大榭二桥主塔实心段温控方案(实心段温度应力分析)

1、大榭二桥主塔实心段温控方案武 汉 理 工 大 学2011年1月15 / 16文档可自由编辑打印1 混凝土浇筑分层主塔实心段采用C50高性能混凝土进行浇注，实心段混凝土高度6m，总方量约为645m3。浇注工作应按实心段结构尺寸参考设计图纸进行。考虑到实心段混凝土体积较大，混凝土标号较高，为防止大体积混凝土温度应力引发产生温度裂缝，致使影响工程质量，设计实心段混凝土沿高度方向分2次进行浇注，每次浇筑高度为3m。混凝土分层浇筑示意图如下：图1-1 主塔实心段分层浇筑图2 大体积混凝土温控计算大体积砼与一般的钢筋砼结构相比具有形体庞大、混凝土数量多、工程条件复杂、施工技术和质量要求较高等特点。大体积混

2、凝土施工时遇到的普遍问题是温度裂缝。由于混凝土的体积大，聚集的水化热大，在混凝土内外散热不均匀以及受到内外约束的情况时，混凝土内部会产生较大的温度应力，导致裂缝产生。因此，大体积混凝土施工中的温度监控是控制裂缝产生的关键。由于大体积混凝土工程所处的边界条件和施工情况比较复杂，加上混凝土材料特性的差异较大，有些条件在施工中难以充分掌握，在目前技术水平条件下，任何一种计算理论都无法精确计算混凝土内温度变化，本文运用大型有限元分析软件ANSYS对大榭二桥主塔实心段C50大体积混凝土浇注过程中的温度场变化进行了相关分析。主塔实心段施工时按高度分为2层，每层厚度均为3.0m；每层混凝土浇筑时间为1天，上

3、下层间歇时间为7天。图2-1 主塔实心段有限元分析模型图2.1 施工环境估计大榭二桥第二大桥地处宁波市北仑区和大榭二桥岛之间的黄峙江上，东海之滨，属亚热带南缘季风海洋气候区，具有冬夏季风交替显著、年温适中、四季分明，光照充足，但四季都可能出现一些灾害性天气的总特征。本项目主塔实心段施工预计为2011年5月至2010年6月，施工期间预计外部温度为：白天19-25左右、晚上13-17左右，风力为4-5级。主塔实心段施工要求混凝土塌落度为16-20cm，初凝时间超过12小时。2.2 计算条件（1）施工时间及进度等施工时间：大榭二桥主塔实心段部分浇注时间为2011年5月至2010年6月浇筑层厚：按施工

4、图所述分层进行施工进度：按施工图所述施工进度进行浇筑温度：主塔实心段部分混凝土浇筑温度按22计算放热系数：=14W/m2·导温系数：0.08 m2/d绝热升温：46.1线膨胀系数：8.9×10-6/比热：1.0（kJ/kg）·（2）混凝土性能相关参数混凝土容重：2450kg/m3混凝土绝热温升：Tr（t）=WQ0（1-e-mt）/C 混凝土弹性模量：混凝土徐变度：（3）气温 ，为浇注期间的当地平均温度，t及取值随施工时间变化，另外加3辐射热（侧面不加）2.3大榭二桥主塔实心段大体积混凝土温度计算结果图2-3-1 主塔实心段第一层第3天水化热温度云图（单位：）图2-

5、3-2 主塔实心段第一层第7天水化热温度云图（单位：）图2-3-3 主塔实心段第一层第28天水化热温度云图（单位：）图2-3-4 主塔实心段第二层第3天水化热温度云图（单位：）图2-3-5 主塔实心段第二层第7天水化热温度云图（单位：）图2-3-6 主塔实心段第二层第28天水化热温度云图（单位：）通过温度分析，主塔实心段混凝土最高温度、最大温差见表2-3-1。表2-3-1 主塔实心段混凝土温度分析结果（）层号最高温度最大温差主塔实心段第一层67.122.7主塔实心段第二层67.923.32.4大榭二桥主塔实心段大体积混凝土温度应力计算结果图2-4-1 主塔实心段第一层第3天温度应力云图（单位：

