大体积承台混凝土水化热温度有限元分析与控制.pdf
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1、2 0 1 2年第 9期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n ee r i n g 4 7 文 章编 号 : 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 2 ) 0 9 0 0 4 7 0 3 大体 积承 台混凝土水化热温度有 限元分析与控制 赵 常 煜 ( 中国铁建十二局集 团有 限公 司 , 山西 太原0 3 0 0 2 4 ) 摘要 : 对某大桥承 台混凝土施工期水化热温度进行有 限元模拟分析, 并现场监测混凝土水化热温度, 有 限元模拟与现场监测的温度发展趋势和承台混凝土最高芯部温度吻合 良好。有限元模拟是预测水化热 温度 的有效工具 , 有限元模型边界条件、 承台
2、浇筑进度等与实际的差异是影响模拟精度的主要 因素。研 究表 明: 降低混凝土入模温度 , 优化原材料配合比, 布设冷却水管, 良好的保温保湿措施等是水化热温度 控制的有效措施。采用计算、 监测 以及原材料控制, 现场养护等综合技 术措施 , 避免 了大体积承台混凝 土施 工期 的温度 裂缝 。 关键 词 : 大体 积 混凝 土 水化 热温 度有 限元 分析控制 中图分 类号 : U 4 4 5 5 5 9文献 标识 码 : A DOI : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 2 0 9 1 4 某 客 运 专 线 特 大 桥 主 桥 为 七
3、跨 一 联 混 凝 土连 续 梁 , 桥跨布置为( 4 8+ 58 0+4 8 ) IT I , 采用悬臂浇筑法 施 工 。主河 槽 内有2 1 0 6 2 1 1 1 等 6个 主墩 , 桥 墩 承 台尺寸 为 1 3 6 I n1 5 2 I n 4 0 n fl , 一 个 承 台约 C 3 0 混凝土 8 2 7 1 T I , 属于大体积混凝土 。为保证承 台大体 积 混凝 土 的施工 质 量 , 对 承 台混 凝 土 因水 化 热 引 起 的 温度变化进行科学分析和有效的温度控制是十分必要 的。本 文介 绍 针 对 该 桥 承 台 混 凝 土 温 度 的 有 限元 模 拟 , 现场
4、监测及温控措施 , 为同类工程提供有益参考。 1 承 台水化热有 限元分析 1 1有 限元 模型 采 用结 构分 析 软 件 MI D A S建 立 了 大桥 主 墩 桩基 承台的水化热分析有限元模型。将地基模拟为具有一 定 比热和热传导率的结构 , 与承 台一起参与水化热分 析 , 建模 时周边 地基土尺寸取 为 1 9 2 I n1 7 6 i n 4 0 IT I , 模型中考虑了冷却水管 , 有限元模型见图 1 。 图 1 承台水化热分析有 限元模 型 收稿 日期 : 2 0 1 2 - 0 2 - 2 1 ; 修 回日期 : 2 0 1 2 0 5 3 1 作者 简介: 赵常煜( 1
5、 9 7 O 一 ), 男 , 山西晋 中人 , 高级工程师。 1 2 相 关计 算参 数 承台混凝土理论配合 比见表 1 。根据相关技术资 料 , 计算 了混 凝 土 的热 学 性 能 指标 包 括 导热 系 数 A和 比热 C 。采用复合指数式水化热计算方法 , 估 算混凝 土最大绝热温升为 4 0。根据施工方案 , 承台混凝土 四周采 用钢 模板 , 顶 面混凝 土 保 温材 料 为 3 0 mm厚 棉 被和 0 1 mm厚塑料布。保温 材料 导热系数 见表 2 。 模 型环 境温 度取 为 固定 值 1 8。 I = , 地基 边界 为 固定 温 度 条件, 温度值也取 1 8。冷却水
6、 管 内径 0 0 4 8 I n , 水 流 速度 为 0 6 m s 。 1 3 计 算 结果及 分析 为了研究承台大体积混凝 土 内部和表 面温度 发 展 , 在有 限元分析 和现场测试 中分别取 1 4承台的顶 面 、 深 2 m, 深 4 m处各 8个测点进行研究。测点布置 如 图 2所示 。 本 文针 对混 凝土 浇筑 后 的水化 热温度 场进 行 了有 限元模拟分析 。取如图 2所示每层测点温度的平均值 代表该层温度 , 则承台顶面、 深 2 m和深 4 i n位置处混 凝 土 温 度 随 时 间 的发 展 曲 线 如 图3 所 示 。 计 算 结 果 表 表 1 承 台混凝土理
7、论 配合 比 k g m 保温层厚度 m 0 0 2 0 0 3 0 0 0 0 1 导热系数 ( k J ( in h o C) ) 1 6 3 2 9 0 1 5 4 9 0 1 2 5 6 4 8 铁道建筑 5 5 5 0 4 5 芝4 o 赠 3 5 3 0 2 5 图 2温度 测点布置 ( 单位 : c n ) 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 时间, h 图 3 承 台水化热温度计算值随时间变化情况 明 , 承台大体积混凝 土温度上升较快 , 大约在浇筑后 9 0 h时混 凝 土 温 度 达 到 最 大 值 , 混 凝 土 表 面 温 度 为 4 6 2 , 2
8、m 和 4 I n处 混 凝 土 温 度 分 别 为 5 2 和 4 2 6 。达 到最 高温 度后 , 2 m 和 4 m 处 混 凝 土温 度 下降比较慢 , 表面温度下降相对较快。8 0 0 h时, 表面 温度 已经接 近环 境 温度 , 而 2 m 和 4 m 处 的混 凝 土温 度仍然处于 3 5 4 0 的水平 , 说明大体积混凝土 的内部放热是一个持续而漫长的过程。 大体积混凝土内外温差直接导致混凝土收缩不均 匀 , 从 而引起 混凝 土 的开 裂 。 因此 需要 对 承 台混凝 土 的最大 温差 进 行研 究 。本 文 取 图 2所 示 承 台表 面 和 2 m深 的对 角线
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