宜昌庙嘴长江大桥大江桥桥塔实心段混凝土温度控制技术.pdf

3 0 世 界 桥 梁 2 0 1 6， 4 4 ( 1 ) 宜昌庙嘴长江大桥大江桥桥塔实心段混凝土温度控制技术 杨秀娟 ( 中铁大桥局集团有限公 司， 湖北 武汉 4 3 0 0 5 0 ) 摘要 ： 宜 昌庙嘴长江大桥大江桥 为( 2 5 0 +8 3 8 +2 1 5 )m悬 索桥 ， 桥塔为 C 5 0钢 筋混凝土框 架结构 ， 塔柱根部 5 m 范 围实心 段为大体积混凝 土结 构。为避免桥塔施 工期 间出现早 期裂纹 ， 确保混凝土 施工质量 ， 对桥塔 实心段混凝 土进行温度控 制。采 用有 限元软件建 立承台及塔座 、 塔柱实心段结构有 限元 模型 ， 计算 大体积混 凝土施 工和养护 过程 中的温度 场和应力 场 ， 依 据 计算结 果 ， 在施工方案 中拟定温度控制指标值 ， 确定温度 控制措施 及控 制方案 ； 在施 工过程 中， 根 据温度监 测的实测 结果 ， 调 整 、 完善温控方案 。控制结果表 明： 采取的温控措施有效 降低 了混 凝土养 护过程 中 内部及 其表面 的温度应 力 ， 避 免 了施 工期 间出现 早期 裂纹的风险 ， 确保 了混凝土施工质 量。 关键词 ：悬索桥 ； 桥 塔 ； 大体积 混凝 土结构； 温度 ； 应 力 ； 监测 ； 有 限元 法； 施工控制 中图分类号 ： U4 4 3 3 8 ； U4 4 5 i 文献标志码 ： A 文章 编号 ： 1 6 7 1 7 7 6 7 ( 2 0 1 6 ) 0 1 0 0 3 0 0 5 I工程概 述 宜昌庙嘴长江大桥工程起 于东岳二路 ， 沿线横 跨江南大道 ， 跨越长江 ， 穿西坝区， 跨越三江及沿江 大道 ， 止 于西 陵 二 路 ， 主线 全 长 3 2 3 4 7 m， 主 要 包 括大江桥 、 三江桥 、 江南立交 、 西坝立交 、 江北立交及 路基 工程 。其 中大江 桥为 ( 2 5 0 +8 3 8 +2 1 5 )m 悬 索桥 ( 见图 1 ) 。 点军 2 5 0 0 西坝 2 1 5 0 图 I 宜 昌庙 嘴 长江 大桥 大江 桥 主 桥 立 面 布 置 大江桥桥塔 由塔柱、 上横梁及支承牛腿组成 ， 高 1 0 7 m， 为 C 5 0钢筋混凝土框架结构。塔柱横 断面 为梯形的箱形变截面， 纵 向塔顶 内侧宽 7 5 m、 外侧 宽 6 5 m， 塔 底 内侧 宽 8 5 m、 外 侧宽 7 1 IT I ； 横 向塔 顶 宽 5 0 m， 塔 底 宽 7 0 m。塔 柱 纵 向壁 厚 上 段 为 1 0 m， 下 段 为 1 2 m， 在 横梁 及 倒 角 处 加 厚 至 2 3 m； 横 向壁厚上段内侧为 1 0 m、 外侧为 0 8 m， 下段 内侧为 I 2 m、 外侧为 1 0 I T I ， 在横梁及倒角处 内侧 加厚 至 i 4 I T l 、 外侧加 厚 至 1 2 m； 塔 底 5 0 m 范 围 内为实心段。塔柱四角均倒半径为 5 c m 圆角。上 横梁长 宽 高为 2 8 m5 5 m9 m， 采用单室矩 形截 面 。 塔柱下端 内侧设支墩以支承加劲梁， 支墩为钢 筋混凝土结构， 截面尺寸 3 8 m7 m， D J I号桥塔 支墩高度为 1 4 7 m， D J 2号桥塔 支墩 高度为 1 2 1 I T I ， 支墩支承在塔座和承台上 ， 与塔柱内侧壁间设置 1 0 c m 间隙。桥塔立面布置如图 2所示。 桥塔塔柱分为 2 4个节段， 采用液压爬模分节段 施工 ， 标 准 节段 高 4 5 m， 第 2 3 、 2 4 节 段 与 上横 梁 图 2桥塔立面布置 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 9 2 1 作者简介 ： 杨秀娟( 1 9 8 1 一) ， 女 ， 工程师 ， 2 0 0 4年毕业于武汉工程大学工程管理专业， 管理学学士 ( E - ma i l ： 9 1 5 1 3 6 8 3 0 q q c o rn) 。 Cm m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 宜 昌庙 嘴长江大桥大江桥桥塔实心段混凝土温度控制 技术 杨秀娟 3 1 同时浇筑 ， 塔柱根部及上横梁与塔柱连接处为实心 段 。塔柱实心段 内布设冷却管及 测温元件 ， 架立骨 架 冷却管 、 测温元件与钢筋同时进行安装 。冷却管 采用 声 5 0 mm钢管 ， 每个实心段内布置 7层 ， 其水平 7 0 0 7 0 0 水 口 间距 0 5 I T 1 ， 层间距 0 5 m( 见图 3 ) 。