承台混凝土施工温度控制及数值分析.pdf

铁道建筑 Ra i l wa y En g i ne e r i n g 文章编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 2 ) 0 8 0 0 1 6 0 3 承 台混凝土施 工温度控 制及数值分析 石大为 ， 刘 智 ， 杨雅 勋 ( 1 贵州省交通建设 工程质量监督局 ， 贵州 贵 阳5 5 0 0 0 0 ； 2 贵州桥梁建设集团有限责任公司 ， 贵州 贵 阳5 5 0 0 0 1 ； 3 长安大学 桥梁与隧道陕西省重点实验室 ， 陕西 西安7 1 0 0 6 4 ) 摘要 ： 天桥 特 大桥 主桥 桥 墩承 台大体 积混 凝 土采用 一次 浇筑 法施 工 ， 这种施 工 方法会 明显加剧 水化 热效 应 ， 应采取温度控制措施。运用有限元软件 M I D A S对承台内部水化热温度场进行 了模拟计算， 并在承 台 内预埋 温度 测量 元件 对温度 场进行 监 测 。对模 拟 计算 结果和监 测 结果进 行分析 ， 按 照温度 控制标 准 ， 通过控制冷却 管水流流量有效地控制 了混凝土的浇筑温度、 最高升温、 内外温差及降温速率， 达到 了预 期 温度控 制 的 目标 。 关键 词 ： 桥 梁工程 承 台 水化 热 温度 控制 数 值分析 中图分 类号 ： U 4 4 5 5 7 ； U 4 4 6 2文献 标识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 2 0 8 0 5 桥 梁承 台是 大体 积 混凝 土结 构 ， 由于 施 工期 间水 泥的水 化反 应导致 其 温 度 发 生 变化 ， 在 受 到 内部 和外 部 约束 时将 产生 较 大 的温 度应 力 ， 容 易 引 起 混凝 土 开 裂 。裂缝对结构的承载力 、 防水性能 、 耐久性等都会产 生很大影响。采用分层浇筑法施工能降低混凝土内部 温度 ， 但 是 会给施 工 带来很 多不 便 ， 难 以保 证施 工质量 和工期 。综合考虑现场施工条件和工期等因素， 对天 桥 特 大桥 承 台采 用 了一次 浇筑 法施工 。这 种施 工方法 会明显加剧水化热效应， 对温度控制措施要求更加严 格 。因此 ， 在 承 台混 凝 土施工 过程 中 ， 准 确预测 和监 测 混凝 土 内部 的温度 分布 规律 十分重 要 。 1 工 程 概 况 天 桥特 大桥 主桥 为 ( 1 0 6+ 2 0 0+1 0 6 ) m 预 应力 混 凝 土箱形 梁 连续 刚构桥 ( 图 1 ) 。主墩 承 台采 用 C 3 0混 凝 土 ， 一 次 浇筑 。 承 台长2 3 6 m、 宽2 0 6 m、 高6 0 m， 41 2 00 1 0 60 0 1 20 00 0 , 10 60 0 i 图 1 天桥特大桥主桥示意 ( 单 位 ： c m) 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 2 2 1 ； 修回 日期 ： 2 0 1 2 0 3 2 6 基 金项目： 国家 自然科 学基金 资助项 目( 5 0 6 0 8 0 0 5 ) 作者 简介： 石 大为( 1 9 6 8 一) ， 男， 贵州贵 阳人 ， 高级工程师。 为大体积混凝土 ， 承台施工应考虑水化热引起的温度 应 力 ， 需 要进 行温度 监测 并及 时控制 结构 的温度 。 2 温 度控 制方案及标准 2 1温度控 制方 案 1 ) 测量元 件及 布置 承 台内预埋 温度 元 件 ， 以测 量 其 内部 的温 度 场 分 布 。温度传 感器 采用 的是 J MT 3 6 B型温 度传 感 器 ， 灵 敏度 0 1 o c， 精 度 1 ， 测 量范 围为 一 2 0 o c 1 1 0 c c， 线性 误差 0 5 。