泵送混凝土结构施工期温控防裂研究.pdf
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1、第 3 7 卷第2期 2 0 1 1 年 2月 水 力 发 电 泵 送 混 凝 土 结 构 施 工 期 温 控 防 裂 研 究 陈 守 开 ,吉顺 文 ( 1 华北水利水 电学院水利学 院,河 南郑州4 5 0 0 1 1 ; 2 浙江省水利河 口研 究院防灾减 灾研 究所 ,浙江杭州3 1 0 0 0 0 ) 摘要 :针 对泵 送混凝土结构施工期易开裂 的问题 ,从减小温差和约束 出发 ,采 用三维不稳定温度场和应力场的有 限单元 法及 水管冷却 离散算法 ,对某泵送混凝 土结构 施工期防裂方法进行数值计 算分析。计算结果表明 :表面保温 性 能越好 ,结构早期 内外温差越小 ,表 面拉应力
2、 也就越小 ,但拆模后表 面和后期 内部的拉应力也越大 ;吊空模板技 术 、缩短 间歇 时间和设 置后浇带等施工方式 对减 小约束 、防止结构后期裂缝有利 ;合 理保 温和水管冷却是防止裂缝 产 生的有效措施 。 关键 词 :泵 送 混 凝 土 ;闸 墩 ;温 度 控 制 :温 度 场 ;应 力 场 ;防 裂 方 法 Te mpe r at ur e and Cr a c k Co nt r o l o f Pmnpi ng Co nc r e t e St r uc t ur e dur i ng Cons t r uc t i o n Ch e n S h o u k a i J i S
3、h u n we n ( 1 Co l l e g e o f Wa t e r Re s o u r c e s , No r t h C h i n a Un i v e r s i t y o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d El e c t r i c P o w e r , Z h e n g z h o u 4 5 0 01 1 , He n a n , Ch i n a ; 2 De p a r t me n t o f Di s a s t e r P r e v e n t i o n a n d Mi t i g a t i o n ,
4、 Z h e j i a n g I n s t i t u t e o f H y d r a u l i c sE s t u a r y , H a n g z h o u 3 1 0 0 0 0 , Z h e j i a n g , C h i n a ) Abs t r ac t :F o r c o n t r o l l i n g t he cr a ck o f p u mp i n g c o n c r e t e s t r uc t ur e i n t he pe r i o d o f c o ns t ru c t i o n ,t h e e f f e c
5、 t s o f s o n I c c o n t r o l me a s ur e s ,whi c h be i ng c o n s i de r e d f r o m t h e pe r s pe c t i v e o f d e c r e a s i n g t e mpe r a t ur e d i f f e r e nt a n d c o n s t r a i nt ,we r e s i mu l a t e d by t h e 3DFEM o f un s t a b l e t e mp e r a t u r e a n d s t r e s s
6、f i el d s a n d t he d i s c r e t e a l g o r i t h m o f c o o l i n g pi pe f o r a pu mp i n g c o n c r e t e p r o j e c t T h e r e s u l t s s h o w t h a t : ( a t h e b e t t e r t h e i n s u l a t i o n , t h e s m a l l e r i n t e r n a l a n d e x t e r n a l t e m p e r a t u r e d
