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橋梁主塔大體積混凝土的溫控指標(biāo)仿真分析

2020-07-15 02:17:06賈海艷
關(guān)鍵詞:塔柱實心溫控

賈海艷

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑學(xué)院,湖北 黃岡 438002)

大體積混凝土結(jié)構(gòu)厚實,混凝土量大,工程條件復(fù)雜,施工技術(shù)要求高,水泥水化制熱較大,混凝土在降溫過程中存在較大的內(nèi)表溫差,產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力,當(dāng)溫度應(yīng)力大于其抗拉裂縫,同時受到外部約束時,容易產(chǎn)生溫度裂縫,且易發(fā)展成為貫穿裂縫[1]。對大體積混凝土進行溫度控制,是避免產(chǎn)生溫度裂縫的有效技術(shù)措施[2]。

1 工程概況

某公路大橋北主塔設(shè)置兩個分離式矩形承臺,每個承臺的平面尺寸為23m(順橋向)×18m(橫橋向),高為6m,釆用C35 混凝土;承臺底面設(shè)置0.5m 厚的C25 混凝土墊層;每個承臺頂面設(shè)置一個棱臺形塔座,頂面尺寸為13m×10.5m,底面尺寸為17m×14.5m,高度2m,采用C50 混凝土。

北主塔塔頂高程為186.000m,塔底高程為29.000m,塔高為157m。塔柱包括塔冠、上塔柱、下塔柱、上橫梁和下橫梁。塔柱標(biāo)準(zhǔn)斷面采用矩形倒圓角的空心截面形式,圓角半徑采用0.3m,斜率變化點以上斷面尺寸為 8.5m ×6.5m~9.3mx7.3m(順橋向x 橫橋向),斜率變化點以下斷面9.3m×7.3m~9.8m×7.8m(順橋向x橫橋向);在塔柱根部和頂部各設(shè)置了4m 高實心段。塔柱采用C50 混凝土。

2 大體積混凝土溫控評價標(biāo)準(zhǔn)

2.1 溫度評價標(biāo)準(zhǔn)

(1)入模溫度:根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(TGT F50-2011)的規(guī)定,在夏季施工時大體積混凝土應(yīng)符合入模溫度小于等于28℃的要求;冬季施工時,要符合入模溫度應(yīng)大于等于5℃的要求。因此,本工程混凝土入模溫度控制值要求定為:≥5℃且≤28℃。

(2)混凝土內(nèi)部最高溫度:根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTGT F50-2011)的規(guī)定,大體積混凝土內(nèi)部最高溫度不應(yīng)大于75℃。參考《大體積混凝土施工規(guī)范》(GB50496-2009)的規(guī)定,在入模溫度基礎(chǔ)上混凝土實際溫度升高應(yīng)小于等于50℃,即若混凝土澆筑溫度為10℃,則內(nèi)部最高溫度不大于60℃;若混凝土澆筑溫度為28℃,則內(nèi)部最高溫度不大于78℃。本項目提出對混凝土內(nèi)部最高溫度控制值為:混凝土在入模溫度基礎(chǔ)上實際溫度升高值不大于50℃,且內(nèi)部最高溫度不應(yīng)超過75℃。

(3)混凝土最大內(nèi)表溫差:指混凝土內(nèi)部最高溫度與同一時刻距表面50mm 處的混凝土最低溫度之差。根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTGT F50-2011)的規(guī)定,大體積混凝土內(nèi)表溫差控制在25℃以內(nèi)。

2.2 應(yīng)力評價標(biāo)準(zhǔn)

大體積混凝土溫控抗裂安全系數(shù)是指在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下的混凝土劈裂抗拉強度試驗值與對應(yīng)齡期溫度應(yīng)力計算最大值之比[3]。《水運工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術(shù)規(guī)程》(JTS202-1-2010)中通過統(tǒng)計分析大量溫控開裂情況,從而規(guī)定了大體積混凝土的溫度應(yīng)力抗裂安全系數(shù)應(yīng)不小于1.4。綜合各方面調(diào)研結(jié)果,建議本工程大體積混凝土的溫控抗裂安全系數(shù)不小于1.4。

3 仿真計算分析

3.1 模型參數(shù)

構(gòu)件尺寸:承臺為23.0mx18.0m×6.0m;塔座為(17.0~13.0m)×(14.5~10.5m)×2.0m;塔柱根部實心段為9.8m×7.8m×4.0m

約束條件:墊層采用C25 水下混凝土,厚度0.5m;另受11 根直徑φ3.0m 的C35 嵌巖樁約束。

分層分塊:承臺分兩層澆筑,澆筑高度為3.0m×2 層,塔座與塔柱根部0.5m 實心段一次澆筑,塔柱根部3.5m 實心段分兩次澆筑,第一次澆筑2.0m 實心段,第二次澆筑剩余的1.5m 實心段+2.0m 塔柱空心段。