测点 布置 见 图 2 。 土 = = f b ) 立面 图 2 温度传感器布置 ( 单位 ： c m) 二 基 2) 监测 方法 监测 时间一 般是从 混凝 土开 始浇筑 至混 凝土 浇筑 完成后 1 5 d ， 在此期间根据混凝土的温度观测值调整 监测频 率 。大 部 分 水 化 热 是 在 ? 昆凝 土 浇 筑 后 的 7 2 h 内释放 ， 故在浇筑完成后 的 7 2 h内， 监控人员将采取 高密度监测 ， 采集频率为 1次 2 h ； 待混凝土温度升到 最大值后 ， 将监测频率改为 1次 4 h ， 等温度下降均匀 后 ， 可将监测频率减小到 1次 1 2 h 。1 5 d以后 当大体 积 混凝 土 中心 温 度 与 外 界 温 差 2 5 时停 止 测 温 。 采 集 的数据包 括 ： 进 、 出水 管 的温度 ， 混凝 土 内部 温度 、 2 0 1 2年第 8期 承 台混凝土施工 温度 控制及数值分析 1 7 传 感器 的温 度 、 大气 温度 和混 凝土 表 面温度 。 2 2温 度 控制标 准 1 ) 在 浇筑 承 台过程 中 ， 混 凝 土 内外温 差 不 应 超 过 2 5 ： 2 ) 混凝 土 中心 温度 与表 面 温度 之差 ， 以及 表 面 温 度 与环境 温 度 之 差 ， 均 应 2 0 ； 当结 构 混 凝 土 具 有 足够 的抗 裂 能力 时 ， 温 差可 在 2 5 3 0 c 【 二 之 间 ； 3 ) 混 凝土 降温 速率 不超 过 2 0 d ； 4 ) 混 凝土 的最 高升 温控 制在 6 0 之 内 ； 5 ) 尽 量控 制 出水 口温度 在 4 0 c I = 以下 ， 进 出水 管 的 温差 在 5 1 0 之 间 。 3 仿真计算 依 照大 体积 承 台混 凝 土 的 浇筑 方 案 ， 监控 单 位 根 据施 工单 位 提供 的参 数对 承 台的水 化热 进行 了仿 真计 算 分析 。 3 1 计 算参 数 直径 5 0 m m 的冷 却管水 流量 取 2 m h ， 水温取 1 5 ， 混凝 土 的人模 温度 取 2 0 ， C 3 0混凝 土 的 比热 容 取 0 9 7 k J ( k g K) ， 环 境 温 度 取 1 5 ， C 3 0混 凝 土 热对 流 系数取 1 3 9 W ( m k ) ， 普通 硅 酸 盐 水 泥 的用 量 为 2 4 l k g m 。 3 2计 算结 果 主桥承台采用一次整体浇筑 ， 承台中布置 5层 5 0 m m的冷却管 ， 由于仿真分析计算 中参数和边界取值与 实际施工过程有一定的偏差， 因此有可能使仿真计算的 结果 与实际测 量结 果 有一 定 的误 差 。由天 桥特 大 桥 承 台水 化热仿真分析 可知 ， 内部最 高温 度将 达到 5 2 4 ， 内外 温差 达 到 1 4 4 c I = ， 因此 在施 工 和养 护 过程 中通 过 控制冷却管水流流量可以达到控制水化热的目的。 4温 度 监 测 结 果 与 分 析 按照监控方案， 进行了高密度的监测 。结果表 明， 混凝 土 浇筑后 内部 第 一层 4号测 点 实测 温度 与理 论 温 度值 最 大 ， 该 测点 的实 测温 度与 理论 温度 如 图 3所 示 。 由于 1 号测点靠近钢模板附近为 山体 ， 7号测点 靠近钢模板附近比较空 旷， 4号测点为第一层 中心温 度 ， 故 由第 一层 中心 4号 测点 、 外 部 1号 和 7号测 点 的 实 测 温度值 ， 可得 到 中心 4号测 点 与靠 近 钢模 板 的 1 号 和 7号测 点 的差值 ， 如 图 4所示 。 通过 实测 ， 在 浇筑 1 O 主 墩 右 幅 承 台混 凝 土 过 程 中 ， 混 凝 土 内外 温差 最 大 为 1 9 3 ， 小 于 规 范规 定 的 2 5 c I = 。