6、MPa）图2-4-2 主塔实心段第一层第7天温度应力云图（单位：MPa）图2-4-3 主塔实心段第一层第28天温度应力云图（单位：MPa）图2-4-4 主塔实心段第二层第3天温度应力云图（单位：MPa）图2-4-5 主塔实心段第二层第7天温度应力云图（单位：MPa）图2-4-6 主塔实心段第二层第28天温度应力云图（单位：MPa）通过温度应力分析，实心段混凝土最大主应力见表2-4-1。表2-4-1 主塔实心段混凝土最大主应力表（MPa） 龄期层号第3天第7天第28天主塔实心段第一层0.570.851.31主塔实心段第二层0.640.961.40表2-4-2 大体积混凝土劈裂抗拉强度（Mpa）龄

7、期（d）3728C50混凝土1.963.214.342.5 温度场应力场计算结果分析根据温度应力场计算所得云图，分析得到如下结论：大榭二桥主墩主塔实心段C40大体积混凝土分为两层进行浇筑，高度均分别3.0m 。主塔实心段第一层最高温度在浇注后3天出现，最高温度为67.1，最大温差为22.7；主塔实心段混凝土最高温度出现在第二层浇注后3天，最高温度为67.9，最大温差为23.3。受到第二层混凝土水化放热的影响，第一层混凝土浇注后七天温度出现反弹，而两层混凝土间相互作用的结果导致第二层浇注后第七天，混凝土内部温度依然处于较高的水平，而待第二层混凝土水化升温峰值过后，主塔实心段整体温度逐渐平稳下降。

8、分析可知，混凝土浇筑块体的里表温差(不含混凝土收缩的当量温度)满足大体积混凝土施工规范中规定不宜大于25的要求，其混凝土浇筑体表面与大气温差满足大体积混凝土施工规范中规定不宜大于20的要求。各龄期下的温度应力值均小于主塔实心段C50大体积混凝土劈裂抗拉强度，且具有较高安全系数，满足本工程施工要求。3 温度控制标准在仿真计算的基础上，结合海工混凝土施工规范和大体积混凝土施工规范相关要求制定了混凝土在施工期内不产生有害温度裂缝的温控标准，具体内容如下：（1）混凝土绝热温升：30min内不超过20；（3）混凝土内表温差不超过25；（4）混凝土允许最大降温速率不超过2.0/d。4 混凝土温控措施及实施

9、细则4.1 混凝土施工的一般要求考虑到混凝土的收缩和温度应力，主塔实心段部位大体积混凝土分层浇筑，每一层间隔时间为57d。为确保大体积混凝土施工质量，提高混凝土的均匀性和抗裂能力，必须加强对混凝土每一施工环节的控制，要求现场人员必须从混凝土拌合、输送、浇筑、振捣到养护、保温整个过程实行有效监控。混凝土施工应严格按照公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）进行，并特别注意以下方面：（1）混凝土拌制配料前，各种衡器应请计量部门进行计量标定，称料误差应符合规范要求。应严格控制新拌混凝土质量，使其和易性满足施工要求。坍落度检验应在出机口进行，每班2-3次，拒绝使用坍落度过大和过小的混凝土料。应及

10、时检测粗、细骨料的含水率，遇阴雨天气应增加检测频率，随时调整用水量。（2）浇筑混凝土前应对模板、钢筋、预埋件、监控元件及线路等进行检查，同时应检查仓面内冲毛情况，及是否有碎碴异物等，检验合格后才能开盘。（3）自高处向模板内倾卸混凝土时，为防止混凝土离析，应符合下列规定：a）当直接从高处倾卸时，高度不应超过1.5米；b）当高度超过1.5米时，应通过串筒，溜管等设施；c）在串筒出料口下面，混凝土堆积高度不宜超过1米，即时摊平，分层振捣。（4）混凝土应按规定厚度，顺序和方向分层浇筑，必须在下层混凝土初凝前浇筑完毕上层混凝土。如因故停歇，时间超过初凝时间时，仓面混凝土应按工作缝处理。混凝土分层浇筑厚度

