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西江大桥72好承台承台水化热分析

跨西岭互通特大桥 16 1.承台施工概况
西江特大桥主桥 72#~74#墩承台设计为 C30 砼,承台分上下两层进行浇注,下层 为 22.6×16.6×5m 的长方体, 混凝土方量为 1866.1m3; 上层为 14.6×11.2×2m 高的长方 体,混凝土方量为 327m3。具体结构形式如图 1 所示。
图 1 承台示意图
对于承台大体积混凝土施工, 为降低水化热引起的温度应力对结构强度、 耐久性的影 响, 在承台内部设置冷却水管, 通过控制冷却水管中水的流速来保证承台的内外温差在允 许范围。冷却水管布置如图 2 所示。
平面图
50
30
30
50 4X100 50
正立面图(下承台)
2260
1660
1560
正立面图(上承台)
100 50
1460
200
2260
图2
冷却水管布置图
2.砼水化热计算
50
50
500
2200

砼水化热引起的应力可以分为内部约束应力和外部约束应力两个阶段。 其中内部约束 是水化反应初期砼内部不同的温度分布引起的不同的体积变化而产生的应力, 由于中心部 分温度比表面温度高,导致表面产生拉应力;水化反应后期温度开始下降,砼中心部分的 收缩比表面部分大,此时中心部分产生拉应力。内部约束应力的大小与内外温差成比例。 外部约束应力是新浇筑的混凝土, 由于水化热而发生的体积变化, 受到与其接触的已浇筑 混凝土或者地基等的约束而产生的应力。 外部约束的作用与接触面积的大小和外部约束的 刚度等因素相关。 在进行水化热分析时, 如果将承台下封底混凝土使用弹簧模拟, 则无法描述承台混凝 土的热量传递给地基的情况, 因此在建模时将封底混凝土结构做一般地基考虑。 将封底混 凝土结构模拟为具有一定比热和热传导率的一般地基结构。 为便于理解和说明问题,将承台简化为板式基础的模型,对于浇筑混凝土后的 1000 个小时进行了水化热分析, 其中冷管作用前 100 个小时。 建模时所用材料及其热特性如表 1 所示,承台砼配合比如表 2 所示。
表1 材料名称 承台(C30 砼) 材料热特性 比热(kcal/kg℃) 容重(kN/m ) 热传导率(kcal/m hr ℃) 对流系数(kcal/m hr ℃) 外界温度(℃) 浇筑温度 28 天抗压强度(MPa) 强度发展系数(ACI) 28 天弹性模量(kN/m ) 热膨胀系数 泊松比 每立方米水泥量(kN/m ) 热源函数系数 K=42
3 2 2 3
材料及热特性
封底混凝土(地基) 0.2 18 1.7 12 1.0×10 1.0×10 0.2 6
0.25 25 2.6 12 20 25 43.4 a=4.5 , b=0.95 3.0×10 1.0×10 0.18 2.856 a=0.759
7
-5
-5

表 2 砼配合比 混凝土配合比 减水剂 浓度 25% 8.36 0.0293 水胶 比 7/28 天强 度 MPa 29.9/ 43.4
施工 部位
标号
设计坍 落度 (mm)
水泥
砂子
碎石
粉煤灰

承台
C30、 W10 比例
180
285 1
814 2.856
1037 3.64
95 0.333
169 0.461 0.593
根据承台砼浇筑的施工顺序、砼配合比、通水冷却方案、砼养护方法,运用 midas civil6.7.1 水化热分析模块进行承台砼热传导分析和温度应力分析。计算砼浇筑及养护 过程中温度变化情况、 管冷效果、 最大温度收缩应力。 并根据温控计算结果调整砼配合比、 砼浇筑和养护工艺。 由于模型具有对称性,选取 1/4 模型进行建模,计算结果如图 3~图 10 所示。
图 3 第一层砼中心点温度变化曲线

图 4 第一层砼中心点应力与容许张拉应力变化曲线
图 5 第一层砼中心点拉应力比曲线

图 6 第二层砼中心点温度变化曲线
图 7 第二层砼中心点应力与容许张拉应力变化曲

图 8 第二层砼中心点拉应力比曲线
图 9 第一层砼浇筑完成 5 天应力图(1/4 模型)

图 10 第二层砼浇筑完成 6 天应力图(1/4 模型)
3.结果分析
通过温控计算结果可知西江特大桥 72#~74#墩承台砼施工采用以上冷却水管的布 置方式可以较好的控制大体积砼浇注水化热引起的温度应力、 砼裂缝等问题。 计算分析也 验证了承台砼配合比较为合理可以用于承台砼的配制。 通过计算结果确定砼养护方案为: 整个承台砼侧模采用组合钢模板, 第一层混凝土浇 筑铺设五层冷却水管,第二层混凝土浇筑铺设两层冷却水管,冷却水管的水平间距均为 1.0m,竖直间距均为 1.0m,水管内径 3.6cm,每层冷却水管设 1 个进水口,1 个出水口。 设计冷却水流速为 0.5~0.8m/s,通水冷却时间从浇筑开始第二天开始,通水至第二层浇 筑完 15 天后结束。第一层砼浇筑完成至第二层开始浇筑的间歇期(5~7 天)砼表面利用 冷却水管出口的温水蓄水养护。 第二层砼表面浇筑完成后覆盖一层湿麻袋洒水养护。 每层 砼湿养护期不得低于 15 天。施工中应根据承台砼内部温度和周围环境温度变化情况及时 调整养护措施,控制砼的内外温差和升温降温速率。