南水北调中线蒲阳河倒虹吸管身混凝土防裂技术.pdf
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1、第 8卷O 2 2 0 1 0年 7月 南水北调与水利科技 S o u t h - t o - No r t h Wa t e r Tr a n s f e r s a n d Wa t e r S c i e n c e T e c h n o l o g y Vo 1 8 S u p p J u 1 2 0 1 0 南水北调 中线蒲 阳河倒 虹吸管身混凝土防裂技术 王炳恒 , 景 书达 ( 1 河北省水利工程局 , 石家庄 0 5 0 0 2 1 ; 2 水利部河北水利水电勘测设计研究院, 天津 3 0 0 2 5 0 ) 摘要: 主要介绍了蒲阳河渠道倒虹吸管身混凝土结构设计 、 混凝土配
2、合比优化、 施工瞬态温度场仿真模拟、 混凝土原材 料选择 、 浇筑工艺试验、 温度测量与控制及养护等, 采用综合控温防裂技术措施, 解决了倒虹吸管身混凝土裂缝问题, 为类似工程提供了有益经验。 关键词 : 倒虹吸 ; 混凝土 ; 温控 ; 防裂 中图分类号 : T V6 8 ; TV 6 7 2 文献标识码 : B 文章编号: 1 6 7 2 1 6 8 3 ( 2 0 1 0 ) 0 0 2 0 0 1 3 0 3 No r t h W a t e r Tr a n s f e r I nv e r t e d Si p ho n Pi p e S ha f t Co n c r e t e
3、 Cr a c ki n g Te c hn o l o g y WANG B i n g - h e n g , J I NG S h u - d a ( 1 He Wa t e rC o n s e r v a n c yE n g i n e e r i n gB u r e a u, S h i j i a z h u a n g 0 5 0 0 2 1 , C h i n a; 2 Mi n i s t r y o fWa t e rC o n s e r v a n c y a n d Hy d r o p o we r S u r v e y a n d De s i g n I
4、 n s t i t u t e o f He b e i nn n j i n 3 0 0 2 5 0 , Ch i na) Ab s t I _d c t :Th i s p a p e r ma i n l y i n t r o d u c e s d t h e Pu y a n g Ri v e r c h a n n e l i n v e r t e d s i p ho n c o nc r e t e i n s t r u c t u r a l d e s i g n, c o nc r e t e mi x o p t i mi z a t i o n s i mu
5、l a t i 0 n o f t r a n s ie n t t e mp e r a t u r e f i e l d c o n s t r u c t i o n, c o n c r e t e , a n d ma t e r i a l s e l e c t i o n, c a s t ing t e c h no l o g y t e s t , t e mp e r a t u r e me a s u r e me n t a n d c o n t r o l , a n d ma i n t e n a n c e , a n d s O O n,The n
6、i nt e g r a t e d t e mp e r a t ur e c o n t r o l c r a c k t e c h n i c a l me a s u r e s t o a d d r e s s t h e i n v e r t e d s i p h o n c o n c r e t e c r a c k p r o b l e m , p r o v i d e u s e f u l e x p e r i e n c e i n s i mi l a r p r o j e c t s Ke y wo r d s :i n v e r t e d
