大体积箱梁0、1号块混凝土浇筑温度控制.pdf

6 2 世 界 桥 梁 2 0 1 3 ， 4 1 ( 2 ) 大体 积箱梁 0 、 1号块 混凝 土浇筑温 度控制 唐 明敏 。 张 宏杰 ， 万水 ( 东 南大 学交通 学院 ， 江苏 南京 2 1 0 0 9 6 ) 摘要 ： 为控制某桥桥墩上现浇 0 、 1 号块箱梁的 内外温差 ， 消除 巨大温差引起的裂缝等结构安全隐患， 以实际 桥梁工程为背景 ， 采用有 限元软件对浇筑后的箱梁 0 、 1 号块 瞬态温度 场进行仿 真分析 ， 并在 现场埋设 温度传感 器 监测其温度场 。结果表明 ： 相对于顶板 、 腹板 和底板 ， 横隔板温度更高且最晚达到最大值 ( 4 5℃) ； 采用分层浇筑 、 埋 设冷却水管等施工控制措施 ， 各部件温度明显降低 ， 结构内、 外温差可以较好地控制在 2 O℃以内， 且拆模后未发现裂缝 。 关键词 ： 桥 梁工程 ； 箱形 梁； 混凝土 浇筑 ； 水化热 ； 温度控制 ； 监测 ； 数值 分析 中图分类号 ： U4 4 8 ． 2 1 3 文献标志码 ： A 文章编 号 ： 1 6 7 1 —7 7 6 7 ( 2 0 1 3 ) 0 2 —0 0 6 2 —0 4 1 引 言 采用悬臂浇筑施工法的连续梁桥 ， 其 0号块( 有 时也包括 1号块) 通常都采用在桥墩上现浇的施工 方法。由于梁体体积较大、 水泥强度高 ， 混凝土在浇 筑过程中其 自身产生的大量水化热会使结构产生温 度梯度 ， 不均匀的温度会使混凝土产生不均匀的膨 胀 ， 在结构 自身和外部约束 的作用下会使结构产生 过大 的拉应 力 ， 从 而 导致混 凝土 开裂 ， 且应力 会 随着 温差的增大而增大。因此大体积混凝土结构在浇筑 时须 控制 水化热 和 温 度梯 度 的大 小 ， 以防止 出现 过 大 的温度应 力而 造 成混 凝 土 开 裂 等病 害 ， 影 响工 程 质量 ～ 。 本文以某 6 0 m+1 0 0 m+6 0 m 预应 力混凝土 梁桥( 见图 1 ) 为工程背景 ， 通过有限元分析程序对 其箱 梁 0 、 1号块 浇 筑 后 的 瞬态 温 度 场进 行 分 析 ， 针 对仿真计算结果对施工提 出建议 ， 并通过实 际温度 监测来验证本文所提出温度控制措施 的合理性 。 6n 1 0 0 60 ． 图 1 主 桥 立 面 示 意 单位 ：i n 2 箱 梁 0 、 1号块 浇筑 温度场 有 限元分 析 2 ． 1 温度 场有 限元仿 真模 型 该 桥 0 、 1号 块 的纵 断 面及 横 断 面如 图 2所示 。 因 0 、 1号块是对称结 构， 可取结构 的 1 ／ 4部分进行 建 模分 析 。选 取 三维 温 度 单 元 S o l i d 7 0建 立 模 型 ， 因该单 元具有 3 个 方 向的 热传 导 能 力 ， 有 8个 节 点 且每节点上只有 1个温度 自由度 ， 可以用于三维静 态或瞬态的热分析 ， 实现匀速热流的传递。根据实 际材料及参考文献 E 8 ] 确定模型混凝土材料的热参 数， 其 中， 混凝土 的密度 P为 2 6 0 0 k g ／ m。 ， 导热系数 为 2 ． 7 k J ／ ( m h ℃ ) ， 比热 为 0 ． 9 2 k J ／ ( k g ℃ ) 。 为方便在后处理 中可以对结构同一截面的各部分进 行分 析 ， 模 型 采用 手 动 划 分 网格 ， 共 分 为 2 5 9 3 6个 单元 ， 3 0 7 6 4个节 点 ， 有 限元 分析模 型 如图 3所示 。 1 200 1 7 2 7 l 号块 0 号块 1 号块 ——— —— ——～ ——— ——一 4 o 0 ． 4 0 0 1 4 o o 2 ( a )纵断面 = 二 7 5 0 ． 3 5 0 ( b )横断面 单位：c n l 图 2 0 、 1 号块示意 收稿 日期 ： 2 0 1 2 —0 8 —2 2 基金项 目： 中国国家 自然科学基金( 5 0 9 7 8 0 5 5 、 5 0 8 7 8 0 4 8 ) 作者简介 ： 唐明敏( 1 9 8 9 一) ， 男， 2 0 1 0年毕业于西南交通大学土木工程专业 ， 工学学 士( E — ma i l ： s o a r o v e r 7 2 8 @1 2 6 ． c o rn) 。 