25、式中，σ(t)和ft(t)分别为t时刻混凝土结构的最大拉应力及抗拉强度。
26、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
27、本发明提供的强约束混凝土开裂风险评估方法，针对同时存在地基基础和新旧混凝土垂直交界面约束的混凝土结构，基于垂直交界面的约束性质，提出了在有限元模拟中垂直交界面处旧混凝土的模取值方法，并基于水化-温度-湿度-约束多场耦合模型来计算结构开裂风险。与常规的计算方法相比，本发明提供的计算方法更符合强约束条件下混凝土的实际约束情况，可提高开裂风险评估的准确性，优化抗裂方案，并有助于在满足抗裂要求的条件下降低施工抗裂成本。
1.一种强约束条件下混凝土结构早期开裂风险计算方法，其特征在于，包括如下方法步骤：
2.根据权利要求1所述的强约束条件下混凝土结构早期开裂风险计算方法，其特征在于，混凝土结构的强约束条件包括新混凝土结构底面受到旧混凝土结构地基和基础的约束、新混凝土结构垂直面受到旧混凝土结构垂直面的约束。
3.根据权利要求2所述的强约束条件下混凝土结构早期开裂风险计算方法，其特征在于，新混凝土结构垂直面受到旧混凝土结构垂直面的约束包括：
4.根据权利要求1或3中所述的强约束条件下混凝土结构早期开裂风险计算方法，其特征在于，所述水平交界面以下的旧混凝土结构地基和基础弹性模量按照实际的地基弹性模量测试值或基础28d弹性模量试验值进行取值；
5.根据权利要求4中所述的强约束条件下混凝土结构早期开裂风险计算方法，其特征在于，当新旧混凝土交界面上涂刷防水涂料时，γ0取值为0.05～0.1。
6.根据权利要求5中所述的强约束条件下混凝土结构早期开裂风险计算方法，其特征在于，分析判定强约束条件下混凝土结构早期开裂风险，按照如下公式：