7、s i ph o n; t h e c o n c r e t e ; t e m p e r a t u r e ; c r a c k 0 引言 混凝土结构出现裂缝不仅影响混凝土的外观质量, 而且 会导致结构的应力重分布, 降低结构的承载能力和耐久性。 由于产生裂缝的因素很多, 问题复杂, 因此这是一个大家都在 重点研究的工程关键技术难题。在蒲阳河倒虹吸设计和施工 阶段, 从结构设计、 混凝土配合 比优化、 施工瞬态温度场仿真 模拟、 混凝土原材料选择、 浇筑工艺试验、 温度测量与控制及 养护等多角度、 多层面进行了混凝土的温度控制和防裂控制, 取得了较好的效果 。 l 工程概述 蒲阳河渠
8、道倒虹吸工程是南水北调中线京石段供水工程 中的一座 大型控制 性河渠 交叉建 筑物 。管 身段 长 2 4 0 1T I , 三 孔一联钢筋混凝土箱型结构, 每孔净尺寸为 6 0 1 T I 6 0 r n 。 涵管总宽度 2 3 I n , 高度 8 6 IT I , 顶板、 底板、 边墙厚 1 3 I n , 中 墙厚 1 2 In, 属于地下薄壁混凝土结构。施工期铺设在地面 上的倒虹吸管温度应力过大, 极易发生裂缝。而倒虹吸作为 承受水压力的小偏心受拉构件, 规范要求必须保持抗裂稳定, 不允许出现任何裂缝。因此, 采取有效地温度控制和防裂措 施非常必要。 2 温度控 制和 防裂措施 2
9、1 优 化 结构设 计 蒲阳河倒虹吸管身孔口大、 内外荷载压力大, 利用材料力 学和三维有限元法, 对结构抗裂、 应力状态进行了综合分析和 优化设计。按平面问题将管身视为弹性地基上的框架, 采用 文克尔假定, 按初参数求解法根据内力计算结构, 进行了承载 能力极限状态下 9种工况计算和正常使用极限状态下 7种工 况的演算。采用结构优化技术, 在参数空间形成空间有限元 网络, 按照移动渐进的方法使优化问题中的目标和约束函数 相接 近 , 模拟实际的边界条 件按三维 有限元 结构进行复 核与 分析。 从降低地基不均匀沉降, 减少混凝土约束、 控制混凝土裂 缝的角度出发, 合理设置管身横向分缝间距为
10、 1 5 2 0 m; 为 减少结构形状突变、 刚度急剧变化及宜保证混凝土施工质量, 收稿 日期 : 2 0 1 0 0 6 0 1 修回 日期 : 2 0 1 0 0 6 1 2 作者简介: 王炳恒 ( 1 9 5 8 一 ) , 男 , 河北孟村人, 高级工程师 , 长期从事水利工程施工技术工作 。 1 3 冁瓤 憾| 瓣 | 挺 鞴 第 8卷 O 2南水北调与水利科技 2 0 1 0年 7月 合理选定倒虹吸管身为三孔一联的矩形箱涵结构 ; 求出最经 济配筋率, 在底板和顶板与墙体接缝处, 适当增加配筋率, 并 通过受力筋、 构造筋的优化布置有效地控制裂缝的产生。 2 2 施工期温度场及应
11、力场仿真计算 通过对混凝土温度场和徐变应力场的非恒定时空复杂问 题的求解, 对整个施工过程进行严格意义上的数值仿真模拟, 计算出 昆 凝土的温度场。根据倒虹吸管身结构特点 , 取管身 的 1 4进行计算, 基础底部取 1 m深, 宽度方向较管身宽 1 m, 长度方向与结构长度相同。计算中考虑混凝土的浇筑温 度、 浇筑及养护期间的气温变化、 水泥水化热引起 的温度变 化。管身分三层施工 , 第一层为底板及底抹角以上 2 0 c Y n的 墙体( 高 2 O m) , 第二层为墙体( 高 4 2 m) , 第三层为上抹角 下 6 0 c m 以上 的墙体极 顶板。计算 采用 国际通 用软 件 NA
12、S YS完成, 有限元模型单元总数 8 3 2 0个, 节点总数为 1 O 7 1 0 个, 有限元模型采用 8节点六面体单元, 热分析采用 s o l i d 7 0 单元, 结构分析采用 s o l i d 4 5单元。 通过计算 , 管身混凝土 由于水 化热 的作 用浇筑后 温度迅 速上升, 墙体、 底板、 顶板分别在 5 0 6 0 h达到最高值, 持续 后 6 1 O h开始下降, 混凝土的最高水化热温升在 2 8 3 2。 C, 浇筑温度为 2 5, 混凝土内部的最高温度为 5 3 5 7 。由于管身结构 厚度较 小 , 散 热面 积较大 , 温 度达到最 高后下降较快。从不同部位
13、来看, 混凝土内部温度下降慢, 特 别是底板、 顶板与墙体的节点处, 温度下降较慢; 管身混凝土 内外壁表面温度下降较快。浇筑后 1 5 d之内, 混凝土的内外 温差比较大, 有的达 2 5以上。当外界气温较低时, 混凝土 表面温度受气温的影响也较低, 内外温差比较大。因此, 不但 要对气温较低时浇筑的混凝土采取保温措施, 而且对高温季 节特别是当昼夜温差较大时浇筑的混凝土采取保温措施也是 必要的。 由温度变化在混凝土中产生的应力状态看, 当混凝土内 外温差较大时, 大于 2 5, 混凝土表面的拉应力比较大; 底板 与墙体、 墙体与顶板分层部位的拉应力比较大, 底板混凝土浇 筑后约 1 5 d
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