混凝 土浇 筑 8 0 h后 ， 混凝 土 内部 中心 温度 达到 最高， 为 5 2 2 ， 与理论计算温度 5 2 4接近 ； 混凝 土 中心 温度 与表 面温 度 之 差 最 大为 1 7 6 ， 2 0 ， 图 3 4号测 点温度实测结 果与理论 计算结果对 比 2 5 2O 1 5 2 1 0 s O 一 5 1 O o _ 内部4 测点外表 面混凝土与 1 测 点温差 曲线 内部4 测点外表 面混凝土与 7 测点温差曲线 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 时间， h 图 4 混凝 土内部 与靠 近钢模板 的 外部测 点的温差 曲线对 比 在温度控制范围内； 出水 口温度最高为 3 7 c C， 进出水 管 的温差 基本 控制 在 1 0 以 内。l 0 主墩 右 幅承 台混 凝 土 内部 温度 场 的变 化 基本 按 照 预 测 的方 向发 展 ， 有 效地 防止 了温 度裂 缝 的 产 生 ， 实 现 了承 台温 度 监控 的 目标 。 5 结 语 1 ) 数值计算可 以较好 地预测水化热的实际发展 规律 ， 对于做好大体积混凝土的温度控制、 指导大体积 混凝 土 的施工具 有 积极 意义 。 2 ) 内部 因素是水化热的主动影响因素 ， 在施工 中 应采 取优 化混 凝土 配 合 比、 掺 配 粉煤 灰 等 措 施来 减 少 水泥的用量 ， 达到降低水化热 的目的。 3 ) 外 部 因 素 是 水 化 热 的被 动 影 响 因 素 。管 冷 作 用可 以较 好地 降低 水 化 热温 度 ， 采 用 木 制模 板施 工 可 以有效减小混凝土的内外温差 ， 有利于做好 大体积混 凝 土 的温 度控 制 。 4 ) 通过 科学 地制 定 温 度控 制 指 标 、 采取 合 理 的温 度控 制措 施 ， 有 效地 控制 了混 凝土 的浇 筑温度 、 最 高温 升、 内外温差及降温速率 ， 使得承台混凝土在施工过程 及养 护期 间 内部 的温 度 场变 化 按 照 预 期 的 目标 发 展 。 施工 完成 后 至今 ， 尚未 发现结 构上 存在 明显 裂缝 ， 说明 温度 控制 取得 了较 好效 果 。 l 8 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i n g 文章 编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 2 ) 0 8 0 0 1 8 0 4 高架桥支座安装双端质量减振元件的 轨道减振性 能分析 姜 鹏 ， 喻 其炳 ， 李 川 ， 罗晓娟 ， 侯 明明 ， 彭 娟 ( 重庆工商 大学 环境与生物工程学院 ， 重庆4 0 0 0 6 7 ) 摘 要 ： 为 了控 制 由 高架轨道 交通 系统 与环境 的振 动传 递 而引起 的振动 污 染 ， 提 出将 双端 质量 这一新 型减 振 元件 引入 到 高架轨 道桥墩 支座 减振 控制 中。在 建 立 了基 于双 端质 量 的 高 架桥 墩 力 学模 型 的基 础 上 ， 以最小化振动传递为 目标进行仿真计算， 对不 同参数条件下支座结构的振动传递控制性能进行分析， 得 出最优 参数 条件 下 对应 的桥 墩 的最优 振动 传递控 制 性 能 。计 算 结 果表 明 ： 通过 引入 双 端 质 量 的惯 性质 量力， 可以有效减缓轨道与桥墩之间的振动传递， 在高架轨道 系统 中可以有效提 升支座的减振性能， 为 城 市高 架轨 道 交通 系统 的设计提 供 了新 的思路 。 关键 词 ： 振 动 双 端质量 减振 高架轨 道桥 墩 中图分类 号 ： U 4 4 3 3 6文献标 识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 2 0 8 0 6 高架 轨道 结构 因具 有易 于施工 、 节约 用地 的特 点 ， 在轨 道交 通 的承载 结 构 中得 到 了广 泛 应 用 。