加热炉设备基础超厚顶板内部温控施工工艺.doc

5000mm宽厚板加热炉设备基础
超厚顶板及大体积混凝土内部温控的施工工艺

关键词： 超厚顶板 大体积混凝土内部温度控制
沙钢5000mm宽厚板加热炉设备基础，其中位于B列3线的顶板中有一部分超厚顶板，特点如下：
a 、跨度大，②-③线方向净跨度为8950mm,B-C列方向宽度为8950mm；
b 、厚度为4600mm；
c 、顶板底面距底板上表面5900mm。
因此底模板的支撑系统和混凝土浇筑后的温度控制是施工考虑的关键。
1、 支撑系统设计
①支撑架有很多形式，即支柱式、桁架式等，整体强度比较高，但其形式复杂不利于操作，影响施工进度，且一次性投入大，成本高，所以根据工程特点，通过比较与分析，将采用扣件式钢管脚手架材料搭设双立杆模板支撑架的施工方法，其主要有以下几方面特点：
a 、扣件支撑架易操作，布置灵活；
b 、受力形式合理，搭设后的整个脚手体系的整体稳定性
好，更安全、可靠；
c 、在整个施工过程中便于安全监控；
d 、此支撑架安装和拆除比较方便，可供使用的周期长。
②模板支撑架以承受竖向荷载的压力作用为主，支架的工作安全主要受其整体或单肢立柱的稳定承载能力控制；支撑架中的立杆作为隐形的受压柱，其稳定承载能力取决于压杆的柔度和结构的约束条件。
③计算压杆的柔度随立杆步距、立杆顶端的自由长度a、支架的高度
H及高宽比H/B的增大而增大，而约束条件则介于两端铰支与一端固定、一端自由之间，受构架尺寸、杆件线刚度、斜杆和附着拉结杆件设置以及杆件连接的紧固程度等因素的影响。
此板的支撑系统按如下操作：
1．1 支撑搭设
①搭设材料：用外径48mm，壁厚3.5mm钢管、直角扣件、对接扣件、旋转扣件、可调支撑头。
②支撑架的搭设要求：
a、搭设时应对钢管、扣件、支撑头进行认真检查，发现有裂缝，锈蚀严重及弯曲变形均不得使用。
b、纵向扫地杆距底脚上皮不大于200mm处立杆上，横向扫地杆应用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。
c、立杆接长除顶层顶步可采用搭接外，其它各层各步接头必须用对接扣件连接，立杆上的对接扣件应交错布置，两根相邻的立杆的头不应在同步内，同步内隔杆、立杆的两个相隔接头高度方向错开的距离不宜小于500mm。
d、纵向水平大横杆杆宜设置在立杆内侧，可采用对接扣件连接，也可采用塔连接。采用对接时应交错连接，两根相邻纵向水平杆的接头不宜在同步或同跨内。
e、为确保主支撑的整体稳定，要求水平杆与两侧的墙体固定连接。
1．2支撑系统荷载及强度稳定性验算
⑴板模板支撑架的稳定承载能力
由于选用外径48mm，壁厚3.5mm钢管，其A = 489mm2
f = 205N/mm2
材料抗力Rd=100.245ΦkN

⑵钢模板及连接件钢楞自重力 750 N/m2
新浇混凝土重力 110400N/m2
钢筋自重 1500 N/m2
施工荷载 3000N/m2
初步确定立杆布置间距为500×200mm
⑶模板支架自重标准值在立杆中产生的轴力
N1=0.038nh
=0.038×3×5.9
=0.6726KN
恒载标准值在立杆中产生的轴力
N2 = 0.2 × 0.5 × 112650
= 11.265KN
施工荷载标准值在立杆中产生的轴力
N3 = 0.2× 0.5 × 3000 = 0.3KN
所以立杆的轴力设计值
不组合风荷载N、= 1.2 × （0.6726+ 11.265+ 1.4×0.3）= 14.829KN
⑷根据搭设高度5.9m和立杆轴力设计值查得：
当步距1.2<h <1.5m时，立杆计算长度调整系数k1= 1.167
支架高度 H 0 = 5.9 m , k2 = 1.007
当Rd 〉1.2 N、时即1.2×14.829= 17.7948KN < 19.9KN
可得 h + 2a = 2.55 m
为满足安全要求系数 K〉2.0 ，立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度a = 0.367×1.45= 0.532m,
可得步距h = 1.486m
⑸所以搭设参数：主支撑架立杆间距为 200mm，排距500mm,水平杆的间距
为1486mm,并在支架四周与中间每隔4排立杆从顶至底连续设置一道纵向剪刀撑，每隔2步设一道水平剪刀撑。
⑹按设计构架和荷载计算
不组合风载 N = 1.2 ×11.9376 + 1.4×0.3
=14.745 <Rd= 19.9KN
⑺立杆基础底面的平均压力
P ≤ fg = kc × fgk
由于底面为C30混凝土底板，kc取1.0
P = N / A =14.745/ 0.2 × 0.5 = 147.45KN/M2
<30000KN/M2
结论： 验算合格