7、i f f e r e n t a n d s u rf a c e t e n s i l e s t r e s s a t e a r l y s t a g e , b u t t h e l a r g e r t e n s i l e s t r e s s i n s u r f a c e a f t e r f o r m r e mo v a l a n d i n i n t e r n a l a t l a t e r s t a g e ;( b ) c o n s t ruc t i o n me t h o d s s u c h a s u s i n g
8、s u s p e n s i o n f o r mwo r k ,s h o r t e n i n g i n t e r v a l t i me a n d s e t t i n g l a t e p o u r e d b a n d a r e u s e f u l t o d e c r e a s e c o n s t r a i n t a n d c o n t r o l l a t e r c r a c k s ; a n d( C )r e a s o n a b l e i n s u l a t i o n a n d p i p e c o o l
9、i n g a r e e f f e c t i v e me t h o d t o c o n t r o l c r a c k s Ke y W o r d s : p u mp i n g c o n c r e t e ; p i e r ; t e mp e r a t u r e c o n t r o l ; t e mp e r a t u r e f i e l d ; s t r e s s f i e l d ; c r a c k p r e v e n t i o n me a s u r e 中 图分 类 号 : T V3 1 5 文 献标 识 码 : A 文
10、 章 编 号 : 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 0 2 9 0 5 0 引言 在 平 原 地 区 的 水 利 工 程 中 ,需 要 修 建 大 量 的 薄 壁 混 凝 土 结 构 , 如 水 闸 、泵 站 、 渡 槽 、 倒 虹 吸 等 。 这 类 结构 具 有 形 式 复杂 、墙 体 长 、固结 在 刚 性底 板 上 等 特 点 ,工 程 实 践 表 明 , 开 裂 现 象 是 此 类 结 构 施 工 期 最 为 棘 手 的 问 题 之 一 【 。 近 年 来 , 泵 送 混 凝 土 由 于 其 连 续 性 强 、浇 筑 效 率 高 等 优 点 在 这
11、些 工 程 中 的 使 用 越 来 越 广 泛 。 与 普 通 运 输 混 凝 土 相 比较 ,它 具 有 水 泥 用 量 大 、水 化 放 热 速 率 快 、入仓 温 度 高 、 干 缩 和 自收 缩 大 等 特 点 。 因 此 , 它 的 采 用 使 得 混 凝 土 结 构 的 裂 缝 问 题 更 为 突 出 ,严 重 困 扰 工 程 的 建 设 , 影 响 这 一 先 进 施 工 技 术 的 推 广 应 用 。 为 此 ,本 文 依 托 某 水 闸 工 程 以 有 限 元 法 作 为 数 值 分 析 手 段 进 行 非 稳 定 温 度 场 和 应 力 场 的 计 算 分 析 不 同 施
12、工 防 裂 方 法 对 闸墩 泵 送 混 凝 土 结 构 温 度 和 应 力 的 影 响 。 1 仿真计算基本理论 1 1非稳 定 温度场 在 混 凝 土 区 域 R 内 ,非 稳 定 温 度 场 T ( x, Y, , ) 必 须 满 足 热 传 导 方 程 8 1 收 稿 日期 :2 0 1 0 0 9 1 6 基金项 目:国家 自然科学基 金资助项 目( 5 0 7 7 9 0 1 0 ) 作者简介 :陈守开( 1 9 8 O 一 ) ,男 ,浙江温州人 ,讲师 ,博士 ,主 要从事水工结构工程混凝土温控防裂研究 = + + + c V x ,Y ( 1 ) = 口 l 一 十 十 +
13、可 L 式 中 , 0为 导 温 系 数 , mZ h; 0 为 混 凝 土 绝 热 温 升 , ; 为 混 凝 土 龄 期 ,d;t 为 时 间 ,d。 初 始 条 件 、边 界 条 件 参 见 文 献 【 8 。 当混 凝 土 内 含 冷 却 水 管 时 ,采 用 水 管 离 散 算 法 , 详 见 文 献 【 9 】 。 1 2应力场 在 复 杂 应 力 状 态 下 ,混 凝 土 应 变 增 量 满 足 _8 l - + s + + A8 n + 占 ( 2 ) 式 中 ,As 为 弹 性 应 变 增 量 ; 为 徐 变 应 变 增 量 ; s 为温度应变增量; 为干缩应变增量; : 为
