天津路大桥承台大体积混凝土温控设计与仿真分析

1、精品文档你我共享AAAAAA镇江 212001）MIDAS/Civil 6.71进行温控设计和仿真分析，指导施天津路大桥承台大体积混凝土温控设计与仿真分析董立功 胡茂刚 （江苏省交通工程集团有限公司 摘要天津路大运河桥主墩承台施工利用有限元分析程序 工控制，确保了大体积混凝土施工的成功。 关键词 大体积混凝土温控设计仿真分析、基本资料天津路大运河桥主墩承台尺寸为31 X 12.2 X3.5m，体积1323.7m3，混凝土为C25 ;承台封底 为50cm厚C20混凝土。承台混凝土强度等级为 C25，试配强度 feu = 25+ 1.645 b =33.23MPa，混 凝土试配优化后选用的配合比为

2、：水：水泥：碎 石：黄砂：粉煤灰：外加剂=183: 269： 709： 1200: 76： 5.865。水泥为海螺牌 P.0.42.5普通硅酸盐水 泥，粉煤灰为华能电厂所产（n级）；缓凝型减 水剂为江苏建筑科学研究院产。水泥水化热3d：316J/KG，7d： 366 J/KG ;水化热数据由海螺集团 直接提供。气象资料：近日（2007年11月13日-11月 19日）清晨气温在 12 C左右，中午最高气温在 16 C左右，24小时温度变化按拟合正弦曲线输 入；拟用于冷却的运河水温在15C左右（水下60em 处）。大体积混凝土的温度应力是由于浇注混凝土 后，水泥的水化反应导致的混凝土体积的膨胀或

3、收缩，在受到内部或外部的约束时而产生的。通 常讲的水化热分析应当包括热传导分析和热应力 分析两个过程。热传导分析是通过考虑水泥水化 反应时产生的热量、对流、传导等因素计算随时 间变化的各节点的温度的过程。热应力分析是利 用计算得到的各节点的不同时间的温度，考虑随 时间和温度变化的材料特性、干缩、随时间和应 力变化的徐变等，来计算大体积混凝土各施工阶 段的应力的过程。本桥承台大体积混凝土内部温度场、应力场 计算以及承台内部的水化热仿真分析，均由 MIDAS/Civil 6.71 中文版完成。MIDAS/Civil 6.71 中文版为有限元分析程序，内含水化热分析包； 同时程序内嵌JTG 04（R

4、C）即公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004中的钢筋混凝土部分（RC），根据对承台内部混凝 土水化热的仿真分析结果，优化选用相关参数作 为承台温度控制的依据，采取相应的温控措施以 避免承台温度裂缝的产生。MIDAS/Civil 6.71中文版用于水化热分析时所需要的参数由两个部分：一部分是外部参数， 必须根据外部条件进行输入；另一部分为内部参 数，可以选择由程序内嵌的相关规范标准自动引 用，也可以根据实际情况选择自行计算输入。二、程序用到的相关参数材料和热特性参数基 础封底比热(KJ/kg.K )0.960.92容重（KN/m324.424热传导率（导热系数）（W/M

5、.K）3.23.14外表面12-对流系数(KJ/m2.h. 0C)模板12-外界温度12-浇注温度12-28天抗压强度25-强度发展系数（ACI）a=4.5,b=0.95-28天弹性模量（MPa42.8 X 1042.55 X 10热膨胀系数-51.0 X 10-51.0 X 10每立方米混凝土水泥用量（KN/m）2.64-热源函数系数K=42,a=0.759表中:精品文档你我共享AAAAAA1m计。按照上面分析流程的步骤，输入前面所 确定的各项参数，运行程序进行计算与分析。所3、热源函数系数中的 K为混凝土的最大1、容重取配合比实际容重；外界温度为绝热温升，其计算如下:几天实测平均值；每立方

6、米混凝土水泥用量 为配合比数据换算所得；强度发展系数为程叩1-宀序参照美国混凝土协会标准（ACI）提供的参09SSb-2.71严产赵；a为程序考值；对流系数为程序提供的参考值；其它设定的导温系数，与水泥的品种有关，程序数据均为相关规范或手册提供的参考值。推荐取a=0.759 。2、表中单位均为程序规定的单位。三、 施工拟定的条件混凝土浇筑日期承台混凝土施工时拟一次浇筑，13#承台混凝 土 11月底浇注结束。冷却水管布置承台混凝土冷却水管采用0 42.3mm的薄壁钢管（壁厚 2.0mm），公称直径（内径）为 DN=32mm。冷却水为河水，冷却水管布置两层， 距承台上下面各为 1.0m，两层水管间

