整体浇筑大体积混凝土承台的温度控制分析

总第２６２期　２０１４年第１期　交通科技　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　８Ｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｓｅｒｉａ１　Ｎｏ．２６２　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２Ｏ１４　整体浇筑大体积混凝土承台的温度控制分析　方贻立　谢功元　邹　力。　（１．湖北省交通运输厅高速公路管理局　武汉４３００３４；　２．中铁大桥局科学研究院　武汉４３００３４）　摘要大体积混凝土承台整体浇筑能提高承台的整体性，但水泥的水化热反应较分层浇筑时剧　烈，产生温度裂缝的概率高。文中采用有限元结构计算程序，用水化热分析模块模拟计算承台整　体浇筑的过程，提出了控制混凝土内部最高温度、降低混凝土降温速率、优化边界约束等温控　措施。　关键词　大体积混凝土　整体浇筑　温度裂缝　温度控制　与分层浇筑相比，采用整体浇筑的混凝土承　台，混凝土内部水泥水化热与外界热交换相对缓　慢，内外温差更大，温度应力也更大，产生温度裂　缝的可能性也越大。　汉江特大桥主墩承台平面尺寸为２０　ｍ×２０　２计算参数　２．１绝热温升　汉江大桥主墩承台混凝土配合比已经确定，　本文采用２种方法计算绝热温升，混凝土配合比　见表１。　表１　主墩承台及塔座混凝土配合比　ＩＴＩ，厚５．５　ｍ，使用Ｃ３５混凝土，设计方量为２　２００　ｍ。，采用整体浇筑法施工。对承台浇筑过程进行　仿真模拟计算，考虑各方面的影响因素，分析冷却　水管、外界约束对承台混凝土内部温度的影响，根　据计算结果，制定了可行的温度控制措施，在汉江　特大桥承台施工中取得了很好的效果。　￡　一（１）文献［３］中采用以下公式计算绝热温升　Ｑ（Ｗ＋ｋＦ）　ｃｐ　ｃｐ　（１）　１温度控制的本质　最后求出水泥水化热绝热温升：ｔ∽一４２．６　。Ｃ，计算时按４３℃考虑。　温度裂缝和温度应力是大体积混凝土结构温　控的２个重要指标，温度应力超过混凝土相应龄　期的抗拉极限强度时，结构将产生温度裂缝口］。　（２）按照文献［４］中采用以下公式计算绝热　温升，即　ｒ，、一就大体积混凝土结构产生温度裂缝的力学机　理而言，可以从以下２点来进行控制ｒ２］：①提高大　ＷＱ（１－－ｅ＇￣）　—（２）　厶／　——～—　体积承台混凝土相应龄期的抗拉强度；②降低混　凝土因温差引起的温度应力。第一点属于混凝土　材料特性研究范畴，第二点属于混凝土温度控制　由上式可知混凝土水化热最高升温　ｔｍａｘ—ＷＱ　——（３）　ｃｌＤ　最后求出水泥水化热绝热温升：ｔ∽一　３７．７℃，计算时按３８℃考虑。　经比较，式（２）中未考虑粉煤灰参量对绝热温　升的影响，式（１）更为合理，采用式（１）的计算　结果。　２．２混凝土中心温度　的研究范畴，通过采用合理的温度控制措施减小　混凝土温度应力来降低温度裂缝产生的概率。　本文主要是对第２点（温度控制）进行研究分　析，采用合理的温控措施降低混凝土内部水化热　的聚集，加快混凝土与外界的热交换速度，采用合　理的约束形式，以降低温度应力。　收稿日期：２０１３－ｌＯ一０７　混凝土中心最高温度按照经验公式（３）计算　ｔｈ—ｔｊ＋￡（　）×　（３）　式中：ｔ　为混凝土中心温度；ｔ　为混凝土浇筑温　１Ｏ　方贻立等：整体浇筑大体积混凝土承台的温度控制分析　２０１４年第１期　度场及分布规律，温度测点布置见图３。　（７号）最高温度为６５．３　Ｃ，计算最高温度为　７０．０℃，实测最高温度小于计算值。　８　７　６　５　４　３　２　ｌ　∞∞以测点最高温度为纵坐标、以测点离侧面的　们∞加ｍ距离为横坐标作出测点随位置变化的温度梯度　图，见图４。２号和７号为温度最高点，离侧面　２００　ＣＩＴＩ处，承台中心测点由于离冷却水管较近，　并不是最高温度测点，离表面５，３０，８０　ｃｍ　３个测　点温度梯度明显增大，这一点与大体积混凝土温　图３承台温度测点布置图（单位：ｃｍ）　度分布规律吻合，温度测点的时程曲线见图５。　４．２实测数据分析　混凝土内部温度变化经历升温期、降温期、稳定期　选取具有代表性的第二层１～５号测点和第　３个阶段，最高温度出现在混凝土浇筑完成后　三层６～１Ｏ号测点，测点实测温度见表２。第二　７２　ｈ寿右。　层测点（２号）最高温度为６　６．２℃，第三层测点　表２测点温升期实测温度　℃　时间／ｈ　第一层测点编号　第二层测点编号　１Ｏ　４８．９　４８．６　４８．３　４８．１　４７．６　性，能节省工期和人力物力，但水泥水化热引起｝昆　凝土内部温度和温度应力变化较分层浇筑剧烈，　＼　产生温度裂缝的可能性也更高。本文通过分析　赠　大体积混凝土温度裂缝产生的力学机理，结合　嚣　郧十高速公路汉江特大桥的实际情况，采用　Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ结构计算程序的水化热分析模块模　０　２００　４００　６００　８００　１　０００　１　２００　测点位置／ｃｍ　拟计算承台整体浇筑的过程，提出控制混凝土内　图４　１～ｌＯ号测点随位置变化温度梯度　部最高温度、延缓混凝土降温速率、改善约束等温　一１号　控措施，温度控制效果较好，证明文中提出的温控　一２号　一３号　措施可行，也为桥梁结构大体积混凝土承台整体　ｐ　一４号　＼　施工积累了经验和技术资料。　憾　一５号　赠　一６号　鄢　一７号　一８号　一９号　＿　ｇ号　参考文献　０　ＩＯ０　ＵＵ　３００　４００　ｂＵＵ　ｂＵＵ　时间／ｈ　［１］代迟书．大体积混凝土温度控制参数敏感性仿真分　图５测点温度时程曲线　析［Ｊ］．交通科技，２０１３（４）：９－１２．　承台整体浇筑后，根据拟定的温度控制措施进　［２］谢先坤．大体积混凝土结构三维温度场、应力场有　行温度控制，结合承台混凝土实测温度及时调整冷　限元仿真计算及裂缝成因机理分析ＥＤ］．南京：河　却水管水流速度和方向，并做好混凝土养护工作，　海大学，２００１．　温控工作结束后承台表面未产生温度裂缝。　Ｅ３］朱伯芳．大体积混凝土温度应力与温度控制ＥＭＪ．北　京：中国水利水电出版社，１９９８．　５　结语　７４］王亚斌．大体积混凝土温度预测与裂缝控制ＥＪ］．桥　大体积混凝土承台整体浇筑能提高承台整体　梁建设，１９９７（４）：４４—４７．　