高寒地区转体斜拉桥承台大体积混凝土温控研究.pdf

年 第 期(总第 期)黑龙江交通科技 .(.)高寒地区转体斜拉桥承台大体积混凝土温控研究刘华东(中铁二十二局集团第一工程有限公司黑龙江 哈尔滨)摘 要:转体斜拉桥因球铰构造要求分为上下承台且承台内球铰、撑脚、滑道等预埋件较多 因此转体斜拉桥混凝土承台具有体积大、构造复杂、养生困难等技术难题 针对上述问题以哈尔滨市哈西大街打通工程转体斜拉桥为工程背景对主塔承台的温度控制技术进行了研究 利用 有限元软件建立了承台温度场仿真分析模型通过数值模拟结果得出球铰、撑脚、滑道使得混凝土内表温度变化规律基于此制定了温度监测方案 结果显示:混凝土浇筑后的 承台内部温度达到峰值承台内部最高温度为.内表温差为.表明采取合理的温度控制方案可有效控制承台大体积混凝土水化热关键词:转体斜拉桥大体积混凝土有限元分析温度监测中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:刘华东()男内蒙古乌兰察布市四子王旗人本科高级工程师主要从事土木工程 热传导基本理论转体斜拉桥承台由于球铰和滑道的存在使得相应位置的混凝土无法采取有效的养护措施 其中钢材与混凝土两者传热存在差异容易产生温度裂缝 对于上述问题的求解可以归结为大体积混凝土在相应的初始和边界条件下求解热传导方程问题得到如下的热传方程()式中:为温度 为时间 为热传导系数 为混凝土的绝热温升初始条件:当 时 ()()边界条件第一类边界条件为混凝土接触表面为已知温度()()()第二类边界条件为混凝土表面热流量为时间的已知函数()()当混凝土表面的热流量为零时即混凝土表面为绝热情况则有()式中:为混凝土导热系数 为混凝土表面法线方向第三类边界条件为混凝土表面与空气接触()()式中:、为法线方向余弦 为混凝土表面散热系数为边界气温 工程概况跨线桥采用双塔双索面转体斜拉桥全长为()桥面宽 共跨越 条铁路线 为减小转体斜拉桥施工对铁路线的影响采用双塔双转体法施工单幅转体重为 是目前我国纬度最高、重量最大的转体斜拉桥 主塔承台外形为八边形结构整体尺寸为.承台厚.由于承台顶部需预埋球铰定位骨架和滑道故承台分两层浇筑 第一层浇筑.第二层浇筑.间隔 承台选用 引气混凝土根据选定的原材料并结合施工现场情况对主塔承台大体积混凝土配比进行大量的试验 经适配水泥用量 /粉煤灰用量 /矿粉 /胶凝材料合计 /选用胶凝材料(水泥 粉煤灰 矿粉)细骨料 粗骨料 水 外加剂质量比 .作为试验室配合比 坍落度为 水胶比.材料用量如表 所示 球铰和滑道采用 钢材混凝土与外部环境的接触面需设置对流条件设置外部大气温度为 表 混凝土材料用量水泥()粉煤灰()矿粉()砂()碎石()水()泵送剂()引气剂().第 期刘华东:高寒地区转体斜拉桥承台大体积混凝土温控研究总第 期 承台温度控制要求由于项目处于高寒地区环境气温低转体重量大加上球铰位置混凝土无法采取有效的养生措施 本工程以争作“国家级优质工程”为目标故对承台温升值、内表温差和降温速率提出了更高要求的温度控制标准如表 所示表 施工温度控制标准温升值/内表温差/规范温控标准本项目温控标准 承台施工期温度场仿真分析.模型的建立由于承台体积较大为研究承台内部水化热情况、球铰及滑道对承台二次浇筑水化热的影响利用 有限元软件建立承台模型 下承台整体尺寸为.承台厚.球铰直径为.环形滑道宽.厚度为.滑道中心半径.混凝土承台采用实体单元球铰定位骨架采用桁架单元滑到采用板单元模拟.参数模拟混凝土绝热温升值通过表 中 配合比经计算可得:混凝土比热为./()导热系数为./()密度为./代入混凝土热源函数()可知 混凝土绝热温升为.()()()()式中:为水泥用量 为混凝土比热 为混凝土密度 为混合料用量()为水泥水化热 为折减系数对于粉煤灰 .冷却水管布置冷却水管采用直径 壁厚.钢管按蛇形布置共 层 各层冷却水管水平间距为.竖向间距为.(层)和.(层).有限元结果分析为明确承台内部水化热情况、球铰及滑道对承台二次浇筑水化热的影响选取承台内部中心测点为分析对象分别选取承台第一层浇筑中心位置处测点 距第一层顶面.处测点 第一层顶面测点 第二层中心位置处测点 第二层顶面测点()第一层浇筑.承台第一层所有测点中承台中心测点 温度升温最快峰值温度为.入模温度为 温升值为.在 时由于表层测点 与大气接触所以测点 降温速度最快 随后受第二层混凝土温度影响测点 降温速率逐渐趋于平缓 在 时承台最大内表温差为 ()第二层浇筑.