大溫差環(huán)境混凝土裂縫防治分析

1、6大溫差環(huán)境混凝土裂縫防治分析6.1工程概況納金大橋設(shè)計為矮塔斜拉橋，位于海拔3650米的拉薩市，屬高原溫帶半干旱大陸性氣候，日溫差大，平均溫差達(dá)到14.1。主橋為（70+117+117+70m）三跨矮塔斜拉橋，橋?qū)?3m，采用單箱五室斷面，主體結(jié)構(gòu)為C50高性能混凝土。0#梁段采用支架現(xiàn)澆，1-11#梁段采用掛籃懸臂施工。其中1#塊長4米，底板寬23.351米，底板厚0.644米，腹板厚0.75米，澆筑方量為163.4m3。在澆筑完3個主墩1#梁段7天左右后均發(fā)現(xiàn)中軸線位置出現(xiàn)一條縱向通縫，掛籃前移后，底板也出現(xiàn)了縱向裂縫，部分滲水，寬度在0.1mm-0.15mm左右。詳見圖6.1.16.1

2、.3。圖6.1.1 箱梁斷面圖圖6.1.2 底板縱向裂縫圖圖6.1.3 底板縱向裂縫現(xiàn)場照片6.2裂縫成因初步分析根據(jù)裂縫的產(chǎn)生的部位、走向、寬度等特征，初步認(rèn)為有如下幾種原因。1、0#塊澆筑與1#塊澆筑時間間隔太長，相距100多天，0#塊混凝土收縮徐變基本完成，對1#塊新澆混凝土有約束作用。2、當(dāng)?shù)貢円箿夭畲螅?#塊澆筑期間，白天溫度達(dá)到18，但晚上溫度能達(dá)到零下2，在混凝土水化熱后期，底板內(nèi)外溫差過大使混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力。3、高原地區(qū)，對混凝土特性要求高，施工方采用高性能混凝土，水化熱過大，混凝土在高溫狀態(tài)下溫度下降會發(fā)生收縮，但受到與其接觸的已澆筑混凝土的約束而產(chǎn)生拉應(yīng)力。根據(jù)監(jiān)控單位在1

3、#塊埋設(shè)的溫度傳感器，測出混凝土澆筑后底板平均最高溫度達(dá)到60。4、箱梁寬度為底板寬度23.351米，單箱五室，腹板對底板的收縮有約束作用。6.3水化熱有限元分析6.3.1計算模型計算采用Midas FEA軟件，采用自動網(wǎng)格劃分，考慮到0#塊混凝土對1#塊新澆混凝土的邊界約束，采用二分之一模型，單元劃分?jǐn)?shù)12890，從混凝土完全入模開始計算，分析時按照12hr、24hr、36hr、72hr、96hr、120hr、150hr的時間間隔設(shè)置。見圖6.3.1。圖6.3.1 FEA計算實體模型網(wǎng)格圖混凝土采用C50，其中熱工參數(shù)為：傳導(dǎo)率為9627.8J/(m.hr.T)，比熱為9872.5J.g/k

4、gf/T。，每方混凝土水泥用量為450kg，混凝土澆筑溫度為203攝氏度，在計算的時候取20攝氏度，最大絕熱溫度升高溫度為62，導(dǎo)溫系數(shù)為1.117。見圖6.3.2。環(huán)境溫度采用正弦函數(shù)，其中環(huán)境平均溫度為8，溫度變化幅度為10。1#塊混凝土一般在上午開始澆筑，晚上21點完成，因此延遲時間10小時。見圖6.3.3。澆筑時采用鋼模，對流系數(shù)取常數(shù)50.4J/m2T，放大系數(shù)為1?；炷帘砻媾c大氣的對流系數(shù)按照公式：光滑表面：=21.8+13.53va粗糙表面：=23.9+14.50va根據(jù)現(xiàn)場對風(fēng)速的估測約為2m/s，混凝土表面與大氣的對流系數(shù)取52.9 J/m2T。 圖6.3.2 熱源函數(shù)圖（