但 是 ， 在 医院、 学校、 居 民住宅和精密仪表厂等环境敏感地段 ， 高架轨道振动直接影响了人们 的生活。 运行列车对轨道有冲击作用 ， 产生 的振动通过结 构 ( 桥 梁 的墩 台及其 基础 ) 和周 围地层 向外 传播 ， 诱 发 高架 路 沿线两 侧及 邻 近 建 筑物 产 生 二 次振 动 ， 这 种 振 动对 于 居 住 环 境 来 说 构 成 严 重 污 染 。在 高 架 轨 道 体 系 中 ， 高架 桥墩 与 轨道 之 间 的连接 是 振 动 传播 的重 要 途径 ， 因此 ， 利 用桥墩 支 座隔离 桥墩 与轨 道之 间的传 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 3 1 5； 修 回日期 ： 2 0 1 2 - 0 5 2 0 基 金项 目：国家 自然 科 学 基 金 ( 5 0 9 0 5 1 9 3) ； 重 庆 市 自然 科 学 基 金 ( 2 01 0 BB 4 2 4 9， 2 0 1 0BB 4 2 6 1) 。 作者简介 ： 姜鹏 ( 1 9 8 2 一) ， 男 ， 江苏海安人 ， 硕士研究生。 递路 径 ， 可 以有 效减 低 高架 轨 道 与 环境 之 间 的振 动影 响 ， 从而 降低 高架轨 道与环 境之 间 的振动传 递 。 1 双端质量概念 介绍 一 个 实 际 的结 构 系统 可 以分解 为 弹 性 ( 刚度 ) 、 阻 尼 、 惯性 ( 质 量 ) 三 种 力学 要 素 。 因此 ， 振 动 体 系 中除 了采用 弹性 支承 ( 可 以简化 为 刚度 、 阻 尼 的并 联 ) 减 振 结构外 ， 还 可 以采 用 惯 性 质 量 元 件 实 现 减 振 控 制 。 但是 ， 传统的质量块和飞轮元件都只有一个力学操控 端 口， 因此 在物 理结构 上不 能与 刚度 、 阻尼等 减振 元件 相并 联 ( 并 联 通 常 需 要 两 个 端 口 ， 只对 适 用 其 条 件 的 阻尼 、 弹性 元件 有效 ) 。 I J i 等 介 绍 了 “ 双 端 质 量 ”( T w o T e r mi n a l Ma s s ) 这一具有两个力学端 口的惯性质量元件 ， 使得传统的 参 考 文 献 1 朱伯芳 大体积混凝 土温度应 力与温 度控制 M 北 京 ： 中 国 电力 出版 社 ， 1 9 9 9 2 贾应春 程 宝辉 大体积混凝土施工温度控制基本思路 J 世 界 桥 梁 ， 2 0 0 5( 1 ) ： 7 5 7 7 3 王解军 ， 梁锦锋 ， 王明明 连续 刚构桥承 台施工 中的温度分 析 J 中南公路工程 ， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 8 6 9 0 4 刘兴法 混凝 土结构 的温度应 力分析 M 北 京 ： 人 民交通 出 版 社 ， 1 9 91 5 j 龚玉华 ， 陈舜 东 ， 黄 强军 茅台大桥 大体积混 凝土承 台温度 控制研究 J 铁道建筑 ， 2 0 1 2 ( 1 ) ： 2 O - 2 3 6 张小川 桥梁大体积混 凝土温 控与 防裂 D 成都 ： 西 南交 通 大学 ， 2 0 0 6 7 高振燕 ， 刘宏玉 大体积混凝土温度裂缝的产生原因及控制 措施 J 公路与汽运 ， 2 0 0 8 ( 5 ) ： 8 8 9 1 8 贾应春 ， 崔清强 苏通大桥辅桥主墩承台大体积混凝土施 工 温度控制 J 桥梁建设 ， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 1 0 1 1 0 4 ( 责任 审编李付军)