7、距 1.5m , 水管水平间距为1.0m，距外边缘各1m。冷却水流量按照冷却水管的公称直径，管内水取其经济 流速V=0.6m/s，则冷却水的对流系数按下式计 算：Hp=4.75V+43=328（W/m.K）。混凝土浇筑速度根据设备搅拌以及浇注工艺，混凝土浇筑速度按60m3/h考虑。承台保温混凝土顶面待终凝后覆盖草袋和塑料薄膜进 行保温养护（考虑测温方便，顶面不宜覆盖大块 油布），混凝土侧面模板外吊挂油布进行保温。四、 水化热分析的建模与分析过程流程图见图一所示。五、 建立模型承台设计尺寸为 31 X 12.2 X 3.5m，为便 于建模后进行的单元划分，建模尺寸拟定为32 X 13X 3.5m

8、,封底平面尺寸按各边大于承台:定义一般材料特性二二工二二:定义时间依存特性:二二工二二:建立结构模型I二 H 二二;: 水化热分析控制 :二二工二二:定义环境温度函数对流:系数函数单元对流边界:U；:定义固定温度 *，二二工二二:定义热源函数分配热源二二口:管冷设置 ：:左:定义施工阶段 ；* . .:精品文档你我共享AAAAAA由于模型具有对称性，所以建模时按实 体的1/4进行建模和分析，这样可以提高建模速 度，缩短分析时间，同时也便于查看温度分布和 应力分布变化。六、 参数的输入与运行结果分析查看分析结果图一得到承台内部X-X和y-y中心剖面（即画面上看:运行分析:精品文档你我共享AAAA

9、AA变化等值线:JiBtnrKniJiBtnrKni承台中间部位的温度分布相对均匀，表明建模模拟管冷荷载的位置以及流量参数是合理的。61*61*嗣心L L hMnchMncHTHT Pwi-Pwi- Z-P-fc-Z-P-fc-NTNT - - ririNbuNbu . . t+bt+b应力1、2小时的应力等值线（剖面位置同温度等值线）到的模型的X-X面和y-y面）的温度变化和应力 布相对合理。而靠近封底的底层混凝土，由于热量的蓄积作用，温度较高。1、浇注结束2小时后的等值线 范围的温度与承台顶面 50cm范围内的温度接近;承台底面往上 50cm位置属高温层，再往上100cm范围为次高温层。故

10、布置温度传感器时应考虑这一现象。Ef*Ef* AhAhHlHlHTHTM M 柑TQTQN NHCUHCUSK-KASK-KA2、浇注结束24小时的等值线温度由图还可以看出，接近承台边缘50cm周边MEPXIKnaMEPXIKnapoarK*poarK* raw*raw*VrunterUIVrunterUI3、48小时的等值线ujaaivruiujaaivrui)IOa)M-u|)IOa)M-u| MniaLQiMniaLQiiiWiiiWi77 HJHvHJHv UWUWUWUWl-PUnr+WIl-PUnr+WImaciojmacioj n-mn-mOriVE EMI.MI.n n JBC

11、JBC； iiuiiu*1*1屮B tttt C CHWHW3 3r r 4 4 .Co.Copp L L 九 R R W W D5Err=D5Err=HIRHIR I I *H*H _2、24小时的应力等值线ffl-ffl- WW中亦 Ml-Ml-耳2 J JEifWPEifWPVrdrVrdr|丫-00精品文档你我共享AAAAAA4、92小时的温度等值线3、48小时的应力等值线Efl:Efl: JJ#JJ#瞬申 E-E- C CB.B. J J間砂HfiHfi町4、92小时的应力等值线由上述4个时点的温度等值线可以看出，承台混凝土中心温度高于中心周围其它部位 的温度，但由于上下布置了两层冷

12、却管，温度分N2Ui*aN2Ui*a d dHHWi+WIHHWi+WIa-i2Hu-ceia-i2Hu-ceiJGLTKfWLJGLTKfWLFTA4QULFTA4QULHyitattviHyitattviHV-St.KXn-HV-St.KXn-kvufkvuf , , 4 4bibi h h ,3,3 I I aHHtrOOlaHHtrOOlti=MXiCDati=MXiCDaH H 沁 HlHlMVMV - - lEWlEW-IN-IN .g.gtH.tH. a a：鼻起* F FL L V V精品文档你我共享AAAAAA“ - -1+1+ L-L-nUnU-hLin-hLin-卄 tx

13、呻榭IHH Ljti-iwLjti-iwK 5 S E毎艮 由上面4个时点的应力等值线图可以看出,承台底部往上3/7处水平剖面以上部位主要分布来应力，而此剖面以下则主要压应力。温度与应力变化图表温度曲线上最大点（44.87C ）为240号节点、时点为240小时，此点在模型图上为封底混凝土底部; HDUHDU MEH- HIHIH H口吨ISIS =1*!*=1*!*丸次高点发生在320号节点，此点在模型图上位于模型的长边靠近承台底部的位置，距承台中心x方向8m,y方向50cm处（图示点位置）。由应力曲线可看处：约在 120小时后， 承台内部应力逐渐趋于下降，而最高应力曲线， 结合模型查找节点位