为避免桥塔施 工期间出现早期裂纹， 确保混凝土施工质量 ， 对塔柱 实心段混凝土进行温度控制。 7 0 0 竺 = 二 二 l l l I I _ _ 7 = 0一 一 0_ ( a )立面 ( b )第1 、 3 、 5 、 7 层横截面 ( c )第2 、 4 、 6 层横截面单位：c m 图 3实心段冷却水管布置 2 温控模拟计算 2 1 有 限元模 型 采用 MI D AS C i v i l 建立承台及塔座、 塔柱 实心 段结构整体模型( 见 图 4 ) ， 进行温控分析。 图 4有 限元 模 型 计算参数选择如下 ： ( 1 )绝热温升 的计算 。根 据朱伯芳 大体积混 凝土温度应力与温度控制 嘲公式 Q t -Q( W _ + 一k F)一 P ，计算 出水泥水化 热绝热 温升 Q C D 5 9 6 。 ( 2 )水泥水化放热模拟。热源函数按公式 F( ) 一 Q ( 1 一e 一 ) 计算。其 中， 为导温系数 ， 根 据塔 柱 1 m段实测温度情况及 MI D AS程序推荐值 ， 计 算中取 1 9 8 5 。 ( 3 )混凝土性能参数选取。混凝土物理 、 热学 性能参数如表 1 所示。 表 1 混凝土物理、 热学性能参数 龇 1 K -a ( 4 )混凝 土收缩徐 变。收缩徐 变参数按 MI D AS C i v i l 中的中国规范取用 ， 其 中混凝土湿度取 7 0 ro 2 2 计算结果及分析 2 2 1 温度 场 将塔柱沿横轴剖开 ， 能直观地得到中心及边缘 温度场分布。塔柱实心段温度场分布如图 5 所示 。 分析 图 5可知 ： ( 1 )混凝土浇筑后水泥水化反应开始， 1 2 d 时水泥水化反应剧烈 ， 内部热量快速聚集， 中心温度 升高 ， 内部最高温度 达到 7 3 7， 出现在浇筑完成 后约 1 d ； 达到温度峰值后， 初期降温速度较快 ， 随后 降温速率逐渐减慢 ， 至 7 1 0 d后降温平缓 。 ( 2 )由于有冷却水管 的冷却作用 ， 实心段混凝 土 内部温度分布均匀 ， 也未出现冷却水管附近混凝 土局部温差较大的现象 ， 随着浇筑时间增加混凝土 温度从外至内逐步冷却至稳定。 ( 3 )混凝土浇筑后约 1 d ， 混凝土内部最高温度 达到 7 3 7， 表面温度最低约 5 0 ， 内外温差不超 过 目标值 2 5。 C。 ( 4 )混凝土浇筑后 1 0 d ， 混凝土 内部最高温度 达到 4 6 4， 表面温度最低约 3 O， 内外温差不超 过 目标值 2 5； 程序模拟停止水管通水降温。 f + 一 0 _【 卜 一 + 一 0 _【 卜 一 ； 弱 O O O ； i 2 2 2 O 0 O C C C 台座柱 承塔塔 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 宜 昌庙嘴长江大桥大江桥桥塔实心段混凝 土温度 控制技术 杨秀娟 3 3 分析图 5 、 图 6可知 ： ( 1 )混凝土浇筑后 1 2 d ， 混凝土 内部温度最 高 ， 此时表面混凝土出现拉应力 ， 尤其是实心段内侧 立 面 的角 区及顶 面 ， 拉 应 力 最 大 3 9 7 MP a ， 超 过 此 时的混凝土容许拉应力 ， 因此需在塔柱侧表面布设 防裂钢丝网， 并加强混凝土养护 。 ( 2 )混凝土浇筑后 1 0 d ， 实心段内部混凝土 主 要为承压状态， 表面拉应力计算值有所减小 ， 拉应力 最大 2 2 2 MP a 。 3温度 监测 对塔柱实心段的浇筑过程进行模拟计算 ， 由于 计算所取参数、 计算模型与实际施工状态有差异 ， 实 际施工中将会存在一定的差异_ 4 。通过对施工过 程进行监测 ， 根据环境变化修正参数取值 ， 优化混凝 土养护措施 ， 确保温度应力不超过混凝土的抗拉强 度 ， 避 免 出现 温度 裂纹 。 根据塔柱实心段对 称性 的特点 ， 选取 1 2结构 作为主要测试区域 ， 在另 1 z区域仅布置关键测点 。 塔柱实心段分上 、 中、 下三层共设 1 3个温度测点( 见 图 7 ) ， 另布置进 出水 口温度测点、 环境温度测点等 。 编号规则 ： 顺 桥 向测点为 X n 一0 N( 如第二层 为 X2 0 N) ， 横桥 向测点 Yn 一1 N( 如第二层 为 Y2 1 N) ， 中心测点为 X Yn 一0 。 温度采用 J MT 一 3 6 C智能型温度传感器监测； 测 试系统采用 由J MWT - 6 4多点 自动 综合测试仪 ， 测 ( a )立面 ( b )第一层 。 3 5 0 一 X 3 1 X Y 3 0 Y 3 - 1 8 ( c )第二层 ( d )第三层 单位： c m 图 7温度测点布置 试分辨率为 0 1 ， 通过 R S 一 4 8 5 或 2 3 2标准串行接 口与计算机连接后 ， 实现无人值守测量 。