桥梁承台大体积混凝土施工的水化热控制.pdf

桥梁承 台大体积混凝土施工的水化热控制 陈青华 ，时建云 ( 1 阜阳市重点工程建设管理局 ，安徽 阜阳 2 3 6 0 0 0 ；2 合肥工业大学，安徽 合肥 2 3 0 0 0 9) j= ： 口摘 要：利用大 型结 构计 算 软件M I D A S C i i l ， 对阜阳 市东 环 路颍河大 ： 桥承台混凝土施工过程进行建模， 计算并预测混凝土浇筑后不同时间阶段 的水化热温度。通过建模分析并结合现场监测数据 ， 分析比较通过布置冷 I 水管对温度控制的影响作用， 得出了一些有益结论。对具体施工方案和监 i 骂 控 方 案 作 了 一 些 简 要 说 明 。 磷 I 关键词 ：大体积混凝土； 冷水管；水化热； MI D A S C i v i l ： 中图分类号：U 4 4 3 2 5 文献标识码：B ： 三 丑 日 文章编号：1 0 0 7 - 7 3 5 9 ( 2 0 1 6 ) 0 3 一 o 1 6 2 一 o 3 D Ol ：1 0 1 6 3 3 0 c n k i 1 0 0 7 - 7 3 5 9 2 0 1 6 0 3 0 5 9 1 工程概况 阜阳市东环路颍河大桥及接线工程位于阜阳市 东郊。 主桥主墩位于颍河水 中， 设计承台尺寸为 ( 长 ) 3 4 m ( 宽 )1 4 m X ( 高 )5 m，混凝土强度为 C 3 0等 级，单个承台混凝土方量为 2 3 8 0 m ，属于大体积混 凝土。 2 承台施工方案 由于混凝土方量比较大 ， 故分两次浇筑 ： 第一次 浇筑高度为 3 m， 方量为 1 4 2 8 m ； 第二次浇筑高度 2 m， 方量为 9 5 2 m 。 2 1混凝土配合比设计 选用减水剂 ，普通硅酸盐 P 0 4 2 5级水泥 ，采用 凤 台产地 5 3 1 5 m m碎石 ， 平均粒径大于 0 5 mm淮滨 产中砂 ， 水泥用量按施工方的配 比取为 3 1 0 k g m 。具 体混凝土配合 比如下 ： 水泥 ： 水 ： 砂 ： 碎石 ： 掺合料 ： 外加剂= 3 1 0： 1 8 0 ： 7 6 1：1 0 9 4：5 4 8：7 6 6。 2 。 2冷却水管的布置 冷却水管采用直径 3 2 m m黑铁管， 竖向分 4 层布 置 ，水平 向按蛇形布置 ，冷却水管竖向间距为 l m， 水平间距为 l m，距承台混凝土边缘约为 0 5 m，每层 设竖向进水管出水管各 1 个 。 作者简介：陈青华 ( 1 9 7 8 一) ，男，安徽阜阳人 ，毕业于同济大学，本科 工程 师。 3 承 台水化热有 限元分析 3 1 MI D A S Civ i l 模型 采用结构分析软件 MI D A S建立了主墩承 台的水 化热分析有限元模型。 该计算能够模拟承台混凝土的 整个浇筑及养护过程 ， 考虑了混凝土的浇筑温度 、混 凝土水化热的散发规律 、养护方式 、冷却水管降温 、 外界气温变化、 混凝土弹模变化、 混凝土徐变等复杂 因素。 由于模型具有对称性 ， 这里只取 1 4 模型进行建 模和分析。单元采用实体单元 ，单元总数为 1 1 1 8 6 ， 节点总数为 1 3 2 5 8 。模型按分两层浇筑进行分析， 第 一 层高度 3 m，第二层高度 2 m，施工间隔期为 1 0 d 。 计算时， 承台顶面及四周为第三类边界条件； 考虑混 凝土收缩徐变对混凝土应力的影响 ， 三维模型如图 l 所示 。 图 1 1 4镜 像 结构 有 限兀模 型 3 2模型相关计算参数 根据相关技术资料， 计算了混凝土的热学性能指 标 ， 包括导热系数和 比热。采用复合指数式水化热计 算方法，估算混凝土最大绝热温升为 4 5 c I= 。根据施 工方案 ，承台混凝土四周采用砖模板 ，覆盖 4 c m 草 席。计算时，相关材料的导热系数为：草席 ，2 6 0 5 k c a l m h r t ；混凝土热传导率，2 3 k c a l m h r t ； 混凝土 比热为 0 2 5 k c a l g k g t 。模型环境温度取为 固定值 1 5 。