建筑工程超长混凝土结构施工监测分析

建筑工程超长混凝土结构施工监测分析

摘要：某车站站房原施工设计图中有三道后浇带，后浇带的浇筑时间设计要求2个月后方能进行。为了满足工期要求，施工方决定采用超长结构无缝施工技术。为了保证施工质量，特对此次超长结构无缝施工进行施工监测。本文通过分析超长混凝土的结构施工监测实例工程，为以后同类别的施工监测工作和相关研究提供实际工程经验。

关键词：超长混凝土施工监测

Someelectricpowerplanthyperbolacoolingtowersidentifyanalysis

Abstrack:Someheatpowerplantnowthathavehyperbolacoolingtowerbuiltintheseventiesoflastcentury.NowStructuraldamagesevere,andinthecalculationoftheoriginaldesignandconstructionwiththeexistingconcretestructures,aseismaticnormsindifferent.Inordertoensurethatthecoolingtowerscanreachatargetusefullifemustidentifyforitssafety,durability,applicabilityandaseismatic,throughtheidentificationresultsoftheanalysisputforwardtheviewsofreinforcementandmeasuresdealingwith.Accordingtoaactualprojectthathyperbolacoolingtowersidentifyanalysis,itwillprovidethepracticalengineeringexperienceconcerningsimilaraspectsoftheworkontheidentificationandrelevantresearchinfuture.

Keywords:Coolingtowerdetectingidentifystrengthening

1概况

某新建火车站位于我国西部，是该地区的重点建设工程。总建筑面积10211㎡，原施工设计图中有三道后浇带，后浇带的浇筑时间设计要求2个月后方能进行。为了满足工期要求，施工方决定采用超长结构无缝施工技术。施工方要求对混凝土结构进行现场实测，在采用补偿收缩混凝土取消后浇带的情况下，结构超长施工所采取的措施是否起到了相应的作用，混凝土结构能否满足设计的收缩变形要求，确保混凝土不出现影响结构安全的收缩裂缝，同时，控制施工引起的结构应力。

2监测的范围及内容

对该工程7.9米标高9-11/A-F范围混凝土超长结构进行监测，监测内容包括：受力钢筋应力、混凝土应变、混凝土温度、预应力张拉后混凝土构件应变（本工程为后张预应力混凝土）。

3监测位置及测点

3.1监测位置

结合现场的实际情况及结构的受力特性，本着科学、可靠、经济的原则，确定了监测的主要对象为：主站房7.900m标高处9～10轴的部分梁板，主、次梁共6根，楼板3块。详见图3.1.1。

图3.1.1结构监测构件

3.2测点布置

（1）、温度测点

在9-10/A梁、9-10/D梁、F-D/9梁的跨中位置的中部分别埋设一支温度计，在1/4L跨处的上（近表面）、中、下缘各设一支；9-10/F轴梁、9-10/F1轴梁、9-10/F2轴梁的跨中上部（近表面）各埋设一支温度计,合计15支温度传感器。另外,应变传感器22支也可以进行温度数据采集。因此，共有37支可以采集温度的传感器。

（2）、应力应变测点

Ⅰ、梁的应变测点布置

9-10/A梁、9-10/D梁、F-D/9梁在跨中1/2L处截面上、下位置横向各埋设一支传感器，用于测量主梁受力最不利位置的混凝土的受压、受拉应力值。在梁端1/10L处截面上部横向埋设一支传感器，截面中部45度方向埋设一支传感器。其余3根梁在跨中1/2L处截面下部位置横向各埋设一支传感器，且在9-10/F梁中部下层设置一支。共布设了16支应变传感器。