混凝土入 仓之前 ， 应至少观测 1次， 检查仪器埋人后 有无损 坏， 并观测仓内温度； 正式观测从仪器被埋入开始， 前 1 2 d为水化热升温阶段 ， 每 2 h测 1次 ； 第 2 5 d为水化热快速降温阶段， 每 4 h测 1次 ； 第 6 9 d每 1 2 h测 1 次 ； 第 1 0 1 5 d每 2 4 小时测 1 次 。 通过对温度测点的实时监测 ， 塔柱实心段温度 监测结果如表 2所示 ， 上 、 下游塔柱实心段温度监测 结果 如 图 8所示 。 表 2塔柱实心段 温度监测 结果 赠 时间 h ( a )上游 时间 h ( b )下游 图 8 上 、 下游塔柱实心段温度监测结果 由监测结果可知 ： 采用冷却水循环等温控措施 ， 有效实现了塔柱大体积混凝土温度控制 ， 各项温控 指标均满足要求 。 4结 语 宜 昌庙嘴长江大桥大江桥塔柱实心段为大体积 混凝土结构 ， 通过建立有限元结构模型， 依据结构应 力验算结果拟定温度控制指标值 ， 确定温度控制措 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 4 世 界 桥 梁 2 0 l 6， 4 4 ( 1 ) 施 及控 制方 案 ； 在 施 工 过 程 中， 根 据 温 度 监 测 的结 果 ， 采取有效温控措施 ， 降低混凝土养护过程中内部 及 其表 面 的温度 应 力 ， 有 效 地 避 免施 工 期 间 出现早 期裂纹， 确保混凝土施工质量 。 参 考 文 献 ： 1 张立新 ， 赵元炎 ， 袁 庆华 ， 等 庙 嘴长江 大桥建设 方案 比 选E J 世 界桥梁 ， 2 0 1 5 ， 4 3 ( 3 ) ： 5 9 E 2 中铁大桥局集 团武汉桥梁科学研究 院有 限公 司宜昌市 庙嘴长江大桥大江柱温度控制细则 z 武汉 ， 2 0 1 4 I- 3 朱伯芳大 体积 混凝 土 温度 应力 与温 度控 制 M 北 京 ： 中国水利 水电出版社 ， 2 0 1 2 E 4 陈开桥控制混凝土沉井开裂的施工控制关键技术研究 E J 桥梁建设 ， 2 0 1 5 ， 4 5 ( 4 ) ： 1 1 3 1 1 8 E s 王 建工业建筑大体积混凝土结构裂缝控制设计探讨 J 工业建筑 ， 2 0 0 9 ， 3 9 ( S 1 ) ： 3 0 7 3 1 2 6 李听鹏大体 积混凝 土裂缝 控制 E J 施工 技术 ， 2 0 1 1 ， 4 0 ( S 1 ) ： 5 2 5 3 E 7 章征 ， 王凯 ， 李毓龙 ， 等混 凝土桥 墩施工 期水化热 及表面抗裂影响因素研 究 J 桥梁 建设 ， 2 0 1 5 ， 4 5 ( 2 ) ： 6 5 7 O Te mp e r a t u r e Co n t r o l Te c h ni q u e s f o r Co n c r e t e i n To we r S o l i d S e c t i o n s o f Mi a o z u i Ch a n g j i a n g Ri v e r B r i d g e i n Yi c h a n g Y ANG Xi u - j u a n ( Ch i n a Ra i l wa y Ma j o r B r i d g e En g i n e e r i n g Gr o u p Co ，Lt d ，Wu h a n 4 3 0 0 5 0，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Th e Da j i a n g Ri v e r B r i d g e o f t h e Mi a o z u i C h a n g j i a n g Ri v e r Br i d g e i n Yi c h a n g i s a ( 2 5 0 + 8 3 8 + 2 1 5 )m s u s p e n s i o n b r i d g e Th e t o we r s a r e r e i n f o r c e d c o n c r e t e f r a me s t r u c t u r e s u s i n g C5 0 c o nc r e t e，a n d t he 5 m l o ng r o ot p a r t s o f t he t o we r c o l umns ar e s o l i d s e c t i o ns o f ma s s i ve c on c r e t e s t r uc t ur e s