总第２６２期　２０１４年第１期　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　８Ｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　交通科技　Ｓｅｒｉａ１　Ｎｏ．２６２　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２Ｏ１４　１　２　８　１ＴＩ下承式尼尔森提篮系杆拱桥设计及其应用　文功启　（中铁第四勘察设计院集团有限公司　武汉４３００６３）　摘要介绍了１２８　ｍ下承式尼尔森提篮系杆拱桥应用情况，分析了其结构特点，说明了结构布　置及各主体结构部分的设计情况。在设计过程中，由于拱肋内倾及吊杆采用了尼尔森体系，对吊　杆的倾角与横撑的共面问题进行了分析并给出了计算公式。　关键词　提篮拱尼尔森系杆　钢管混凝土　系梁　１桥式应用及特点　１２８　ｍ下承式尼尔森提篮系杆拱是由我院开　发，能很好适应铁路在跨越高等级公路、主要城市　道路及河流时所用桥型。该桥式是在原我院设计　的宣杭线东茹溪１１２　ｍ下承式提篮系杆拱的基　础上，研究开发的系列跨度下承式尼尔森体系提　篮系杆拱（９６，１１２，１２８，１４０　ｍ）之一。目前该桥　型已成功应用于甬台温沿海铁路、京沪高速、宁　杭、杭长及郑开等多条线路当中。该桥式按双线　铁路技术标准设计，是一种应用成熟且经济性很　好的桥型。　本桥型外部属简支静定、内部超静定自平衡　结构，对基础的适应性强ｌｊ。”］。但由于拱肋的内倾　或外倾，使得拱肋线型较常规平行拱要复杂，结构　的空间效应较强。斜拉的吊杆增强了结构的强度　与刚度。与其他钢管混凝土桥相比，尼尔森体系　提篮系杆拱主要有如下结构特点＿３］：①结构体系　力学性能优良；②桥梁刚度大，有良好的结构稳定　性；③动力性能好，能提供很好的行车安全及舒适　度指标；④结构超载能力强；⑤外部静定，建筑高　度低，桥式美观。　另外，本桥可根据现场施工条件，灵活采取　“先梁后拱”或“先拱后梁”的施工方法。在“先拱　后梁”的施工方法中，由于要采用临时墩拱固定，　且在张拉体外索的同时，拱上设挂篮施工系梁分　段，体系转换多，考虑结构及施工的复杂性，一般　尽量优先采用“先梁后拱”施工方案。　２提篮拱结构设计　２．１桥型布置　本提篮拱全桥长１３２　ｍ，计算距径１２８　ｍ，全　桥布置见图１～图３。　图１提篮拱桥立面图（单位：ｃｍ）　收稿Ｆｔ期：２０１３－０９—０５　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｇｒａｌ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｍａｓｓ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｐｌａｔｆｏｒｍ　Ｆａｎｇ　Ｙｉｌｉ　，Ｘｉｅ　Ｇｏｎｇｙｕａｎ　，Ｚｏｕ　Ｌｉ　（１．Ｈｕｂｅｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｈａｌｌ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ　４３００３４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｂｒｉｄｇｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ＬＴＤ，Ｃｈｉｎａ　ＺｈｏｎｇＴｉｅ　Ｍａｊｏｒ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ，Ｗｕｈａｎ　４３００３４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｍａｓｓ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐｉｌｅ　ｃａｐｓ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｉｌｅ　ｃａｐｓ，ｂｕｔ　ｔｈｉｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗｉｌｌ　ｇｅｎｅｒａｔｅ　ｍｏｒｅ　ｈｅａｔ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｔｉｏｎ　ｔｈａｎ　ｌａｙｅｒｅｄ　ｃａｓｔｉｎｇ．Ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｒａｃｋｓ　ｉｓ　ｈｉｇｈ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｍａｓｓ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｉｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｔｉｏｎ　ｔｈｅｒｍａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｏｄｕｌｅ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｅｏｎｔｒｏＩ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｈａｔ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｉｎｓｉｄｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ。ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｂｏｕｎｄａｒｙ　ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ　ａｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍａｓｓ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｃａｓｔｉｎｇ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｒａｃｋ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