桥梁承台大体积混凝土施工温度控制及数值分析.pdf

第 3 8 卷第 5期 2 0 1 2年 1 O月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 3 33 桥梁承台大体积混凝土施工温度控制及数值分析 杨雅勋 ( 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： 针对大体积承台在混凝土浇筑过程中产生水化热， 提出承台大体积混凝土施工温控的思路和工作流程， 运 用有限元软件 MI D A S对大体积混凝土承台浇筑施工进行水化热温度场数值分析， 介绍了承台大体积混凝土施工 温控方案、 模拟计算结果及施工过程控制计算， 并与温度监测结果进行了对比分析。分析结果对类似工程施工具 有一定的指导意义。 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： T U 7 5 5 6 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 2 ) 0 5 3 3 3 0 3 Te mp e r a t u r e c o n t r o l a n d n u me r i c a l a n a l y s i s o f m a s s i v e c o n c r e t e f o r c o n s t r u c t i o n o f p i e r S b a s e YANG Ya x u n ( K e y L a b o r a t o r y f o r B r i d g e a n d T u n n e l o f S h a n x i P r o v i n c e ， C h ang a n U n i v e r s i t y ， X i an 7 1 0 0 6 4 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： F o r t h e h y d r a t i o n h e a t g e n e r a t e d b y t h e ma s s i v e c o n c r e t e d u r i n g t h e c o n s t r u c t i o n o f t h e p i e r s b a s e ， t h e me t h o d s a n d o p e rat i o n p r o c e s s e s o f t e mp e rat u r e c o n t r o l a r e p r e sen t e d i n t h i s a r t i c l e ， u s i n g the fi n i t e e l e me n t p r o g r a m MI D AS an a l y z e t h e ma s s i v e c o n c r e t e t e mper a t u r e fi e l d o f t h e h y d r a t i o n h e a t d u r i n g t h e c o n s t r u c t i o n o f the b a s e B e s i d e s ， t e mp e rat u r e c o n t r o l p rog r a m f o r t h e c o n s t r u c t i o n o f ma s s i v e c o n c r e t e ， s i mu l a t i o n o f t h e c a l c u l a t i o n res u l t a n d c o n t r o l l i n g c alc u l a t i o n f o l l o wi n g the p r o c e s s o f t h e c o n s t r u c t i o n c o mp a r e d wi th t h e d a t a o f t e mp e r a t u r e mo n i t o rin g r e i n t r odu c e d T h e r e s u l t o f an a l y s i s a n d c a l c u l a t i o n c o u l d b e a ref e r e n c e f o r the s i mi l a r c o ns t r uc t i o n Ke y w o r d s ： b ri d g e e n g i n e e ri n g ； t h e p i e r s b a s e ； h y d r a t i o n h e a t ； t e m p e r a t u re c o n t r o l ； n u m e ri c a l a l l a l y s i s 0 引 言 桥梁承台是大体积混凝土结构， 由于施工期水 泥的水化热反应导致温度变化 ， 在受到内部、 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， 但是会给施工带来众多不便， 难以保证施工质 量、 施工工期。根据现场施工条件和工期等 因素综 合考虑， 天桥特大桥承台采用一次浇筑法施工。这 种施工方法会大大加剧水化热效应 ， 对温控措施要 求更加严格。因此 ， 在承台混凝土施工过程 中， 准确 预测、 测试混凝土内部的温度分布规律尤为重要。 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 ， 一次浇注 ， 承台长 2 3 6 m、 宽 2 0 6 m、 高6 m， 属于大体积混凝土， 需要考虑水化热引起 的温度应力 ， 对结构进行温度测试及时控制结构 的 温度是很有必要的。 图 1 天桥特大桥主桥示意 F i g 1 S c h e ma t i c d i a g r a m o fma i n b r i d g e 1 工程概况 2温控 方案及标准 天桥特大桥主桥为 1 0 6 m+2 0 0 m+1 0 6 m的预 收稿 日期 ： 2 0 1 2 4 ) 2 - 1 3 作者简介： 杨雅勋( 1 9 7 9一) ， 男， 陕西西安人， 讲师， 工学博士， 主要 从事桥梁损伤识别与状态评估研究。 E ma i l ： y y x g y q q e o m 2 1 温控方案 2 1 1 测试 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 J M T - 3 6 B型温度传感器， 灵 敏 度： 0 。 1 ， 精 度 ：1 c C， 测 量 范 围：一2 O Q C 3 3 4 四川建筑科学研究 第 3 8卷 1 1 0 ， 线性误差 ： 0 5 C。