南水北调漕河渡槽工程混凝土温度及应力分析.pdf

南水北调漕河渡槽工程混凝土温度及应力分析 程 运 枫 ( 湖北葛洲坝试验检测有限公司 宜昌4 4 3 0 0 2 ) 吴 正安 ( 中国葛洲坝集团国际工程有 限公 司 北京 1 0 0 0 2 2 ) 【 摘 要】 本文通过对南水北调 中线京石段应急供水工程漕河渡漕段 3 0 m跨渡漕混凝土温度及应力应变监测 分析了薄壁混凝土早期温度及应力应变发展变化情况。 【 关键词 】 南水北调 中线工程3 0 m跨渡漕 薄壁混凝土 温度及应力应变 1 工程 概况 漕河渡槽位于河北省保定市， 是南水北调中线工 程跨度较大的交叉建筑物。渡槽全长 2 3 0 0 m， 槽身纵 坡 1 ／ 3 9 0 0 ， 设计 流量 1 2 5 m ／ s ， 加大 流量 1 5 0 m ／ s 。渡 槽为三槽一联加肋带拉杆结构型式， 单槽断面尺寸 6 ． O m 5 ． 4 r n 。边墙 、 中墙 分别 厚 0 ． 6 m、 0 ． 7 m， 其顶 部 分别设 2 ． O m、 2 ． 7 m宽的人行道板。纵梁断面尺寸 ： 边 纵梁 1 ． 3 m 2 m， 中纵梁 1 ． 4 m 2 m。槽 身加设 侧肋 及 底肋， 肋间距 2 ． O m， 侧肋、 底肋宽 0 ． 5 m， 分别高 0 ． 7 m、 0 ． 9 m， 拉杆断面尺寸0 ． 3 m 0 ． 4 m。 漕河渡槽 3 6～ 7 6号跨跨度达 3 0 m， 槽身跨度大、 施工工艺复杂、 基础承载力要求高。 2 安全监测的内容 漕河 渡槽 4 1号跨桩号 为 3 7 6+5 2 0 ． 4～3 7 6+ 5 5 0 ． 4 ， 分别在主梁、 次梁 、 底板、 人行道板 、 拉杆梁等部 位布置了混凝土应力应变、 温度 、 钢筋应力、 锚索预应 力等监测仪器 ， 通过监测成果分析对槽身结构受力状 态进行监控和评估( 见图1 、 图2 ) 。 电缆垂直上升 ／— — — — — 一 图 1 主梁监测仪器布置 5 9 a m水利建设与管理 2 0 1 1 年 第1 1 期 O 5 3 O 2 1 3 O 1 3 O 图2 次梁监测仪器布置 3 应力应变及温度分析 主梁长 2 9 ． 9 6 m、 高7 ． 4 m、 宽 2 2 ． O m， 每跨分4条主 梁 ， 在右边梁和右中梁底部各布置钢筋计和应变计。 主梁钢筋应力及混凝土应变根据仪器埋设位置的不 同， 钢筋应力的分布各不相同， 上下游为压应力， 中间 部分为拉应力。上下游两端 的钢筋应力在 一 4 7 ． 7～ 一 2 6 ． 5 M P a 之 间 ， 底层 2 ／ 5 、 4 ／ 5的位 置 ， 钢 筋 应 力 在 一 1 2 ． 0～一 2 1 ． O MP a 之 间 ， 主梁 中部 为 一 9 ． 3 MP a 。从 以上 的数据分析 可知 ， 主 梁上下 游 呈受 压趋 势 ， 中部 呈受拉趋势。主梁内部混凝土应力与钢筋混凝土应 力分布情况基本一致。上下游为 一1 3 ． 6～一 2 5 ． 8 ￡ ， 2 ／ 5 、 4 ／ 5为 5 2 ． 3～一1 4 6 ． 5 L L ￡ ， 中 间 为 2 3 ． 4 tx e 。中 间 呈受拉 、 上下 游 呈受 压趋 势 ， 混凝 土 内部 应变 均 较小 ( 见 图 3 ) 。 E 巫 、 图 3 主梁温度、 钢筋应力过程线 为 了及 时 了解 次梁温度及应 力应变分 布情况 ， 在 次梁分别布置了钢筋应力 、 混凝土应力应变仪器 ， 测得 钢筋应力为： 左右墙内侧垂直钢筋应力为 一9 ． 6 9～ 一 1 2 ． 0 9 M P a ， 外 侧 墙 垂 直 钢 筋 应 力 为 一3 7 ． 0～ 一 4 0 ． 5 9 M P a 。 次梁底部钢筋应力分布情况 ： 上部应力 比下部应力要小 ， 上部最大应力在 一 2 1 ． 0～一 7 ． 7 M P a 之间， 底部应力在 一 4 1 ． 0～一3 8 ． 2 M P a之间。第二层 在左右边墙内外的垂直钢筋上各布置仪器， 应力分布 外侧墙在 一6 0 ． 0～一4 3 ． O M P a之间， 内侧墙应力在 一 4 2 ． 0～一 2 5 ． O M P a 之间。 次梁上层混凝土应变 比下层要小， 上层混凝土应 6 0 变在 一l 】 9 ． 