冷却水管 内径 3 2 m m，水流速度取 鞠 口 H J T 圜 4 2监控点实测温度与理论温度变化 曲线 第一次浇筑 3 m，取 1 、2 、3测点 的平均温度代 表混凝土表面温度 ， 测点 4温度表示 中心点温度 。绘 制表面实测温度和理论温度随时间变化 曲线 ， 结果见 图 8 。图 9反映中心点实测温度和理论温度随时间变 化曲线 。 7 0 l I l 6 0 二 1 -一 一 1r T 丁 卜 叫 l 一 一 ； 5 0 一 ， _ 、 - T 啊 一 一 等书 一 一 十一 一 十 i 4 0 一 【 r一 一 一 1 3 0 一 2 0 1 l 0 0 时问历程 ( ， 、 时 + 心实测温度 中心理论温度 图 8第一层浇筑后中心温度实测值和理论值随时间变化曲线 5 0 1 ： 一0 一 ： z 一 _ ： - 丰 ：0 室 _， ： ： 一 卜 T _r r 一 -_ 一 _ _ n 一 时问历程 小时 一 面实测温度 表面理论温度 图 9 第一层浇筑后表面温度实测值和理论值随时间变化曲线 从图 8 、图 9和图 l O可以看出，实测数据和理 论数据的发展规律一致 ， 实测值偏大 的愿意在于冷却 水管有堵管现象 ，水流不足 。 图 1 0 第二层浇筑后表面及中心温度实测值和理论值随时间变化曲线 第二次浇筑 2 m，取测点 5 、5 、7 点的平均温度 代表第二层混凝土表面温度。 测点 8 表示第二层混凝 土核心温度。 本层冷却水管流量稳定 ， 冷却效果要好 的多 ，见图 1 O和图 1 1 。 6 0 曩 _薄 ； # #寺 了 j 了一 鼍 丰 尊。 H 肆一 一F 啊 一 ： 5 0 p 4 O + 一 十 l i ： - 工- 1 = ! 嚣3 0 丰 三 毒 簪斟鼍 i t + 蔓 皇 蔓 l 号 专 昔 ：嗣 毒 2 0 干 再 j j j ； 幸 下干j 寸 F F 审= 耳 譬工 彳干 _ 翠 - 嗣 i ： 王 ； 峰u ：i ： ： 一 ： 一 ： 丰 一 j ： 一 ， t ： j ： j 一 ： ： ： ： ： I ： j j _ ； ： ： ： 1 0 #尊= 1 ：一 十 车叫 l 尊 十 十 一 时间历程 ( 小时) 3 2 6 0 9 3 1 2 8 -,0 -表面实测温度 + 表面理论温度 + 中心 实测温度 中心 理论温度 图 1 1 第二层浇筑后表面及中心温度实测值和理论值随时间变化曲线 5 结 论 通过本实例可以看出， 在大体积混凝土施工过程 中， 合理布置冷水管， 可以有效地降低混凝土的水化 热作用 。现场实测结果说 明了理论分析可信 ， 表明利 用有限元软件 MI D A S C i v i l 进行大体积混凝土水化热 分析是可行的。在计算模拟的基础上 ， 进行有效的监 控和采取相应 的养护措施 ， 可 以避免混凝土因水化热 作用而引起的裂缝。 参考文献 1 桥梁工程软件 mi d a s C i v i l 使用指南 M 北京 ：人民交通出版社 ，2 0 1 3 2 赵常煜 大体积承台混凝土水化热温度有限元分析与控制明 铁道建 筑 ，2 0 1 2( 9) 3 王铁梦 工程结构裂缝控制 M 北京：中国工业出版社 ，2 0 0 0 张海龙 斜拉桥 主梁混凝土水化热的实验与分析研究咖 中国市政工 程 ，2 0 0 3( 6 ) 5 林乐强 桥梁结构 中大体积混凝土的水化热分析研究 J 北方交通 ， 2 0 0 8( 2 ) 6 杨立财 大体积混凝土承台施工温度控制与监测 J 铁道建筑 ，2 0 1 2 (4) ( 上接 第 1 6 1页 ) 参考文献 1 康华富 拉森钢板桩在城市排水系统改造中的应用f J 1 广东科技，2 0 0 8 (3) 【 2 】 沈维成脐 祁高速淮河特大桥深水钢板桩围堰施工技术l J 1 _公路交通科 技 ( 应用技术版 ) ，2 0 1 5( 5) 3 江正荣建筑施工计算手册 M 北京 ：中国建筑工业出版社，2 0 0 1 4 张涛 ， 付绍南 钢板桩技术在长江堤防加固工程中的运用 J J 探矿工程 ， 2 0 0 2(1) f 5 王海溶 ，黄红霞 临江大桥主墩承台双壁钢 围堰设计计算I J 1科技致富 向导 ，2 0 1 1( 2 7 )