11、不应超过振动棒（头）长度的1.0倍，并保持从仓面一侧向另一侧浇筑的顺序和方向。（5）浇筑混凝土时，应采用振动器振实：a）使用插入式振动器时，移动间距不应超过振动器作用半径的1.5倍，与侧模应保持5-10cm距离，应避开预埋件或监控元件10-15cm，应插入下层混凝土5-10cm；b）对每一部位混凝土必须振动到密实为止，密实的标志是：混凝土停止下沉，不再冒气泡，表面呈平坦、泛浆。（6）在浇筑混凝土过程中，必须及时清除仓面积水。（7）严格按公路桥涵施工技术规范（JTJ041-89）要求进行各层间和各块间水平和垂直施工缝处理。4.2 混凝土浇筑温度的控制混凝土出拌和机后，经运输、平仓、振捣诸过程后的

12、温度为浇筑温度。在每次混凝土开盘之前，试验室要量测水泥，砂、石、水的温度，专门记录，计算其出机温度，并估算浇筑温度，计算方法见附1。当浇筑温度超过上述控制标准时，必须利用夜间浇筑混凝土，在当日夜间20时以后开盘，次日8时以前浇筑完；如果浇筑施工要经历午间高温期，应当在采取遮阳措施下进行施工。炎热季节施工时应避免日光曝晒及混凝土在运输过程之中由于摩擦而导致混凝土温度升高。4.3 保温及养护各层混凝土浇筑完之后立即用湿麻袋覆盖混凝土表面进行养护，一方面避免塑性收缩导致裂缝的出现，另一方面起到保温的作用；上层混凝土顶面待混凝土终凝后应进行蓄水养护，蓄水深度10-20cm。当遇到寒潮时，混凝土各面应进

13、行表面保温覆盖，建议作法如下：在混凝土表面覆盖两层麻袋，上面再包一层塑料薄膜，并适当推迟混凝土的拆模时间（浇筑完成后45天后拆模），拆模后涂刷养护液并及时保温覆盖，以满足内表温差要求，且拆模时间应选择一天中温度较高的时刻。5 温控施工的现场监测为做到信息化温控施工，出现异常情况及时调整温控措施，在混凝土内部布设温度测点，它是温控工作的重要一环。根据主塔实心段结构特点和温度场计算成果，拟在各层埋设温度传感器。主塔实心段各层布置测温点，均位于该层高度方向0.5m、1.5m和2.5m的位置。各层混凝土温度测点平面布置图分别见图7-17-2所示：图7-1 主塔实心段混凝土温度测点平面布置图（单位：mm

14、）图7-3 主塔实心段混凝土测温点剖面布置图（单位：mm）6 温控施工质量保证措施为了使各项温控措施落实到实处，施工单位必须成立专门的温控管理团队，根据温控单位的技术要求，落实各项技术措施；在各部位大体积混凝土施工之前，施工单位必须做到逐步技术交底，使班组、工人能了解温控的必要性及操作情况；温控监测单位将在浇注下层前将上层温控监测成果上报施工单位，并及时做出温控施工效果评述。施工单位根据温控结果决定下一层的浇筑时间和浇筑方案，避免混凝土的收缩和温差产生的应力造成混凝土开裂，保证工程质量。7 温控建议（1）由有限元分析结果，大榭二桥主塔实心段混凝土在采用上述分层施工方案进行浇筑的情况下，可实现取

15、消使用冷却水管，节约施工工期，且完全满足相关设计要求。（2）为保证混凝土质量，在每层混凝土浇筑完毕初凝后应立即在顶面蓄水养护，在浇筑上层混凝土之前才清除积水进行浇筑；注意模板的保温性能，根据温度监测的结果确定模板拆除时间，一般不小于4d。（3）根据温度场模拟计算得知主塔实心段第一层混凝土温度在第二层浇筑后会出现反弹，模拟时假定间隔7天浇筑主塔实心段第二层，建议在施工时浇筑间隔时间取7d，以防止实心段混凝土温度反弹过高。附件1混凝土的出机温度和浇筑温度一、混凝土的出机温度T0T0=(0.2+Qs)WsTs+(0.2+Qg)WgTg+0.2WcTc+(Ww-QsWs-QgWg)Tw/0.2(Ws+Wg+Wc)+Ww式中：Qs、Qg分别为砂石的含水量，以%计；Ws、Wg、Wc、Ww分别为每方混凝土中砂、石、水泥和水的重量（粉煤灰计入水泥中）；Ts、Tg、Tc、Tw分别为砂、石、水泥和水的温度。二、混凝土的