6 1～5 0 ． 4 5 ￡之 间 ， 下 层 在 一2 1 3 ． 8 9～ 一 1 7 4 ． 9 6 1~ e 之问。第二层左右边墙各布置了一支应变 计 ， 监 测 到 的应 力 应 变 在 一2 4 6 ． 8 3～ 一1 5 6 ． 6 5 8左 右。呈受压趋势 。 3 ． 1 底板跨中剖面应力应变分析 3个槽孔上层钢筋上 的钢筋计， 其钢筋应力在 一 6 0 8 3 ～一 5 8 ． 4 4 M P a 之 间 ， 埋设 在 下层 钢 筋上 的钢 筋计 ， 其 应力在 一 5 2 ． 9 4～一 4 7 ． 6 3 MP a之 间。混凝 土 应力应变在 一 2 1 8 ． 2 1 ～ 一 2 4 1 ． 8 8 ￡之问 ， 左 右边墙 各 布置一支应变计 ， 应力应变在 一1 2 3 ． 2 1～一1 3 1 ． O lx e 之间， 呈受压趋势。 程运枫 等／ 南水北调 漕河渡 槽工程 混凝土 温度及应 力分析 3 ． 2 混凝土温度分析 分别在底板与左右边墙上布置了温度监测仪器。 混凝土初期主要受水化热变化影响， 后期主要是随气 温变化而变化。 3 ． 3 锚索预应力分析 渡槽采用三 向预应力 张拉 ， 从 张拉监 测过程 看 ， 回 油前监测仪器应力测值基本控制在设计应力值附近， 与千斤顶张拉控制应力相吻合， 说明施工过程控制较 好， 施工误差基本控制在允许范围内， 张拉力控制较为 可靠 。 预应力张拉施工完毕后， 梁体混凝土有效预应力 实测值位于合理范畴， 预应力张拉基本达到预期效果。 单端张拉阶段 ， 张拉端回油前与回油后锚夹片回 缩 自紧过程 中， 测试直线形孔道张拉端测值减少量占 该级 张拉设计应力 的 2 ． 5 ％ ～8 ． 4 ％ ， 平均 为 6 ． 3 ％ ； 被 动端 ( 封 闭端 ) 测值减少量 占该级 张拉设 计应力 的 1 ． 7 ％ ～ 3 ． 7 ％， 平均为 3 ． I ％。两端 同时张拉时， 锚 固 损失减少量 占该级张拉设计应力的5 ． 8 ％ ～1 0 ． 6 ％， 平 均为 8 ． 7 ％。 波浪形曲线其两侧张拉端在回油前后其应力差 值 ， 平均 占该级张拉设计应力的 1 8 ． 5 ％。圆弧形曲线 其两侧张拉端在回油前后其应力差值平均为 2 3 ． 4 ％。 双向张拉与单向张拉相 比较， 预应力锚固损失减 少不 明显。 在张拉阶段， 预应力张拉对同向相邻孔道钢绞线 应力增量影响不显著。 纵向筋张拉至6 0 ％ 时该级张拉前测值与上一 级张拉后应力测值相差平均约为0 ． 2 ％ 竖向张拉对纵向预应力松弛影响不明显。张拉至 6 0 ％时 ， M1自1 5 ％ 。 。 一3 0 ％ 。 _6 0 ％ 。 时， A 1 应力 松弛总量为 0 ． 1 ％ ～ 0 ． 5 ％ ， B 2 应力增量为 0 ． 1 ％ ～ 0 ． 2 ％。 预应力张拉锁定后， 经过灌浆封闭， 应力 比较稳 定 ， 预应力测值没有 明显变化 。从 图 4中可 以看 出 ： 预 应力不受温度影响， 预应力几乎就是一条直线。 Ej至互三 ≮ ， ‘ 、 L ， 、 一 _．_⋯ ‘ ● ， ．_。 。 ‘ 、 _ 、 ^ _ ． _ ． ． 图4锚索预应力进程线 4结语 3 0 m跨 蓄水试验 预应 力施工 明显改变 了渡槽t 昆 凝 土的应力状态 ， 预应力施加后 ， 槽身整体结构处于受压 状态。 目前渡槽增加荷载时 ， 应注意通水 后 的水压 力 ， 改变渡槽的应力状态 ， 因此在通水后须加强监测 ， 特别 注意拉应力变化。 a ．渡槽属于薄形混凝土结构物体 ， 在没有通水的 情况下 ， 渡槽混凝土应力应变状态受 13照影响明显 ， 在 同一断面上的对称位置 ， 同一时刻 ， 阳面与阴面混凝土 应力状态差异较为明显。 b ．渡槽混凝 土 应力应 变状 态受 季节 影 响非 常明 显， 混凝土温度应力状态的改变对结构总应力影响较 为显著 。 c ．3 0 m试验跨加 载试验数 据分析认 为 ： 相 比于温 度影响， 槽身加载( 卸荷) ， 结构混凝土应力变化一般 在2 ． 8— 6 ． 8 MP a 之间， 对结构整体应力影响并不显著， 结构仍整体处于受压状态。 d ． 根据以上数值校验 ， 建筑物应力应变与设计意 图相符， 达到设计要求。 6 1