To a v oi d t he oc c u r r e nc e of c r a c ks i n t he e a r l y s t a g e o f t o we r c on s t r u c t i o n a nd e n s ur e t he c o ns t r u c t i o n q ua l i t y of t he c o nc r e t e，t e mpe r a t ur e c o nt r o l wa s c on du c t e d f o r t he c o nc r e t e i n t he s ol i d s e c t i o ns o f t he t owe r s The f i n i t e e l e me nt m o d e l s o f t he p i l e c a ps，t o we r pe de s t a l s a n d t he s ol i d s e c t i o n o f t he t o we r s we r e e s t a bl i s he d t o c a l c u l a t e t he t e m p e r a t ur e a nd s t r e s s f i e l d i n t h e c o ns t r uc t i o n o f t he ma s s i v e c o nc r e t e a n d t he ma i n t e n a nc e p r oc e s s Ac c or d i ng t o t he c a l c ul a t e d r e s u l t s，t he t e m p e r a t u r e c o nt r o l i n de xe s i n t h e c o ns t r u c t i on s c he me we r e f i g ur e d o ut ，a nd t he t a m pe r a t ur e c o nt r o l m e a s u r e s a nd c ont r ol s c he m e s we r e d e t e r m i n e d Dur i n g t he c o ns t r uc t i o n p r oc e s s， t h e t e mp e r a t u r e c o n t r o l s c h e me s we r e a d j u s t e d a n d i mp r o v e d a c c o r d i n g t o t h e d a t a f r o m t h e t e m pe r a t u r e m o ni t o r i n g The r e s ul t s o f t he t e m p e r a t u r e c on t r o l i nd i c a t e t ha t t he c o nt r o l me a s ur e s t a ke n a r e e f f e c t i ve ，whi c h r e d uc e d t he i ns i de a nd s ur f ac e t e mpe r a t ur e s t r e s s du r i ng t h e c on c r e t e C U r i ng pr o c e s s ，a n d e f f e c t i v e l y a vo i d t he o c c u r r e nc e of e a r l y c r a c ks d ur i n g t he c o ns t r u c t i on pr o c e s s ， a n d e n s ur e d t he c on s t r u c t i on q u a l i t y o f t he c on c r e t e Ke y wor d s：s us pe ns i o n br i d g e；t o we r ；m a s s i v e c on c r e t e s t r u c t ur e；t e m p e r a t u r e；s t r e s s ；m o n i t or i n g；f i n i t e e l e me n t me t h o d；c o ns t r uc t i o n c o nt r o l ( 编辑 ： 陈雷) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m