文摘

大体积混凝土温度控制的关键问题是有效地控制混凝土内部最高温度,混凝土内外温差,温差表面和环境。的大小3号金沙江大桥主塔帽是37米×23.5米×5.5米,和具体的立方体积达到4782.3米³倒在两次。为了确保大体积混凝土结构的施工质量,防止大体积混凝土温度应力,通过温度控制的数值模拟和优化方案,通过优化配合比设计,减少混凝土浇注到模具的温度,冷却水循环,绝缘养生和一系列的措施来有效地实现控制目标,并消除温度裂缝。实测数据表明,混凝土内部最高温度,内部和外部之间的温差,以及表面和环境之间的温差是合格的,但温差控制冷却水进口和出口有滞后效应,以及进口和出口之间的温差将大于10°C,这应该被注意到。

1。介绍

混凝土已广泛应用于各种各样的建筑,如桥梁、水坝、和其他结构。在大型桥梁的建设,特别是桥梁跨越河流,海洋和山谷,混凝土结构的尺寸记录不断刷新。然而,由于混凝土导热系数差,很多水泥水化反应产生的热量不容易消散。内蓄热结构导致混凝土内部结构的快速加热,内外温度场不均匀的结构,和结构的温度应力。过度的温度应力容易导致结构性裂缝影响结构的耐久性。结构性裂缝引起的温度应力对结构损伤严重后果尤其是对大体积混凝土。根据大体积混凝土的施工代码(GB 50496 - 2018) (1,2),大体积混凝土与混凝土结构实体的最小尺寸不小于1米,或混凝土,预计将导致有害裂缝由于温度变化和收缩引起的混凝土胶凝材料的水化,被认为是大体积混凝土。因此,温度控制是一个紧急的问题需要解决在大体积混凝土施工、合理和有效的技术措施必须采取正确处理它。国内外学者和工程师进行了大量的研究工作在温度控制大体积混凝土的施工,取得了很多研究成果。

Wan et al。3]研究了裂缝预防大体积混凝土的施工技术主要南洞庭湖大桥桥帽和指出许多技术措施:混凝土围堰的优化设计减少水化的总热量,减少分层铸造厚度增加混凝土冷却能力,提高散热效率的内部和外部的热量,降低混凝土的温度上升,控制混凝土浇灌到模具的温度,降低温度的峰值帽混凝土,采用蓄水养护的要求大体积混凝土保温和隔热方法,等等。元等。4)使用的水化热温度场测量0号块连续箱形梁,建立了冷却管水循环模型,利用有限元分析方法条件下,noncooling管水循环模型符合测量的温度场,分析了冷却效果和裂缝控制效果的冷却管水循环模型。他等。5]分析了铸件厚度影响大体积混凝土内部温度和压力和冷却水和选择合适的铸造榕江桥项目和温度控制方案。金等。6,7]研究了混凝土的混凝土温度场和应力场的模拟混凝土浇注过程中盖在低温环境中,提出了温度控制标准和措施,并验证了数值分析研究的结论基于温度场的监测结果。乔(8)提出了措施当添加粉煤灰混凝土和采取措施来降低混凝土的温度进入模具和监控温度限制大型桥梁的建设。杨et al。9,10)采取了有针对性的温度控制措施的温度控制帽根据现场实测数据和有限元计算模型,分析了混凝土的温度上限,钢压力、温度和水的冷却管的进口和出口,画了一个结论:大体积混凝土的温度控制措施是必要的和有效的。王等人。11]分析了实际混凝土开裂的影响温度控制不同的施工方案和温度控制措施,如整个浇注,层浇注、冷却水管,等等。Zhang et al。12)获得了特定的空间三维冷却净冷却效果的基础上的重力锚地悬索桥为研究对象,民用有限元软件MIDAS /模拟大体积混凝土施工是一个三维网络,只有布局冷却管冷却,一次性铸造厚度的单层厚度和双层厚度分层铸造工艺,并比较分析这四种条件下的温度场和温度应力场。李等人。13)提出了“固化”的动态设计方法,大体积混凝土温度控制方案设计的长江大桥主墩承台,大额混凝土内部温度场和应力场的计算模拟,和发展有害的温度裂缝的温度控制标准和相应的温度控制措施根据计算结果。