为分析球铰及滑道对承台第二层浇筑水化热的影响选取第一层浇筑时测点、与第二层浇筑时测点、进行对比 在第一层浇筑时距离表面.测点 峰值温度为.此时承台表面测点 温度为.内表温差为.在第二层浇筑时承台中心测点 峰值温度为.此时测点 温度为.内表温差为 由于测点 位于球铰下部球铰为钢材导热性较好热量容易传递导致与第一层浇筑情况相比两者温差存在明显差异 说明球铰和滑道位置处的混凝土降温较快若不采取措施及容易出现温度裂缝 承台温度场现场监测及分析.监测的埋设承台为整体式中心对称结构长.宽.厚.监测元件采用热敏电阻传感器取任一短半轴和长半轴布置测温元件达到对承台温度场的控制每层布置 个测点 探头自承台底向上共布置 层与冷却水管间隔布置.监测结果分析为准确分析承台温度场的变化规律选取承台具有代表性的测点绘制温度时程曲线 其中图()()为距承台底不同厚度处承台测点的温度时程曲线图()为承台第二层浇筑测点的温度时程曲线表 测点温度综合监测结果厚度/内部最高温/最高温度出现时间/内表最大温差/.()内部温度混凝土浇筑工作完成后的 承台各层温度达到峰值 其中 混凝土入模平均温度为 承台内部最高温度为.绝热温升为.满足绝热温升小于 的要求 由于在水泥中掺入粉煤灰和矿粉经适配得到混凝土最优配合比大大降低了混凝土水化热的总量 表明本方案中所采用的混凝土配合比可有效控制大体积混凝土所产生的水化热有限元得出在 最高温为.经过对比两者数值相近 说明有限元分析模型揭示的规律可用于描述施工中的实际情况()降温速度和内表温差由图()可知混凝土浇筑工作完成后的 内表最大温差为.满足内表温差小于 的要求 在承台降温阶段大气温度变化较大 大气平均温度为 之后大气平均温度为 然而承台内部混凝土未受到外界温度的影响降温趋势较为平缓 表明在监测过程中承台内部通过调节冷却水管内部流速外部通过覆盖塑料薄膜、土工布保温措施使得降温速度和内表温差满足温控要求有限元得出在 内表最大温差为 原因在于有限元数值仿真中冷却水管内的水温是恒定不总第 期黑龙江交通科技第 期变的 而实际过程中冷却水管内的水由于吸收混凝土的热量温度逐渐升高加上现场混凝土采取相应的养护措施导致两者内表温差存在差异()第二层浇筑为分析球铰及滑道对承台第二层浇筑水化热的影响通过图()和()对比可知:在第一层浇图 测点温度时程曲线筑时距离表面.中心测点峰值温度为.此时承台表面测点温度为.内表温差为.在第二层浇筑时承台中心测点峰值温度为.此时球铰下部混凝土测点温度为.内表温差为.通过有限元分析得出在球铰和滑道位置处混凝土降温速度较快 故在球铰和滑道位置处采取表面覆盖聚苯乙烯泡沫板的保温措施 并且在承台内部通过控制冷却水管内的流速使得内表温差得到了有效的控制 两者内表温差对比表明球铰和滑道表面覆盖聚苯乙烯泡沫板可达到良好的保温效果 结 论()通过 有限元软件模拟第二层承台的温度场可知球铰及滑道的存在使得混凝土内表温差变大因此在施工中根据监测结果应及时做好温度控制措施防止温度裂缝的产生()混凝土浇筑工作完成后的 承台各层温度达到峰值承台内部最高温度为.有限元得出在 内部最高温为.表明通过 有限元软件模拟承台温度场可预测混凝土内部的最高温和发生时间()所采用的混凝土配合比冷却水管布设方案和温度控制措施可有效降低混凝土所产生的水化热降低内表温差达到了预期的温控目标且现场经检测未发现温度裂缝参考文献:拓守俭文杰.杨泗港快速通道青菱段跨铁路斜拉桥施工控制.世界桥梁():.靳江海.冷却水管法控制承台大体积混凝土温度参数研究.铁道建筑技术():.李福海冯志华余泳江等.桥梁锚碇基础水化热仿真模拟.铁道建筑技术():.李伟.深水裸岩大体积承台基坑预封底反开挖施工技术.铁道建筑技术():.张晖.棋盘洲长江大桥北锚碇大体积混凝土温控防裂技术.铁道建筑技术():.宋超张晖钟翔等.纤维与外掺料对锚碇混凝土抗裂及抗渗性能影响研究.铁道建筑技术():.张伟.恶劣海况跨海桥梁大体积承台温控施工技术.铁道建筑技术():.罗生宏.跨黄河大跨预应力混凝土斜拉桥施工技术研究.铁道建筑技术():.陈强彭学理马林等.斜拉桥大体积混凝土浇筑水化热温度监测及分析.铁道建筑():.冯雄辉李志勇吴欣.转体施工开口薄壁拱桥封盘混凝土水化热分析.公路工程():.李自林赵勇爽.基于“十”字型布置冷却水管的转体拱座大体积混凝土温度场研究.天津城建大学学报():.