大温差环境混凝土裂缝防治分析

1、6大温差环境混凝土裂缝防治分析6.1工程概况纳金大桥设计为矮塔斜拉桥，位于海拔3650米的拉萨市，属高原温带半干旱大陆性气候，日温差大，平均温差达到14.1。主桥为（70+117+117+70m）三跨矮塔斜拉桥，桥宽33m，采用单箱五室断面，主体结构为C50高性能混凝土。0#梁段采用支架现浇，1-11#梁段采用挂篮悬臂施工。其中1#块长4米，底板宽23.351米，底板厚0.644米，腹板厚0.75米，浇筑方量为163.4m3。在浇筑完3个主墩1#梁段7天左右后均发现中轴线位置出现一条纵向通缝，挂篮前移后，底板也出现了纵向裂缝，部分渗水，宽度在0.1mm-0.15mm左右。详见图6.1.16.1

2、.3。图6.1.1 箱梁断面图图6.1.2 底板纵向裂缝图图6.1.3 底板纵向裂缝现场照片6.2裂缝成因初步分析根据裂缝的产生的部位、走向、宽度等特征，初步认为有如下几种原因。1、0#块浇筑与1#块浇筑时间间隔太长，相距100多天，0#块混凝土收缩徐变基本完成，对1#块新浇混凝土有约束作用。2、当地昼夜温差大，1#块浇筑期间，白天温度达到18，但晚上温度能达到零下2，在混凝土水化热后期，底板内外温差过大使混凝土产生拉应力。3、高原地区，对混凝土特性要求高，施工方采用高性能混凝土，水化热过大，混凝土在高温状态下温度下降会发生收缩，但受到与其接触的已浇筑混凝土的约束而产生拉应力。根据监控单位在1

3、#块埋设的温度传感器，测出混凝土浇筑后底板平均最高温度达到60。4、箱梁宽度为底板宽度23.351米，单箱五室，腹板对底板的收缩有约束作用。6.3水化热有限元分析6.3.1计算模型计算采用Midas FEA软件，采用自动网格划分，考虑到0#块混凝土对1#块新浇混凝土的边界约束，采用二分之一模型，单元划分数12890，从混凝土完全入模开始计算，分析时按照12hr、24hr、36hr、72hr、96hr、120hr、150hr的时间间隔设置。见图6.3.1。图6.3.1 FEA计算实体模型网格图混凝土采用C50，其中热工参数为：传导率为9627.8J/(m.hr.T)，比热为9872.5J.g/k

4、gf/T。，每方混凝土水泥用量为450kg，混凝土浇筑温度为203摄氏度，在计算的时候取20摄氏度，最大绝热温度升高温度为62，导温系数为1.117。见图6.3.2。环境温度采用正弦函数，其中环境平均温度为8，温度变化幅度为10。1#块混凝土一般在上午开始浇筑，晚上21点完成，因此延迟时间10小时。见图6.3.3。浇筑时采用钢模，对流系数取常数50.4J/m2T，放大系数为1。混凝土表面与大气的对流系数按照公式：光滑表面：=21.8+13.53va粗糙表面：=23.9+14.50va根据现场对风速的估测约为2m/s，混凝土表面与大气的对流系数取52.9 J/m2T。 图6.3.2 热源函数图（

5、） 图6.3.3 环境温度函数图（）6.3.2水化热数据分析（一）水化热温度分析24小时、36小时、72小时、150小时1#块水化热温度场等值线分别如下图6.3.4。24小时工况时，水化热温度达到62.8，分布在底板与腹板交汇处内部，36小时后开始降温，到150小时基本与达到环境温度。 图6.3.4 1#块水化热温度场等值线（二）水化热横向应力分析36小时、150小时1#块横向应力云图如下图6.3.5。混凝土浇筑初期因混凝土内部温度升高发生膨胀，但表面混凝土随环境温度的变化，下降较快，产生表面拉应力，最大为3.3MPa。后期降温时，因混凝土降温收缩，底板拉应力开始变大，在150小时时，底板中轴

6、线位置拉应力达到3.0MPa。 图6.3.5 1#块横向应力云图（三）水化热裂缝指数分析引用韩国混凝土规范中使用温度裂缝指数（抗拉强度与发生的温度应力之比）I 值预测是否发生裂缝。一般采用下面的值：裂缝指数(i) =混凝土抗拉强度/发生的温度应力防止裂缝发生时：1.5 以上限制裂缝发生时：1.21.5限制有害裂缝发生时：0.71.236小时、150小时的裂缝指数等值线如下图6.3.6，从图中可知，36小时水化热峰值时，混凝土表面裂缝指数比较小，最小值为0.43；150小时，底板和顶板裂缝指数比较小，最小值为底板中轴线处为0.77。 图6.3.6 裂缝指数等值线下图6.3.7为底板中轴线上缘节点

7、应力与允许应力图，从图中看出，在148小时时，两线已经相交，应力已经超过允许应力。图6.3.7 节点应力与允许应力图6.4 结论通过计算可知如下结论：1、由计算所得的温度与监控单位实测数据基本吻合，模拟过程中环境温度采用正弦曲线，基本与实际环境吻合，最高温度出现在浇筑后24小时左右。图6.4 对混凝土内部温度进行监测。2、混凝土浇筑初期，混凝土内部升温膨胀，使混凝土表面容易产生裂缝，因此在施工过程必须加强养护。3、混凝土浇筑后期，箱梁底板、顶板横向拉应力逐渐增大，本桥属宽桥，且由于腹板的约束，顶、底板横向应力在150小时左右，水化热应力超过允许应力，容易产生裂缝，与现场裂缝基本吻合。4、矮塔斜

8、拉桥虽然可以降低梁高，但支点附近底板厚度随跨径的增大而增大，水化热比较明显，特别对于宽桥，在设计过程中，需要重视水化热的作用，可适当增大底板横向配筋率。5、悬臂浇筑一般在0#块浇筑后，一般需要安装挂篮以及预压工作，1#块浇筑间隔时间长，新老混凝土收缩徐变不一致，施工时尽量优化工序，缩短浇筑间隔时间。6.5 改进措施1、在底板增设抗拉杆和防裂钢筋。抗拉杆采用20#槽钢，目的是治止1#块纵向裂缝的继续发展；防裂钢筋采用20螺纹钢，防治底板表面裂缝的产生。图6.5 抗拉杆与防裂钢筋设置2、继续加强对混凝土内部温度的监控，同时加强洒水养生控制，确保混凝土表面长期湿润，养生天数确保在7天。3、优化施工工序，尽量减少两个块段施工的间隔时间。4、严格按照设计图纸推进工序，三向预应力结束后，安装斜拉索，然后进行挂篮前移。避免挂篮自身对箱梁的影响。通过以上措施，箱梁底板裂缝的问题得到了根本