根据理论计算,最大混凝土内部温度和混凝土的容许应力对应于每一个年龄,但发生时间的最高温度和温度随时间的变化曲线不能确定。数值模拟方法可以有效克服理论计算的不足,得到混凝土温度和应力的时程曲线,并直观地显示混凝土内部的温度场和应力场在每个时间点。迈达斯软件用于计算温度场。边界条件和施工过程仿真的关键问题,是直接关系到计算结果的准确性。

摘要3号主塔帽的金沙江大桥为研究对象,和一系列的温度控制措施,如优化混合比设计,减少混凝土浇注到模具的温度,冷却水循环,保温、和健康保护,研究探索有效达到温度控制的目标的有效手段,消除温度裂缝;同时,测量数据与仿真数据进行比较和分析大体积混凝土温度控制的建设提供参考。

2。项目概述

金沙江大桥与主大桥340米+ 72 + 48 m + 32 m求解斜拉桥,开始桩号K96 + 279,结束桩号K96 + 844。上层建筑的边跨预应力混凝土箱梁,和中间横跨p k钢框梁。桥的方法采用2×35 m复合梁。子结构采用箱码头,门框码头,码头列,列桥台,该基金会是螺旋桩基础。的C40混凝土等级,3号主塔的帽子大小是37米×23.5米×5.5米,和混凝土方量达到4782.3³,这是倒了两次。这座桥布局如图1。

3所示。对大体积混凝土温度控制方案设计的帽子

3.1。温度控制方案的技术路线

为了确保大体积混凝土结构的施工质量,避免有害的大体积混凝土的温度裂缝,有必要准确地预测和分析大体积混凝土的温度场和温度应力。如何设计一个合理的温度控制方案,确保混凝土内部温度场的变化是在一个安全的和可控的范围被认为是;大意如下:(1)混凝土的绝热温升和峰值温度可以减少通过原料选择和混合比测试(2)根据温度控制的理论计算和施工环境条件,选择表面绝缘措施适用于施工季节,减少混凝土的内外温差,使混凝土温度场的分布尽可能均匀,并降低温度梯度(3)通过内部冷却水循环系统,减少混凝土内部温度峰值,控制内部冷却速率,温度的实时监测,根据监测数据智能控制(4)控制上下两层之间的温差,尽量缩短层间年龄差距,并防止可能的层间裂缝

具体的过程如图2。

3.2。混凝土原材料的选择和混合比

3.2.1之上。选择混凝土的原材料

水泥:帽C40和塔基础C50混凝土,为了减缓水泥的水化反应速度的增长率混凝土的早期强度,降低混凝土的温度升值;42.5普通硅酸盐水泥水城盘江海螺水泥公司被选中。外加剂:多羧酸的酸高效减水剂性能稳定和高减水率是首选,它可以有效地减少每平方米水泥混凝土,从而降低混凝土的水化热温升。通过减水剂与水泥的适应性试验,减水剂的结构调整,确保有效的混凝土的初凝时间,满足混凝土浇筑现场的施工时间。粉煤灰:为了减少混凝土的单位用水量,降低水泥混凝土的水化热,确保混凝土的工作性能;使用1级粉煤灰。细骨料和粗骨料:细骨料的泥含量应小于或等于3.0%,细度模数≥2.5。粗骨料是5∼25毫米连续级配碎石和泥浆含量≤1.0%,应该提前洗。具体的现场测试和扣除总用水量根据测量含水率的粗骨料和细骨料,以确保实际的水灰比的准确性。

3.2.2。混凝土混合料配合比设计

C40混凝土的原材料和混合比金沙江大桥主墩帽如表所示1。

3.3。布置冷却水管

冷却水管的布局限制和塔图所示3。冷却水管都是直径40毫米的水平间距1.0米。第一个帽的厚度是3.0 m和第二个2.5米,而塔的厚度是2.0米。高度冷却水管和顶面之间的间距是0.5 m + 2×1.0米+ 0.5米,0.75米+ 1.0米+ 0.75米,0.5米+ 1.0米+ 0.5米。

4所示。温度控制的数值模拟

4.1。计算参数和计算模型

以下4.4.1。热参数和机械参数

具体的热物性参数和力学参数的值网帽C40和塔如表所示2。普通硅酸盐水泥的绝热温度实际值(修改根据温度峰值测量8号帽)。

混凝土的力学参数,对硅酸盐水泥混凝土混合比,使用标准的价值。混凝土收缩和徐变的计算方法是根据“代码设计公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁”JTG d62 - 2015 Midas /公民。环境温度选择根据混凝土的温度和浇注温度,计算和初步选定的环境温度是24°C。在这个计算,混凝土的温度进入模具暂定为24°C∼26°C。帽,塔,施工过程的温度控制是根据具体的实际铸造温度计算。冷却管的水温应当被认为是河水,河水的温度应当24°C,和3 m³/ h在加热阶段和1.0米³/ h在冷却阶段。温度控制过程中,进气流量和入口温度应调整根据冷却水入口温度和帽子的内部温度场的监控塔。