14、置，均在封底混凝土或封底 混凝土表面，这表明由于热量蓄积作用封底内部 温度较高，而承台内部由于冷却管的作用温度明 显下降，造成了二者之间的温差加大，使得封底 混凝土表面产生较大的拉应力。七、 温度控制标准根据模拟分析结果，在施工期内为保证承台 不出现有害温度裂缝，采取如下标准进行控制：混凝土浇筑温度：指混凝土浇筑后，在第 二层混凝土覆盖前，距混凝土表面5cm处的温度 （结合本桥施工工艺）。应控制混凝土浇筑温度 不超过16C；混凝土内外温差混凝土内外温差是指：混凝土内部平均最高 温度与接近承台顶面的温度（但不是气温）之差。 按照混凝土结构工程施工及验收规范 （GB50204-2002）的规定：大

15、体积混凝土表面和内 部温差控制在设计要求的范围内，当设计无具体 要求时，温差不宜超过 25C”。混凝土内部最高温度混凝土最高温度是指浇筑层混凝土温度升高 到最高时的断面平均最高温度，而不是指混凝土 某一点的最高温度。应控制混凝土内部最高温度 不超过50C;混凝土最大绝热温升按照实际计算值不大于 42C。八、 温控措施1、优化混凝土配合比， 降低水泥水化热温升 试配时选择级配良好的砂、石料，减少水泥用量，同时掺假粉煤灰进一步降低水泥用量；降 低水泥用量是减少水化热的一个主要途径之一。2、混凝土拌合物混凝土和易性控制混凝土拌合物应具有良好的粘聚性，不离析、IE議囂談皐罰誇-咼I I I I I I

16、 I I 111 1 11 nHBnHB 1111 .1.1111111 1111 i i 飞弋匚孚域tilHlaaHlaa 11 111111- -I I 11 11111111 11111 1.、*5禺“第遵谀 fc :兮R.浄2皿册量 I I I I I I 11 I I 11 I I 11 -呂务菱営-匚一 厂.2.2除醫I I !1!1 1111 1111 IXLIBIXLIB 11 . .约在浇注360小时后，温度逐渐趋于平缓。2、应力图表精品文档你我共享AAAAAA精品文档你我共享AAAAAA各作业班组均不泌水，初始坍落度应控制在16-18cm，初凝时间应大于3h （按工艺确定）

17、。混凝土出机温度的控制在混凝土开盘之前，量测水泥、砂、石、水 的温度，专门记录，计算其出料温度。如外界气 温低于0C时，应按混凝土冬季施工要求进行施 工。控制混凝土浇筑间歇期混凝土浇筑应做到连续施工， 准备二组人作业。3、冷却水管使用要求冷却水管按照施工方案要求的管径及位置 进行安装，考虑管道弯头较多，管道内冷却水的 水头损失较大，为保证冷却水的流速，每层冷却 管设置各3个进水口和出水口。冷却水管使用及其控制a、 冷却水管使用前应进行压水试验，防止管 道漏水、阻水；b、混凝土浇筑到各层冷却水管标高后即开始通水，通水时间一般1015天，具体时间可根据 检测结果确定。出水口流速应大于60cm/s；

18、应严格控制进出水温度，在保证冷却水管 进水温度与混凝土内部最高温度之差不应超过30C。温度经过最高点开始下降后，必须控制降 温速度，降温速度应 2 C /d。速度控制通过调节 冷却水的流量实现。4、养护混凝土终凝后应在表面洒水养护，同时覆盖 草袋或土工布保温，考虑最近节气变化，模板周 围应吊挂油布保温。如果内外温差超过温控标准， 则增加覆盖草袋和土工布的层数，直至采用碘钨 灯照射以增加混凝土表面的温度。若模板高度高丄/ 二- -ff 口 ？ ? 口？出承台较多，可考虑在承台顶面蓄积水进行保温。5、混凝土现场温度监控温度测试内容根据温度分析结果，反映各层混凝土的温控 效果，以便出现异常情况及时采取有效措施，在 承台混凝土中布设温度测点。测点沿承台的1 / 4部位水平布置，平面共 14个测点位置，42只传 感器，测点布置示意图见下图： 在监测混凝土温度变化的同时，还应监测气温、 冷却水管进、出口水温、混凝土浇筑温度等。现场测试要求各项测试应在混凝土浇筑后立即进行，连续 不断。混凝土温度测试，峰值出现以前每2h监测 一次，峰值出现后每