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悬索桥承台大体积混凝土水化热分析及温控措施研究

范文

李庆达

摘要：本文介紹大体积混凝土工程水化热研究现状，以大体积桥梁承台混凝土为例，研究其温度场、应力场等水化热分析方法以及混凝土温控措施，确保工程大体积混凝土浇筑施工满足现行相关规范要求。

Abstract： This paper introduces the current research status of hydration heat in large-scale concrete projects. Taking large-volume bridge cap concrete as an example， the hydration heat analysis methods such as temperature field and stress field， as well as concrete temperature control measures are researched to ensure the construction of large-volume concrete meet the requirements of current relevant regulations.

关键词：悬索桥;承台;大体积混凝土;水化热;温控措施

0? 引言

随着经济社会的不断发展，大体积承台混凝土越来越多地应用在工程建设中，其浇筑完成凝结产生水化热，表明散热面积大且通风，使得大体积混凝土内外存在较大温差，混凝土本身的温度应力超过其抗拉强度后导致形成裂缝，进一步降低了大体积混凝土工程的耐久性。现行《公路桥涵施工技术规范》对大体积混凝土施工有额外要求，主要从其原材料、温控措施和施工工艺进行控制，同时也要求混凝土在浇筑施工过程中，内部温度确保不高于75℃以及内外温差不高于25℃，以控制混凝土产生的最大温度应力不大于其抗拉强度而减少或不出现裂缝，最大程度保障混凝土耐久性。本文通过对悬索桥承台大体积混凝土水化热进行工程实例分析，研究提出温控措施。

1? 工程概况

本文以云南龙江特大桥项目为例进行研究，项目位于保山到腾冲高速公路段龙陵县上邦焕村与腾冲县大丙弄村之间，是云南省保腾高速公路的重点控制性工程，桥梁主跨跨径为1196m，主桥结构型式为双塔单跨钢箱梁。本文以腾冲岸索塔承台（哑铃型）为例，其平面尺寸为56.67m×21.4m，承台厚度为8.0m，混凝土标号为C40，配合比见表1。

2? 水化热模拟数值分析概况

索塔承台为哑铃型，三次浇筑成型，每次浇筑厚度分别为3.15m+3.0m+1.85m，在系梁中间位置设后浇带，后期待承台混凝土温度变化及内部应力稳定后采用微膨胀混凝土浇筑后浇段。采用有限元软件对索塔承台混凝土作温度应力分析时，由于结构对称性取，取单次浇筑的二分之一承台混凝土进行有限元计算分析，有限元网格划分模型见图3，参数取值及相关考虑如下：

①根据设计资料，腾冲岸索塔承台处风速按≥4.0m/s进行考虑;

②钢模板侧面等效表面放热系数按经验取值为1840.0 kJ/（m2·d·℃），混凝土上表面散热系数按经验取值为1973.5 kJ/（m2·d·℃）;

③分析过程中，同时考虑冷却水管的降温效应;

④从开始浇筑混凝土起对温度及温度应力进行分析，并模拟半年内的温度应力发展;

⑤根据混凝土试件强度，C40混凝土抗拉强度如表2。

⑥承台混凝土物理热血参数如表3。

3? 水化热模拟数值分析结果

索塔承台混凝土浇筑温度设定为不大于28℃，经有限元分析计算，索塔承台第一层混凝土内部温度计算的最高值为69.4℃，第二层混凝土内部温度计算的最高值为69.1℃，第三层混凝土内部温度计算的最高值为62.1℃，在浇筑2天后出现。索塔承台混凝土内部最高温度包络图及温度应力场分布情况见图4～图16，索塔承台温度应力场分析结果见表4。

4? 温控措施研究

一是混凝土配合比设计时，严格控制原材料的选用，尽量选用低水化热水泥进行拌合，同时选优质减水剂延缓混凝土最大水化热出现时间;二是严格控制混凝土浇筑温度，根据本桥承台混凝土的施工方案，其混凝土浇筑温度控制在5℃～28℃之间;三是埋设冷却水管向混凝土内部通水降温，主动降低混凝土产生的水化热，根据设计文件，冷却管分八层布置，采用Φ42.3×3.25mm的输水黑铁管。

5? 结语

①由上所述可知，承台混凝土内部温度较高、散热缓慢，在施工中应对中间位置水管的布设进行优化，对内部通水应进行加强，并且应采取表面保温措施。②第一层和第二层承台混凝土的早期（3d）应力形成比较快，并且集中在混凝土结构表面，这主要是因为混凝土浇筑层厚过大且底部桩基对其位移约束较大。第三层承台混凝土因浇筑层厚较小且约束不大，各龄期温度应力较小。③根据混凝土温度应力的分析结果，第二层承台混凝土内部温度不宜散出，内外温差较大，最小抗裂安全系数为1.27，抗开裂能力不足，需在混凝土浇筑前期（3d左右时间）持续通过冷却水管通水降温，加强混凝土外表面保温、保湿，或增加抗裂钢筋网，进而减少或避免承台混凝土内外温差过大产生裂缝导致耐久性不足的质量隐患。

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