大榭二橋主塔實心段溫控方案(實心段溫度應(yīng)力分析)

1、大榭二橋主塔實心段溫控方案武 漢 理 工 大 學(xué)2011年1月15 / 16文檔可自由編輯打印1 混凝土澆筑分層主塔實心段采用C50高性能混凝土進行澆注，實心段混凝土高度6m，總方量約為645m3。澆注工作應(yīng)按實心段結(jié)構(gòu)尺寸參考設(shè)計圖紙進行?？紤]到實心段混凝土體積較大，混凝土標號較高，為防止大體積混凝土溫度應(yīng)力引發(fā)產(chǎn)生溫度裂縫，致使影響工程質(zhì)量，設(shè)計實心段混凝土沿高度方向分2次進行澆注，每次澆筑高度為3m?；炷练謱訚仓疽鈭D如下：圖1-1 主塔實心段分層澆筑圖2 大體積混凝土溫控計算大體積砼與一般的鋼筋砼結(jié)構(gòu)相比具有形體龐大、混凝土數(shù)量多、工程條件復(fù)雜、施工技術(shù)和質(zhì)量要求較高等特點。大體積混

2、凝土施工時遇到的普遍問題是溫度裂縫。由于混凝土的體積大，聚集的水化熱大，在混凝土內(nèi)外散熱不均勻以及受到內(nèi)外約束的情況時，混凝土內(nèi)部會產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。因此，大體積混凝土施工中的溫度監(jiān)控是控制裂縫產(chǎn)生的關(guān)鍵。由于大體積混凝土工程所處的邊界條件和施工情況比較復(fù)雜，加上混凝土材料特性的差異較大，有些條件在施工中難以充分掌握，在目前技術(shù)水平條件下，任何一種計算理論都無法精確計算混凝土內(nèi)溫度變化，本文運用大型有限元分析軟件ANSYS對大榭二橋主塔實心段C50大體積混凝土澆注過程中的溫度場變化進行了相關(guān)分析。主塔實心段施工時按高度分為2層，每層厚度均為3.0m；每層混凝土澆筑時間為1天，上

3、下層間歇時間為7天。圖2-1 主塔實心段有限元分析模型圖2.1 施工環(huán)境估計大榭二橋第二大橋地處寧波市北侖區(qū)和大榭二橋島之間的黃峙江上，東海之濱，屬亞熱帶南緣季風(fēng)海洋氣候區(qū)，具有冬夏季風(fēng)交替顯著、年溫適中、四季分明，光照充足，但四季都可能出現(xiàn)一些災(zāi)害性天氣的總特征。本項目主塔實心段施工預(yù)計為2011年5月至2010年6月，施工期間預(yù)計外部溫度為：白天19-25左右、晚上13-17左右，風(fēng)力為4-5級。主塔實心段施工要求混凝土塌落度為16-20cm，初凝時間超過12小時。2.2 計算條件（1）施工時間及進度等施工時間：大榭二橋主塔實心段部分澆注時間為2011年5月至2010年6月澆筑層厚：按施工

4、圖所述分層進行施工進度：按施工圖所述施工進度進行澆筑溫度：主塔實心段部分混凝土澆筑溫度按22計算放熱系數(shù)：=14W/m2·導(dǎo)溫系數(shù)：0.08 m2/d絕熱升溫：46.1線膨脹系數(shù)：8.9×10-6/比熱：1.0（kJ/kg）·（2）混凝土性能相關(guān)參數(shù)混凝土容重：2450kg/m3混凝土絕熱溫升：Tr（t）=WQ0（1-e-mt）/C 混凝土彈性模量：混凝土徐變度：（3）氣溫 ，為澆注期間的當?shù)仄骄鶞囟龋瑃及取值隨施工時間變化，另外加3輻射熱（側(cè)面不加）2.3大榭二橋主塔實心段大體積混凝土溫度計算結(jié)果圖2-3-1 主塔實心段第一層第3天水化熱溫度云圖（單位：）圖2-

5、3-2 主塔實心段第一層第7天水化熱溫度云圖（單位：）圖2-3-3 主塔實心段第一層第28天水化熱溫度云圖（單位：）圖2-3-4 主塔實心段第二層第3天水化熱溫度云圖（單位：）圖2-3-5 主塔實心段第二層第7天水化熱溫度云圖（單位：）圖2-3-6 主塔實心段第二層第28天水化熱溫度云圖（單位：）通過溫度分析，主塔實心段混凝土最高溫度、最大溫差見表2-3-1。表2-3-1 主塔實心段混凝土溫度分析結(jié)果（）層號最高溫度最大溫差主塔實心段第一層67.122.7主塔實心段第二層67.923.32.4大榭二橋主塔實心段大體積混凝土溫度應(yīng)力計算結(jié)果圖2-4-1 主塔實心段第一層第3天溫度應(yīng)力云圖（單位：