4.1.2。边界条件

数据的三维模型4和5建立了公民有限元软件MIDAS /。

(1)对流边界。绝缘措施提出了限制和塔的顶面如下:第一层塑料薄膜+第二层第三层土工布+雨布,及其等效传热系数是20 kJ / (h·°C);的限制如下:第一层土工布+雨布的第二层,及其等效传热系数15 kJ / (h·°C)。在实际施工,保温措施可以调整根据实际环境条件和测量温度场。

(2)约束边界。采用整合的底部垫帽和塔。按照序列的投入和建设,1∼2层帽子先后被激活,和实际年龄差距是考虑仿真计算14- - - - - -16]。

(3)浇注间隔。浇注间隔10天。应该尽量缩短在实际建设(17,18]。

4.2。温度控制的计算结果

4.2.1。准备温度仿真结果

根据相关参数的硅酸盐水泥混凝土混合比,帽和塔温度的整体计算结果如表所示3。

根据温度计算的结果,第一个layer-concrete的峰值温度的上限是54.1°C条件下混凝土的温度24°C进入模具,和内表面的温差小于20°C。图6显示最高温度场的计算结果和图7显示温度时程曲线。

第二层混凝土的峰值温度的上限是55.4°C条件下24°C混凝土进入模具的温度,以及内外表面之间的温差小于20°C。图8显示最高温度场的计算结果和图9显示温度时程曲线。

塔基础混凝土的峰值温度为61.8°C的26°C条件下混凝土进入模具,以及内外表面之间的温差小于20°C。图10显示最高温度场的计算结果和图11显示温度时程曲线。

4.2.2。应力仿真结果

帽和塔基础的整体应力计算结果如表所示4。

混凝土的温度变化过程中,应力的一般变化规律如下:在温度上升的阶段,表面拉应力是最大的在混凝土内温度峰值时间;在冷却阶段,内部压力逐渐从压应力、拉应力变化。

根据应力计算结果,第一层混凝土的最大主拉应力之间的上限是1.33 MPa和2.02 MPa。最大主拉应力分布的计算结果如图所示12和应力时程曲线如图13。

第二层混凝土的最大主拉应力之间的上限是1.86 MPa和2.01 MPa。最大主拉应力分布的计算结果如图所示14和应力时程曲线如图15。

塔的最大主拉应力混凝土之间1.77 MPa和2.29 MPa。最大主拉应力分布的计算结果如图所示16和应力时程曲线如图17(SIG-maximum主拉应力)。

4.2.3。数值模拟的结论

(我)当混凝土进入模具的温度是24°C∼26°C,每一层的具体的理论峰值温度上限和塔54.1°C∼61.8°C。(2)根据应力计算结果,每一层的理论主拉应力混凝土1.86 MPa∼2.29 MPa在加热期间,和1.33 MPa∼2.01 MPa,冷却阶段的温度24°C∼26°C。每一层的混凝土的最大主拉应力小于许用应力在加热和冷却阶段,符合相关要求。(3)在施工过程中,混凝土的温度应尽量减少进入模具降低温度峰值,减少总温度收缩变形在冷却阶段。同时,注意保温帽的维护过程中,降低内外温差。(iv)尽量减少建筑每层之间的间隔帽和塔基地,以减少每一层混凝土之间的约束。为了避免过度造成的层间裂缝约束力的第一层混凝土第二层,两层之间的温差的帽子必须得到控制,因此,层间年龄差距应该尽可能减少。主塔帽的混凝土浇注间隔约为7天左右,一般不超过10天。第一层的实际浇注完成时间20:00帽施工的5月29日,2020年。第二次浇注时间是10点6月10日,2020年,间隔10天内。

5。温度控制标准

根据当前规范的相关要求和规定,并结合实际情况的塔基础建设的金沙江大桥,主要温度控制标准表5。

这是一个大体积混凝土温度控制的重要措施,以减少混凝土的温度进入模具尽可能多。条件下的混凝土适合率和传热边界条件,混凝土进入模具的温度越高,温度峰值越高,和混凝土内外温差越大,温度变形和温度应力。此外,注射温度越高,混凝土的水化反应速率越快,大部分的水化热将发布在混凝土浇注的初始阶段,强度和弹性模量也会增加,对温度控制不利。