根據(jù)結(jié)構(gòu)對稱性,取主塔承臺、塔座和塔柱根部段大體積混凝土1/4 進行溫度應(yīng)力計算,計算模型網(wǎng)格剖分圖見圖1。

圖1 主塔大體積混凝土1/4 網(wǎng)格剖分圖 (附帶墊層約束)

3.2 邊界條件

主塔大體積混凝土澆筑邊界條件如表1 所示。其中:

(1)環(huán)境溫度:承臺4 月底~6 月下旬施工,環(huán)境溫度取為26±4℃。

(2)入模溫度:中高溫期施工控制為≤28℃,仿真計算入模溫度取值為28℃。

(3)模板材質(zhì):承臺、塔座采用1cm 厚鋼模板,表面等效散熱系數(shù)取為80kJ/(m2·h·℃);塔柱根部實心段采用2.1cm 厚WISA 板,表面等效散熱系數(shù)取為25kJ/(m2·h·℃)。

表1 大體積混凝土邊界條件

表2 溫度分析結(jié)果

3.3 仿真計算結(jié)果

3.3.1 溫度計算結(jié)果

圖2 主塔承臺、塔座和塔柱根部實心段混凝土內(nèi)部最高溫度包絡(luò)圖(單位:℃)

在設(shè)定條件下,主塔承臺、塔座和塔柱根部實心段大體積混凝土內(nèi)部最高溫度及最大內(nèi)表溫差結(jié)果見表2,內(nèi)部最高溫度包絡(luò)圖見圖2。

由表2 可以看出,最高溫度和最大內(nèi)表溫差均約在澆筑后第3d 時出現(xiàn)。內(nèi)部最高溫度計算值符合《大體積混凝土施工規(guī)范》(GB 50496-2009)中規(guī)定的“混凝土在入模溫度基礎(chǔ)上實際溫升值小于等于50℃” 要求。最大內(nèi)表溫差符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTGTF50-2011)中規(guī)定的“大體積混凝土內(nèi)表溫差控制不高于25℃”要求。

3.3.2 應(yīng)力分析結(jié)果

在設(shè)定條件下,主塔承臺、塔座和塔柱根部實心段大體積混凝土溫度應(yīng)力計算結(jié)果見表3??梢钥闯?,塔柱根部第一節(jié)的3d 最小抗裂安全系數(shù)為1.44(≥1.4),抗裂安全性較高。

表3 溫度應(yīng)力計算結(jié)果

3.4 計算結(jié)果分析

(1)各澆筑層內(nèi)部最高溫度及內(nèi)表溫差可滿足本項目大體積混凝土所制定的溫度評價標(biāo)準(zhǔn)。

(2)各澆筑層最小抗裂安全系數(shù)為1.44,可以滿足本工程大體積混凝土溫度應(yīng)力抗裂安全系數(shù)取值不小于1.4 的評價標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 溫控標(biāo)準(zhǔn)

溫度控制的方法和制度需根據(jù)氣溫、混凝土配合比、結(jié)構(gòu)尺寸、約束情況等具體條件確定,設(shè)置主控標(biāo)準(zhǔn)進行嚴(yán)格管控,并設(shè)置參考標(biāo)準(zhǔn)對混凝土溫度發(fā)展進行輔助評價[4]。本工程設(shè)置澆筑溫度、內(nèi)部最高溫度、內(nèi)表溫差及降溫速率四個主控標(biāo)準(zhǔn),其它為參考標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合實際情況,參考相關(guān)規(guī)范,根據(jù)仿真分析結(jié)果對主塔大體積混凝土制定的溫控標(biāo)準(zhǔn)見表4、表5。

表4 大體積混凝土溫控標(biāo)準(zhǔn)主要指標(biāo)

表5 大體積混凝土溫控標(biāo)準(zhǔn)參考指標(biāo)

5 結(jié)論

大體積混凝土溫控原則是首先要合理控制混凝土的澆筑溫度,最大限度降低混凝土的水化熱溫升、延緩溫峰值出現(xiàn)時間,其次通過保溫措施控制最高溫度過后混凝土的溫度下降速度,還要降低先澆與新澆混凝土之間、混凝土表面與中心之間的溫差以及控制混凝土表面和環(huán)境氣溫之間的差值。結(jié)合本工程實際情況,本文通過對主塔大體積混凝土進行仿真分析,根據(jù)仿真分析結(jié)果,并參考相關(guān)規(guī)范,提出了主塔承臺、塔座、塔柱根部實心段的溫控主要指標(biāo)和參考指標(biāo)。

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