6、MPa）圖2-4-2 主塔實心段第一層第7天溫度應(yīng)力云圖（單位：MPa）圖2-4-3 主塔實心段第一層第28天溫度應(yīng)力云圖（單位：MPa）圖2-4-4 主塔實心段第二層第3天溫度應(yīng)力云圖（單位：MPa）圖2-4-5 主塔實心段第二層第7天溫度應(yīng)力云圖（單位：MPa）圖2-4-6 主塔實心段第二層第28天溫度應(yīng)力云圖（單位：MPa）通過溫度應(yīng)力分析，實心段混凝土最大主應(yīng)力見表2-4-1。表2-4-1 主塔實心段混凝土最大主應(yīng)力表（MPa） 齡期層號第3天第7天第28天主塔實心段第一層0.570.851.31主塔實心段第二層0.640.961.40表2-4-2 大體積混凝土劈裂抗拉強度（Mpa）齡

7、期（d）3728C50混凝土1.963.214.342.5 溫度場應(yīng)力場計算結(jié)果分析根據(jù)溫度應(yīng)力場計算所得云圖，分析得到如下結(jié)論：大榭二橋主墩主塔實心段C40大體積混凝土分為兩層進行澆筑，高度均分別3.0m 。主塔實心段第一層最高溫度在澆注后3天出現(xiàn)，最高溫度為67.1，最大溫差為22.7；主塔實心段混凝土最高溫度出現(xiàn)在第二層澆注后3天，最高溫度為67.9，最大溫差為23.3。受到第二層混凝土水化放熱的影響，第一層混凝土澆注后七天溫度出現(xiàn)反彈，而兩層混凝土間相互作用的結(jié)果導(dǎo)致第二層澆注后第七天，混凝土內(nèi)部溫度依然處于較高的水平，而待第二層混凝土水化升溫峰值過后，主塔實心段整體溫度逐漸平穩(wěn)下降。

8、分析可知，混凝土澆筑塊體的里表溫差(不含混凝土收縮的當量溫度)滿足大體積混凝土施工規(guī)范中規(guī)定不宜大于25的要求，其混凝土澆筑體表面與大氣溫差滿足大體積混凝土施工規(guī)范中規(guī)定不宜大于20的要求。各齡期下的溫度應(yīng)力值均小于主塔實心段C50大體積混凝土劈裂抗拉強度，且具有較高安全系數(shù)，滿足本工程施工要求。3 溫度控制標準在仿真計算的基礎(chǔ)上，結(jié)合海工混凝土施工規(guī)范和大體積混凝土施工規(guī)范相關(guān)要求制定了混凝土在施工期內(nèi)不產(chǎn)生有害溫度裂縫的溫控標準，具體內(nèi)容如下：（1）混凝土絕熱溫升：30min內(nèi)不超過20；（3）混凝土內(nèi)表溫差不超過25；（4）混凝土允許最大降溫速率不超過2.0/d。4 混凝土溫控措施及實施

9、細則4.1 混凝土施工的一般要求考慮到混凝土的收縮和溫度應(yīng)力，主塔實心段部位大體積混凝土分層澆筑，每一層間隔時間為57d。為確保大體積混凝土施工質(zhì)量，提高混凝土的均勻性和抗裂能力，必須加強對混凝土每一施工環(huán)節(jié)的控制，要求現(xiàn)場人員必須從混凝土拌合、輸送、澆筑、振搗到養(yǎng)護、保溫整個過程實行有效監(jiān)控。混凝土施工應(yīng)嚴格按照公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ041-2000）進行，并特別注意以下方面：（1）混凝土拌制配料前，各種衡器應(yīng)請計量部門進行計量標定，稱料誤差應(yīng)符合規(guī)范要求。應(yīng)嚴格控制新拌混凝土質(zhì)量，使其和易性滿足施工要求。坍落度檢驗應(yīng)在出機口進行，每班2-3次，拒絕使用坍落度過大和過小的混凝土料。應(yīng)及

10、時檢測粗、細骨料的含水率，遇陰雨天氣應(yīng)增加檢測頻率，隨時調(diào)整用水量。（2）澆筑混凝土前應(yīng)對模板、鋼筋、預(yù)埋件、監(jiān)控元件及線路等進行檢查，同時應(yīng)檢查倉面內(nèi)沖毛情況，及是否有碎碴異物等，檢驗合格后才能開盤。（3）自高處向模板內(nèi)傾卸混凝土?xí)r，為防止混凝土離析，應(yīng)符合下列規(guī)定：a）當直接從高處傾卸時，高度不應(yīng)超過1.5米；b）當高度超過1.5米時，應(yīng)通過串筒，溜管等設(shè)施；c）在串筒出料口下面，混凝土堆積高度不宜超過1米，即時攤平，分層振搗。（4）混凝土應(yīng)按規(guī)定厚度，順序和方向分層澆筑，必須在下層混凝土初凝前澆筑完畢上層混凝土。如因故停歇，時間超過初凝時間時，倉面混凝土應(yīng)按工作縫處理?；炷练謱訚仓穸?/p>