14、 自生 体 积 变 形 增 量 。 各 增 量 的 含 义 详 见 文 献 8 。 2 泵送混凝土防裂方法数值分析 2 1 计算模 型 选 取 某 平 原 退 水 闸 进 行 研 究 , 计 算 域 见 图1 ( 图 中 1表 示 内 部 ,2表 示 表 面 ) , 闸 墩 长 度 1 9 0 m, 水 闸 泵 送 混 凝 土 配 合 比及 性 能 见 表 1 。考 虑 闸 墩 结 构 的 形 式 和 布 置 特 点 以 及 结 构 的 对 称 性 ,仿 真 计 算 选 取 特 征 闸 墩 和 底 板 结 构 进 行 计 算 ,计 算 网 格 见 图 2, 单 元 和 结 点 数 分 别 为
15、1 6 5 1 4、 2 2 2 8 6个 。 闸 墩 内 部 埋 设 冷 却 水 管 时 , 为 确 保 计 算 分 析 的 准 确 性 和 精 确 度 ,对 水 管 附 近 网格 进 行 加 密 。在 墙 体 结 构 中 , 裂 缝 一 般 出 现 在 闸 墩 中 央 以 下 靠 近 底 板 附 近 处 l 1 - 7 , 主 要 针 对 该 部 位 采 取 温 控 防 裂 措 施 ,冷 却 水 管 不 必 一 直 埋 设 至 闸墩 顶 部 。 2 _ 2 计算 参数 采 用 遗 传 算 法 ,对 现 场 非 绝 热 温 升 试 验 获 得 的 实 测 数 据 进 行 温 度 场 的 反
16、演 计 算 , 以 及 根 据 混 凝 土 配合 比的 试验结 果 ,给 出泵 送混 凝 土主 要 热力 学 参 数( 见 表 2 ) 。 2 3防裂方法研 究 墩 墙 结 构 通 常 是 泵 送 混 凝 土 工 程 防 裂 的 重 点 和 难 点 。因 此 ,本 文 主 要 研 究 在 施 工 期 结 构 材 料 、设 计 等 已 知 的 情 况 下 ,施 工 方 面 所 采 用 的 防 裂 方 法 对 1 3 m H 图 1 计算域 图 2计 算 模 型 及 水 管 单 元加 密 墙 体 结 构 温 度 和 应 力 的 影 响 , 主 要 包 括 表 面 保 温 、 内部 水 管 冷 却
17、降 温 、缩 短 施 工 间 歇 、 吊空 模 板 、 设 置 后 浇 带 技 术 等 方 法 。 2 3 1 表 面保 温 保 温性 能越好 ,混凝 土 受 外界 环 境 温度 的影 响 也 就 越 小 。 但 能 否 说 明 保 温 越 强 对 闸 墩 混 凝 土 的 防 裂 就 越有 利 呢 ?下 面 分别 对钢 模 板 、竹 胶模 板 、竹 胶 模 板 内 衬 塑 料 保 温 板 等 3种 不 同 保 温 性 能 的 材 料 进 行 分 析 。 2 3 1 1温 度 分 析 内 部 点 1和 表 面 点 2 的 温 度 历 时 曲 线 见 图 3, 第 一 主 应 力 。 历 时 曲
18、线 见 图 4 。 根 据 图 3、4以 及 仿 真 计 算 结 果 ,可 以 得 到 : ( 1 )保 温 效 果 越 好 ,混 凝 土 表 面 散 热 能 力 越 弱 , 水 化 热 起 主导作 用 的时 间也 就 越长 ,从 而 使得 混 凝 土 温 度 越 高 ,达 到 温 度 峰 值 的 时 间 也 越 晚 。如 , 闸 墩 内部 点 1在采 用 钢 模板 、竹胶 模板 和 塑料 保 温板 时 分 别 在 浇 筑 后1 5 、 2 0、 3 5 d达 到 最 高 温 度 3 0、 表 1 泵 送 混凝 土配 合 比及 性 能 圈W a t e r P o w e r V o 1 3
19、7 N o 2 , u7口 l, J 、 、 J I, 寸 J , 5 上 : : 口 1 出 上加I I I l l - 1 2 J= 口iU l 7 45 4O 35 30 25 2O 赠 1 5 1 O 5 0 4 3 0 5 2 3 5 0 1 1 乏 0 0 0 0 a 内部 点 1 0 5 1 0 】 5 2 O 2 5 3 O 龄 期 d b 表 面 点 2 图 3特 征 点温 度 历 时 曲 线 2 5 2 1 5 1 0 5 0 0 5 1 龄期 d b 表 面 点 2 图 4特征点第一主应力 口 历 时曲线 3 3、40 5 。 ( 2 ) 混 凝 土 作 为 弱 导 热
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- 关 键 词:
- 混凝土结构 施工期 温控 研究
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