测点布置如图 2所示 。 _ I ：2 寸 一 _ 一 2 0 o 39 0 3 9 0 5 ( 3 说明 ：为温度 传感器 单 位 ：c m ( a ) 温度传感器布置平面 说明 ：为温度 传愿器单 位 ：c m ( b ) 温度传感器布置立面 图 2 温度传感器布置 Fi g 2 Te mp e r a t u r e s e n s o r l a y o u t s 2 1 2测试 方 法 对于承台浇注的监测时间一般是从混凝土开始 浇注至混凝土浇注完成后 1 5 d ， 在此期 间根据混凝 土的温度观测值采取不同的测试频率。大部分水化 热是在混凝土浇注后的 7 2 h内释放 ， 故在浇注完成 后的7 2 h内， 监控人员将采取高密度的监测， 每 2 h 进行一次温度采集； 待混凝土温升到最大值后， 将监 测周期改为每4 h 采集一次， 等温度下降均匀后， 可 将监测周期增加到每 1 2 h采集一次。1 5 d以后 ， 当 大体积混凝土中心温度与外界温差小 于 2 5 C时停 止测温。采集的 内容包括 ： 进 、 出水管的温度； 混凝 土 内部温度传感器的温度 ， 大气温度 ； 混凝土表面温 度。 2 2温 控标 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 小于 2 0 ； 当结构混凝 土具 有 足够 的抗 裂 能力 时 ， 允 许 不 大 于 2 5 一 3 Oc c： 3 ) 混凝土降温速率不超过 2 0 C 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 【 = 以下 ， 进出水管 的温差在 5 一l 0 之间。 3 仿真计算 依照大体积承台混凝土的浇注方案 ， 监控单位 根据施工单位提供的参数对承台的水化热进行仿真 计算分析 。 3 1 计算参数 5 0 mm直径的冷却管流水量取 2 m 。 h ， 水温取 1 5 ， 昆 凝土入模 温度取 2 0 ， C 3 0混凝土的 比热 取 0 9 7 k J ( k g K) ， 环境温度取 1 5 C， C 3 0混凝土 对流系数取 1 4 W ( m K) ， 普通硅酸盐水泥的用 量为 2 4 1 k g m 。 3 2 计算结果 天桥特大桥承台采用一次整体浇注， 承台中布 置 5层 5 0 r l l l T l 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。通过对天桥特大桥承台水化热进行仿真 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， 因此在施工和养护过程中， 通过控制冷却管 通水可以达到控制水化热的 目的。 第5 第3 第 1 第4 层冷却管 第2 层冷却管 图 3 1 4承 台仿真计算模型 Fi g 3 1 4 s i m ul a t i o n mode l o f be ar i ng ba s e 4 温度测试 结果与分析 按照监控方案 ， 经过高密度的监测 ， 得到测试结 果 ， 考虑到混凝土浇注后 内部第一层 4号测点实测 温度与理论温度值最大， 故只列出内部 4号测点的 实测温度值与理论温度值， 如图4所示。 图 4混凝 土浇 筑后 内部温度 随时问变化 的现场实测结果与理论计算结果对 比 Fi g 4 I n t e r n a l t e mpe r a t u r e o f c o n c r e t e a f t e r p o u r i n g t im e v a r y i n g me as u r e d r e s u l ts 2 0 1 2 N 。 5 杨雅勋： 桥梁承台大体积混凝土施工温度控制及数值分析 3 3 5 由于 l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 ， 故列出第一层中心 4号测点、 外部 1 号和 7 号测点的实测温度值， 并得到中心 4号测点与靠近 钢模版的 1号和 7号测点的差值 ， 如图 5所示。 图5 混凝土浇注后内部与靠近钢模板 的外部测点的温差 曲线对 比 Fi g 5 Diffe r e nc e o f t e mpe r a t ur e c ur ve b e t we e n m e a s u r i n g p o i n t s a f t e r c o n c r e t e po u r e d 通过实测 ， 在浇注 1 0 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 C， 小于规范规 定的 2 5 。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 C， 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 ， 小于 2 0 ， 在温度控制范围内； 出水 口温度 最高为 3 7 ， 进 出水 管的温差基本控制 在 1 0 以 内。1 O 主墩右幅承台混凝土 内部的温度场 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 通过实测和数值计算研究桥梁承台大体积混凝 土内部温度的变化规律 ， 得到如下结论 ： 1 ) 水化热数值计算可以较好地预 4 水化热的 实际发展规律， 对于做好大体积混凝土的温控、 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， 决定着 水化热 的发展规律。因此 ， 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 体积混凝土的温控。 4 ) 本工程通过科学地制定温控指标 、 采取合理 的温控措施， 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 ， 温控取得了较好的效果。 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 3 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 ) 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 9 1 5 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 6 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 ) 7 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 )