11、不應(yīng)超過振動棒（頭）長度的1.0倍，并保持從倉面一側(cè)向另一側(cè)澆筑的順序和方向。（5）澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)采用振動器振實：a）使用插入式振動器時，移動間距不應(yīng)超過振動器作用半徑的1.5倍，與側(cè)模應(yīng)保持5-10cm距離，應(yīng)避開預(yù)埋件或監(jiān)控元件10-15cm，應(yīng)插入下層混凝土5-10cm；b）對每一部位混凝土必須振動到密實為止，密實的標志是：混凝土停止下沉，不再冒氣泡，表面呈平坦、泛漿。（6）在澆筑混凝土過程中，必須及時清除倉面積水。（7）嚴格按公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ041-89）要求進行各層間和各塊間水平和垂直施工縫處理。4.2 混凝土澆筑溫度的控制混凝土出拌和機后，經(jīng)運輸、平倉、振搗諸過程后的

12、溫度為澆筑溫度。在每次混凝土開盤之前，試驗室要量測水泥，砂、石、水的溫度，專門記錄，計算其出機溫度，并估算澆筑溫度，計算方法見附1。當澆筑溫度超過上述控制標準時，必須利用夜間澆筑混凝土，在當日夜間20時以后開盤，次日8時以前澆筑完；如果澆筑施工要經(jīng)歷午間高溫期，應(yīng)當在采取遮陽措施下進行施工。炎熱季節(jié)施工時應(yīng)避免日光曝曬及混凝土在運輸過程之中由于摩擦而導(dǎo)致混凝土溫度升高。4.3 保溫及養(yǎng)護各層混凝土澆筑完之后立即用濕麻袋覆蓋混凝土表面進行養(yǎng)護，一方面避免塑性收縮導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)，另一方面起到保溫的作用；上層混凝土頂面待混凝土終凝后應(yīng)進行蓄水養(yǎng)護，蓄水深度10-20cm。當遇到寒潮時，混凝土各面應(yīng)進

13、行表面保溫覆蓋，建議作法如下：在混凝土表面覆蓋兩層麻袋，上面再包一層塑料薄膜，并適當推遲混凝土的拆模時間（澆筑完成后45天后拆模），拆模后涂刷養(yǎng)護液并及時保溫覆蓋，以滿足內(nèi)表溫差要求，且拆模時間應(yīng)選擇一天中溫度較高的時刻。5 溫控施工的現(xiàn)場監(jiān)測為做到信息化溫控施工，出現(xiàn)異常情況及時調(diào)整溫控措施，在混凝土內(nèi)部布設(shè)溫度測點，它是溫控工作的重要一環(huán)。根據(jù)主塔實心段結(jié)構(gòu)特點和溫度場計算成果，擬在各層埋設(shè)溫度傳感器。主塔實心段各層布置測溫點，均位于該層高度方向0.5m、1.5m和2.5m的位置。各層混凝土溫度測點平面布置圖分別見圖7-17-2所示：圖7-1 主塔實心段混凝土溫度測點平面布置圖（單位：mm

14、）圖7-3 主塔實心段混凝土測溫點剖面布置圖（單位：mm）6 溫控施工質(zhì)量保證措施為了使各項溫控措施落實到實處，施工單位必須成立專門的溫控管理團隊，根據(jù)溫控單位的技術(shù)要求，落實各項技術(shù)措施；在各部位大體積混凝土施工之前，施工單位必須做到逐步技術(shù)交底，使班組、工人能了解溫控的必要性及操作情況；溫控監(jiān)測單位將在澆注下層前將上層溫控監(jiān)測成果上報施工單位，并及時做出溫控施工效果評述。施工單位根據(jù)溫控結(jié)果決定下一層的澆筑時間和澆筑方案，避免混凝土的收縮和溫差產(chǎn)生的應(yīng)力造成混凝土開裂，保證工程質(zhì)量。7 溫控建議（1）由有限元分析結(jié)果，大榭二橋主塔實心段混凝土在采用上述分層施工方案進行澆筑的情況下，可實現(xiàn)取

15、消使用冷卻水管，節(jié)約施工工期，且完全滿足相關(guān)設(shè)計要求。（2）為保證混凝土質(zhì)量，在每層混凝土澆筑完畢初凝后應(yīng)立即在頂面蓄水養(yǎng)護，在澆筑上層混凝土之前才清除積水進行澆筑；注意模板的保溫性能，根據(jù)溫度監(jiān)測的結(jié)果確定模板拆除時間，一般不小于4d。（3）根據(jù)溫度場模擬計算得知主塔實心段第一層混凝土溫度在第二層澆筑后會出現(xiàn)反彈，模擬時假定間隔7天澆筑主塔實心段第二層，建議在施工時澆筑間隔時間取7d，以防止實心段混凝土溫度反彈過高。附件1混凝土的出機溫度和澆筑溫度一、混凝土的出機溫度T0T0=(0.2+Qs)WsTs+(0.2+Qg)WgTg+0.2WcTc+(Ww-QsWs-QgWg)Tw/0.2(Ws+Wg+Wc)+Ww式中：Qs、Qg分別為砂石的含水量，以%計；Ws、Wg、Wc、Ww分別為每方混凝土中砂、石、水泥和水的重量（粉煤灰計入水泥中）；Ts、Tg、Tc、Tw分別為砂、石、水泥和水的溫度。二、混凝土的