根据计算结果,订单的各种原材料的影响温度的混凝土粗骨料> >水泥和粉煤灰细骨料和水。因此,减少粗骨料的温度和混合水是最有效的方法来减少out-of-machine的混凝土温度。混凝土的温度可以减少每个降低0.40°C和0.24°C的粗骨料和水混合1°C。

需要测量温度的水,水泥、骨料、外加剂在混凝土搅拌和估计混凝土混合后的温度根据经验公式。如果不能满足混凝土的温度的要求进入模具,应采取一些措施,如加冰和混合的骨料预冷试验,直到满足要求。

6。温度控制效果

6.1。温度监控方案

但是。温度监测内容

温度监控主要包括温度测量的环境系统和混凝土的温度场测量。环境系统包括温度测量大气温度和冷却水进口和出口温度。大气温度测量包括季节性温差,分析日常温度,和寒潮。选择具有代表性的冷却水管和温度传感器安装在水的进口和出口管道和直线的中间部分测量冷却水的温度。

6.1.2。布局的混凝土测温点

冷却水由Q235B的管道直径32毫米和2.5毫米的壁厚。弯曲的部分使用冷弯管。管丝扣和原始磁带紧密相连。

上限温度监测点的布局原则:实际分布和温度场的特点,在混凝土应充分考虑冷却水管,和相应的规范要求应满足:(我)根据结构对称的特点,一半的结构选择为主要测试区域,而另一半的关键测量点排列(2)两个温度测量元素是埋在重要的计量点,以防损坏,确保数据的完整性(3)充分考虑温度场的分布规律,以及冷却水管的位置,水进口和出口(iv)充分反映了温度控制的评价指标

测量的具体安排点盖图所示18。测量的最终安排点可能需要适当调整根据施工方案和计算结果。测温点的编号规则:测量点沿桥X_n−1∼N),比如X₂−1∼N在第二层)。横桥方向测量点Y_n−1∼N),这样第二层Y₂−1∼N)。中央测量点Z_n−0。

6.2。温度监测结果

具体投入模具之前,被埋葬后检查仪器是否受损,观察混凝土的温度。采用自动温度采集仪采集温度数据每小时一次。根据预测温度场和应力场的计算结果,结合监测结果的对比分析,确定测量的终止时间。环境空气温度和冷却水进口和出口温度与混凝土的温度同步监控,如图19和20.。相应的数据如表所示6。绝缘措施提出了数值模拟的温度控制是一样的建筑。

监控数据的第一个浇注混凝土的帽子收集从5月29日,2020年6月16日,2020(四次测量数据的缺乏是由于停电在中间),和监控数据的第二把帽收集从6月10日,2020年,2020年6月17日。

测量结果表明,该测量值的第一次和第二次浇注温度控制项目满足规范的要求。这个项目的数据显示,这些措施可以达到良好的温度控制效果。

7所示。结论

(1)混凝土的内部温度达到峰值33小时后第一次倒在达到峰值后41小时后第二次浇注。出现峰值的时间早于模拟峰值时间,表明温度监测和温度控制措施是非常必要的。(2)数据的三维模型4和5建立了公民有限元软件MIDAS /。模拟温度峰值的第一个倒比测量值低10.1°C,和模拟温度峰值第二倒比测量值低6.2°C,这主要是由于浇注混凝土的高温。(3)在整个铸造过程中,冷却水进口和出口之间的温差很小,能够满足要求的10°C。但在一次内部温度达到峰值时,进口和出口的温度差异很大;测量值是25.1°C。建议采用完整的储水保温和维护系统,加强水库水温的规定,根据昼夜温度的变化。水储存和混凝土表面之间的温差控制在大约10°C。(4)有时间滞后效应在控制混凝土浇注体的冷却速率调整冷却水的温度或流量。相对而言,控制混凝土的温度很容易进入模具。测量结果表明,该测量值的第一次和第二次浇注温度控制项目满足规范的要求。这个项目的数据显示,这些措施可以达到良好的温度控制效果。

数据可用性

所有数据用于支持本研究的结果都包含在这篇文章中,并没有任何限制数据访问。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是支持的优秀的教学团队“Qinglan项目”在江苏大学“创新道路和桥梁工程技术专业教学团队”(苏老师的信(2021)号11)项目。