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 6 4 世 界 桥 梁 2 0 1 3 ， 4 1 ( 2 ) 集中在 2 8 ~3 9℃， 仍明显高于其它部件及外界常温。 图 5为 横隔板 、 顶 板 、 腹 板和底 板 的温度 变化 曲 线 ( 节点选取相对远离其它部件的位置) 。 7 0 6 5 6 0 5 5 p 5 0 4 5 赠 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 U l Z 3 4 5 6 ，8 l U 浇筑后天数／ d 图 5各部件温 度变化 曲线 由图 5可见 ， 各梁块部件 的温度具有一定 的独 立性( 各个部件连接处除外) ， 温度 的变化符合大体 积混凝 土水 化 热 的特 征 。根 据 上 述分 析 结 果 ， 因顶 板、 腹板和底板厚度较小 ， 且均处于箱梁 的边界 ， 散 热条件较好 ， 所以热生成量小， 散热快 ， 水化热 问题 影响甚微 。由于横隔板厚度较大 ， 且处于半封 闭的 箱室中， 散热条件较差， 在浇筑 2 d后横隔板内部温 度 可达 到最高 6 6℃ ， 此 时结构 内外 温差达 到 4 5℃ 。 巨大的温差将使混凝土结构产生 明显的温度应力 ， 继而促进裂缝的产生 ， 最终影响结构的安全。 3温度控 制措 施及 实 际控制 结果分 析 3 ． 1 施 工控制 措施 ( 1 )分层分块浇筑混凝土。该措施首先可以缩 小一次浇筑的结构体积 ， 减少水化热总量 ， 使得混凝 土热量尽快散失， 浇筑后温度分布均匀， 其次还可以 增加结构散热面， 从而降低施工期间的水化热 ， 减小 产 生裂缝 的可 能性 ， 一 般 相 邻 两浇 筑 层 之 间 的 间歇 时 间控制 在 5 ～ 7 d 。该 桥先 浇 筑底 板 至 腹板 顶 部 ， 于 5 d后混凝土达到足够强度后再浇筑顶板 。浇筑 底板及横隔板部分时， 均匀地浇筑混凝土， 使其 自然 流淌形成斜坡 ， 沿箱梁竖向均匀上升， 层与层之间的 浇筑时间差需严格控制 ， 应在前一层混凝土初凝之 前开始浇筑后一层。浇筑顶板部分时 ， 将施工缝处 表面的混凝土凿毛， 及 时清理混凝 土块并用水冲洗 以保持湿润 ， 浇筑前在施工缝处铺 1层与混凝土配 比相 同的水 泥砂浆 。 ( 2 )设 置冷 却水 管 。该 方 法是 目前 大 体积 混凝 土温控的主要措施之一 ， 此法具有适用性好、 灵活性 强 以及能够影响整个结构 的内部温度等特性 ， 它可 以控制混凝土的内部最高温度、 内外温差及降温速 度等 。该桥在横隔板内设置冷却水管 ， 共 3 层 ， 混凝 土浇筑至各层冷却水管标高后开始通水 ， 冷却水流 入温 度不 高于 2 O℃ ， 浇筑完 成 2 d后 停止 通水 。 ( 3 ) 严格控制混凝土的入模温度 。由于该桥 0 、 1号块的施工正值初夏季节 ， 平均气温较高 ， 可通过 冷却拌合水、 加冰拌合 、 预冷骨料等方法来降低混凝 土 的人模 温度 。此 外 考虑 施 工 季 节 的影 响 ， 建 议 将 混凝 土浇 筑尽量 安排 在 1 7 ： o 0至次 日上午这 个 时间 段进 行 ， 以减少 外界 温度 的影 响 。 另外 ， 应严格控制拆模时间， 既要充分考虑工期 的限制 ， 又要考 虑混 凝土 内外 温差不 能太大 ， 保 证拆 模 时混凝 土 内部 和外 部温 差不超 过 2 0℃ 。 3 ． 2 实 际控 制结果 分析 根据 现 场施 工 计 划安 排 ， 该 桥 0 、 1号 块施 工 采 用了分层浇筑 、 埋设冷却水管降温、 控制混凝土人模 温 度及浇 筑 时间等施 工控 制措施 。为跟踪 温度 场 的 变 化过程 ， 在 图 2 所 示 的 1 —1 、 2 —2截 面 中 布置 温 度传感器 ， 如图 6 所示， 共布置 了 6 个温度测点 。各 测 点温度 数据 记 录如表 1所示 。 I ． 墨 曼 Q 一 单位：c m 图 6温 度 测 点布 置 示 j爵 由表 1可 以看 出 ， 采用 分 层 浇筑 及 埋设 冷 却 水 管降温等控制方法与措施后 ， 梁体各个截面测点的 温度均得 到 了有 效 的控 制， 横 隔板 内最 高温度 为 4 9 ． 6℃ 。