5、） 圖6.3.3 環(huán)境溫度函數(shù)圖（）6.3.2水化熱數(shù)據(jù)分析（一）水化熱溫度分析24小時、36小時、72小時、150小時1#塊水化熱溫度場等值線分別如下圖6.3.4。24小時工況時，水化熱溫度達(dá)到62.8，分布在底板與腹板交匯處內(nèi)部，36小時后開始降溫，到150小時基本與達(dá)到環(huán)境溫度。 圖6.3.4 1#塊水化熱溫度場等值線（二）水化熱橫向應(yīng)力分析36小時、150小時1#塊橫向應(yīng)力云圖如下圖6.3.5?；炷翝仓跗谝蚧炷羶?nèi)部溫度升高發(fā)生膨脹，但表面混凝土隨環(huán)境溫度的變化，下降較快，產(chǎn)生表面拉應(yīng)力，最大為3.3MPa。后期降溫時，因混凝土降溫收縮，底板拉應(yīng)力開始變大，在150小時時，底板中軸

6、線位置拉應(yīng)力達(dá)到3.0MPa。 圖6.3.5 1#塊橫向應(yīng)力云圖（三）水化熱裂縫指數(shù)分析引用韓國混凝土規(guī)范中使用溫度裂縫指數(shù)（抗拉強度與發(fā)生的溫度應(yīng)力之比）I 值預(yù)測是否發(fā)生裂縫。一般采用下面的值：裂縫指數(shù)(i) =混凝土抗拉強度/發(fā)生的溫度應(yīng)力防止裂縫發(fā)生時：1.5 以上限制裂縫發(fā)生時：1.21.5限制有害裂縫發(fā)生時：0.71.236小時、150小時的裂縫指數(shù)等值線如下圖6.3.6，從圖中可知，36小時水化熱峰值時，混凝土表面裂縫指數(shù)比較小，最小值為0.43；150小時，底板和頂板裂縫指數(shù)比較小，最小值為底板中軸線處為0.77。 圖6.3.6 裂縫指數(shù)等值線下圖6.3.7為底板中軸線上緣節(jié)點

7、應(yīng)力與允許應(yīng)力圖，從圖中看出，在148小時時，兩線已經(jīng)相交，應(yīng)力已經(jīng)超過允許應(yīng)力。圖6.3.7 節(jié)點應(yīng)力與允許應(yīng)力圖6.4 結(jié)論通過計算可知如下結(jié)論：1、由計算所得的溫度與監(jiān)控單位實測數(shù)據(jù)基本吻合，模擬過程中環(huán)境溫度采用正弦曲線，基本與實際環(huán)境吻合，最高溫度出現(xiàn)在澆筑后24小時左右。圖6.4 對混凝土內(nèi)部溫度進(jìn)行監(jiān)測。2、混凝土澆筑初期，混凝土內(nèi)部升溫膨脹，使混凝土表面容易產(chǎn)生裂縫，因此在施工過程必須加強養(yǎng)護(hù)。3、混凝土澆筑后期，箱梁底板、頂板橫向拉應(yīng)力逐漸增大，本橋?qū)賹挊?，且由于腹板的約束，頂、底板橫向應(yīng)力在150小時左右，水化熱應(yīng)力超過允許應(yīng)力，容易產(chǎn)生裂縫，與現(xiàn)場裂縫基本吻合。4、矮塔斜

8、拉橋雖然可以降低梁高，但支點附近底板厚度隨跨徑的增大而增大，水化熱比較明顯，特別對于寬橋，在設(shè)計過程中，需要重視水化熱的作用，可適當(dāng)增大底板橫向配筋率。5、懸臂澆筑一般在0#塊澆筑后，一般需要安裝掛籃以及預(yù)壓工作，1#塊澆筑間隔時間長，新老混凝土收縮徐變不一致，施工時盡量優(yōu)化工序，縮短澆筑間隔時間。6.5 改進(jìn)措施1、在底板增設(shè)抗拉桿和防裂鋼筋?？估瓧U采用20#槽鋼，目的是治止1#塊縱向裂縫的繼續(xù)發(fā)展；防裂鋼筋采用20螺紋鋼，防治底板表面裂縫的產(chǎn)生。圖6.5 抗拉桿與防裂鋼筋設(shè)置2、繼續(xù)加強對混凝土內(nèi)部溫度的監(jiān)控，同時加強灑水養(yǎng)生控制，確保混凝土表面長期濕潤，養(yǎng)生天數(shù)確保在7天。3、優(yōu)化施工工序，盡量減少兩個塊段施工的間隔時間。4、嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙推進(jìn)工序，三向預(yù)應(yīng)力結(jié)束后，安裝斜拉索，然后進(jìn)行掛籃前移。避免掛籃自身對箱梁的影響。通過以上措施，箱梁底板裂縫的問題得到了根本