2、整个组合体系安全可靠性
a 、对组合体系要求各杆件均达到规定的强度、刚度和稳定性要求。

b 、在脚手搭设和使用过程中，必须做到严格监控，如脚手的拉接、稳定性，以及对施工荷载的控制要求等。
c 、对搭设的钢管脚手体系定期进行检查和保养，扣件连接处经常上油，保证后道拆除工序的进行。
3、顶板混凝土的温度控制
3.1 温度控制的必要性
顶板结构截面大，混凝土比较集中，水泥用量多，水泥水化过程中释放的水化热大，温升速率快，一般可达35 ~ 40℃ ， 加上初始温度可使最高温度超过70 ~ 80 ℃，混凝土的热膨胀系数为10×10-6/℃，而此顶板施工时正值6 月份，日常温度为22℃左右，所以混凝土内外的温度差很容易达到25℃以上，造成的冷缩量为2 ～2.5×10-4，而混凝土本身的极限拉伸值只有1～1.5×10-4，因此如果温度控制不好，形成冷缩就会引起混凝土开裂。
3.2 温度计算
⑴ 最大绝热温升
Th = mc·Q / c ·ρ（ 1- e-mt）
=460 ×334/0.97 × 2400(1-2.718-0.362×28)
=67.68 ℃
⑵ 混凝土中心计算温度
T1(t) =Tj + Th ·ζ(t)
=22 + 67.68 × 0.74
=72.08℃
⑶ 混凝土表层温度
①保温材料（草袋）厚度
δ=0.5h ·λx(T2-Tq) Kb/λ(Tmax-T2)

=0.5×4.6× 0.14×17×2.6/2.33×25
=0.244m
②表面模板及保温层的传热系数
β=1/【δ/λ+1/βq】
=1 / 【0.244/2.33+1/23】
=6.748w/m2·K
③混凝土虚厚度
h` =k ·λ/β
= 2/3 ×2.33/6.748
=0.23m
④混凝土计算厚度
H = h + 2h`
= 4.6 + 2×0.23
= 5.06m
⑤表层温度
T2(t) = Tq+4·h`(H –h`)【T1(t)-Tq】/H2
=22+4×0.23(5.06-0.23)×50.08/5.062
= 30.692℃
T1(t) – T2(t) = 72.08 -30.692 = 41.388℃
结论：通过计算，当混凝土中加入粉煤灰掺合料，采用分层浇筑的方法，混凝土表面覆盖草袋进行保温保湿养护的措施时，混凝土中心温度与表层温度之差大于安全温差25℃。

3.3 温度控制的技术措施
为使混凝土内外温差达到安全温差，避免出现裂缝采取以下措施：

⑴混凝土浇筑12h后，用塑料薄膜严密覆盖保湿，上铺两层草袋保温，以提高表层温度。
⑵为降低混凝土中心温度，在基础内部采用钢管作为冷却水管，即相互惯通的钢管充当钢筋支架，上下层钢筋处钢管4m一档进行水平布置，每根钢管下4m一档立管，且所有钢管相互连接，通过循环冷却水，强制降低混凝土水化热温度。
3 . 4 温度监测
布置16个测温点，如下图所示，测温管采用φ48×3.5mm的钢管，均露出混凝土表面12厘米，分别测量中心最高温度和表面温度。测温工作在混凝土浇筑完毕后开始，测温频率按持续28天进行。前三天，每两小时测温1次，平均温差为23℃；4天至8天，每4小时测温1次，平均温差为20℃；9天至15天，每6小时测温1次，平均温差为17℃；16天至20天，每12小时测温1次，平均温差为10℃；21天至28天，每24小时测温1次，平均温差为5℃；基础混凝土浇筑后，中心最高温度发生在第3天，最高温度72.08摄氏度。混凝土中心与表面温度升降基本同步上升，在前15天温差保持在17摄氏度至23摄氏度左右，低于不安全温差25摄氏度，后13天温差降幅逐渐增大，最低达5摄氏度左右，说明温差控制理想。 

4 、施工小结
通过对双立杆模板支撑架组合体系的选型、验算、安装、以及正常使用和拆除整个过程的探讨，不仅为超厚顶板施工提供一个安全、可靠的施工作业面，而且减少材料用量，加快了施工进度；对混凝土内部的温度控制，使其内外温差在安全温差之内，避免了由于冷缩引起的裂缝，为整个结构达到设计和规范要求提供有效的保障。