在浇筑后 2 d ， 梁体 自身温差均控制在 2 o ℃ 以 内 ， 水 化 热 的 问题 得 到 了很 好 的控 制 。前 5 d 由于顶板未浇筑 ， 测点 1和测点 4 没有读数， 顶板浇 毒 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 大体积箱梁 0 、 1 号块混凝 土浇筑温度控制 唐 明敏 ， 张宏杰 ， 万水 6 5 表 1 各 测点 温 度 数 据 记 录 ℃ 筑 后 ， 结 构 未 出 现 内部 温 升 ， 因 此 此 时 水 化 热 问 题 并未出现。拆 模后 对梁 体进行 仔 细检 查 ， 未发 现 裂缝 。 4 结 论 ( 1 )0 、 1号块混凝土箱 梁浇筑后的瞬态 温度场 有限元仿真分析结果表 明顶板、 腹板和底板在浇筑 后 0 ． 5 ～1 d温度均达到最大值 ， 而横隔板 由于体积 相对较大 ， 并处于箱梁内部半封闭的空间， 散热条件 较差 ， 其在浇筑后第 2 d温度达到最大值 ， 最高温度 值为 6 6℃ ， 且结构内外最大温差可达到 4 5℃ 。 ( 2 )依据仿真分析结果 ， 在采取分层浇筑、 埋设 冷却水管散热等措施后 ， 温度实测值和混凝土 内外 温差值远小于采用一次浇筑及未采用冷却水管降温 的有限元仿真计算分析值 ， 拆模后结构未发现裂缝 。 参 考 文 献 ： [ 1 ]张 沛．箱梁 0 #块浇筑温度场及早期 温度应 力 的研究 ( 硕士学位论文) E D I ．南京 ： 南京理工大学 ， 2 0 0 7 ． E 2 ]蒋本俊 ， 刘生奇．武汉二七 长江大桥 主桥桥 塔施 工关键 技术 E J I ．桥梁建设 ， 2 0 1 2 ， 4 2 ( 3 ) ： 7 —1 3 ． E 3 ]廖菲．郑州黄 河公 铁两用桥大体积承 台裂纹控制技术 E J ] ．世界桥梁 ， 2 0 1 2 ， 4 0 ( 2 ) ： 5 1 —5 4 ， 6 8 ． [ 4 ]徐 刚 ， 吴小斌．坝陵河大 桥隧道 锚锚塞 体关键 施工 技 术 [ J ] ．世界桥梁 ， 2 0 1 2 ， 4 0 ( 5 ) ： 1 2 —1 6 ． E 5 ]王鹏 ， 林雄．跨穗盐路斜 拉桥 桥塔墩 承 台深 基坑施 工方案优 化[ J ] ．桥梁建设 ， 2 0 1 1 ， ( 5 ) ： 8 6 —8 9 ． E 6 ]孙小 猛 ， 闰子才 ， 朱大勇 ， 等．葑溪大 桥施工控 制[ J ] ．桥 梁建设 ， 2 0 1 2 ， 4 2 ( 2 ) ： 9 2 —9 7 ． [ 7 ]张铎 ， 何畏 ， 蒋长 江 ， 等．攀 枝花新 密地 大桥拱 圈悬 臂浇注施工监控[ J ] ．桥梁 建设 ， 2 0 1 2 ， 4 2 ( 4 ) ： 8 7 —9 2 ． E 8 ]朱伯芳．大 体 积混 凝土 温度 应 力 与温 度控 制 [ M] ．北 京 ： 中国电力 出版社 ， 1 9 9 9 ． 1- 9 ]缪长青 ， 孙传智 ， 李爱群．混凝土箱梁桥零 号块水 化热过 程分 析研 究E J ] ．防灾 减 灾工 程 学 报 ， 2 0 1 0 ， ( 4 ) ： 4 0 7 — 41 3． [ 1 O ]张光周 ．大跨径混凝土箱 梁实 时温度 场数值 模拟 与裂 缝控制研 究 ( 硕 士 学 位 论 文 ) [ D] ．济 南 ： 山东 大 学 ， 2O O9 ． ( 编辑 ： 穆卓辉 ) Te mpe r a t u r e Co nt r o l f o r Co nc r e t e Ca s t i ng o f No ． 0 a n d No ．1 Bl o c ks o f La r g e Bo x Gi r d e r T ANG Mi n g — rai n，ZHANG Ho n g - j i e，WAN S h u i ( S c h o o l o f Tr a n s p 0 r t a t i 0 n，S o u t h e a s t Un i v e r s i t y ，Na n j i n g 2 1 0 0 9 6 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：I n o r d e r t o c o nt r o l t he di f f e r e nc e o f t he t e mpe r a t ur e i ns i de a nd o ut s i de t he c a s t — i n — s i t u No． 0 a nd No ．1 bl oc ks of t he b ox g i r d e r o ve r br i dg e pi e r s a nd r e du c e t he po t e n t i a l r i s ks of t he s t r u c t u r e i n d u c e d b y g r e a t t e mp e r a t u r e d i f f e r e n c e ，s u c h a s t h e o c c u r r e n c e o f c r a c k s ，a r e a l b r i d g e wa s c i t e d a s a n e xa m p l e ．The f i ni t e e l e m e n t s of t wa r e wa s a d op t e d t o c a r r y ou t s i m u l a t i o n a n a l ys i s o f t he t r a ns i e n t t e mpe r a t ur e f i e l d o f t h e No ． 0 a nd No．1 b l oc ks of t he bo x g i r de r a f t e r c o nc r e t e c a s t i ng，a n d t e m pe r a t ur e s e n s o r s we r e e m b e dd e d t o m o ni t or t he t e mpe r a t ur e f i e l d．Th e r e s u l t s o f t he a na l y s i s i nd i c a t e d t ha t c o m pa r e d wi t h t he t op s l a b，we bs a n d t h e bo t t om s l a b，t he t e mpe r a — t u r e i n t h e d i a p h r a g ms wa s h i g h e r a n d wa s t h e l a t e s t t o r e a c h t h e ma x i mu m v a l u e( 4 5℃ )；wh e n t he c on c r e t e wa s c a s t i n l a y e r s a nd c o l d wat e r pi pe s we r e bur i e d，t he t e m pe r a t u r e of e a c h c o m p o — n e nt wa s a p pa r e nt l y r e duc e d， t he di f f e r e nc e o f t he t e m p e r a t u r e i ns i de t he s t r u c t ur e a nd ou t s i de t he s t r uc t u r e c o ul d b e we l l c o n t r o l l e d t o be l e s s t h a n 2 O ℃ 。a nd a f t e r t h e f o r m wor ks we r e d i s — ma nt l e d，n o c r a c ks we r e f ou nd ． Ke y wo r d s ： b r i dg e e ng i ne e r i ng；bo x gi r d e r ； c on c r e t e c a s t i ng；hy d r a t i o n he a t ；t e mpe r a t ur e c o nt r o I ：mon i t o r i ng；nu m e r i c a l a na l y s i s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m