Ⅱ、板的应变测点布置

考虑到板的厚度及受力特点，板上混凝土应力监测截面测点仅布置在板的中部，横向、纵向各布置一支应变传感器，合计布置了6支。

（3）、钢筋应力测点

共选取了三根主梁（9-10/A梁、9-10/D梁、F-D/10梁）进行监测，每根梁上选取跨中上、下位置的两根主筋进行监测。共计布设了主筋应力监测点6个。

4温度监测及分析

4.1温度监测指标

《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）中对大体积混凝土施工过程中的温度控制

要求如下：

确定施工阶段大体积混凝土浇筑体的温度峰值，里表温差及降温速率的控制指标。温控指标宜符合下列规定：

1、混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜大于50℃；

2、混凝土浇筑体的表里温差（不含混凝土收缩的当量温度）不宜大于25℃；

3、混凝土浇筑体的降温速率不宜大于2.0℃/d;

4、混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于20℃。

4.2温度数据分析

根据现场温度监测实际测得的数据，分别作出各测点的温度曲线。图4.2.1为其中四个测点的温度曲线图。其中，横坐标为检测时间，纵坐标为测点的实际检测温度。

图4.2.1温度监测曲线图

从所监测的温度曲线分析可知：

1）温度峰值一般出现在混凝土浇注36小时左右。其中，所有温度传感器测得的温度峰值中，测点A1的最高，为61.63℃；所有应变传感器测得的温度峰值中，测点21的最高，为65.5℃。

2）初期温升阶段，梁的中层测点的温度峰值要比下层和上层的要高，并且梁中层测点的温度达到温度峰值的升温时间比下层和上层的也要长。

3）所测得的温度曲线中，下层和中层测点的温度曲线变化相对比较均匀，上层测点的温度曲线变化起伏较大。表明上层受大气环境影响较大，而中间层等受到环境温度的影响较小。

4）混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值均不大于50℃（监测过程中，入模温度在25℃左右，而混凝土浇筑体实际测得的最高温度为65.5℃）。

5）混凝土浇筑体表面与大气温差均小于20℃。其中，测点D2在7月31日7点15分测得的混凝土浇筑体表面温度与大气温差最大，为15.94℃。

6）各测点的测温曲线与大气环境温度曲线初始阶段基本吻合，主要由于传感器没有被混凝土覆盖，传感器监测的温度是大气环境温度。而一旦传感器被混凝土覆盖到位，其监测的便是混凝土的实际温度。

4.3里表温差分析

通过对监测得到的温度数据的分析得知，受到外界大气的影响，梁的上表面混凝土的散热最快，由于有木模板的保温作用，梁下层温度散热速度居其次，梁中层为大体积混凝土的中间位置，温度最高。因此，里表温差采用梁的中层温度与梁的上表面温度在同时刻的差值来表征。

1）里表温差最大值均集中出现在混凝土浇筑后24～48小时之间，最大温差达到15℃。

2）实际监测得到的里表温差值全部都在25℃以内，符合相关规范规定的要求。

3）其中有个别异常波动点，应视为失效数值。如：里表温差最大值为24.9℃，出现在测点1与测点2之间，时间为7月31日16点59分，此时测点2的温度为25.9℃，而前一个小时测得的温度为36.3℃，后一个小时测的温度为35.9℃，期间温度不可能有如此大的突变，由此可以判该数据为失效数值。

4.4降温速率分析

根据温控监测得到的温度数据，通过分析可以得到各测点每天平均降温速率。计算分析降温速率时，以最高温度时刻为基点，所测温度值减去第二天同时刻（或相近）的温度值，结果为负值表示降温，反之为升温。全部采用梁中层测点的监测数值来进行分析。

降温速率分析可知：梁中层各测点的降温趋势大致相同，降温最大值均出现在温度峰值后48小时之内，并且均超出每天降温2℃的要求，之后的降温变得逐渐平缓。局部时间段降温速率过快，可能与气温的变化过快（如降雨等）而保温措施不及时有关。

5混凝土应变监测及分析

5.1混凝土应变监测指标

随着混凝土龄期延长，其强度不断增加，抗裂能力也随之不断增强，但混凝土承受温度应力的水平也可能随之增长。混凝土温度变化经历升温和降温两个过程，应变状态经历不断变化和调整的过程。混凝土的开裂与混凝土受力的速率有关，在严格控制降温速率和里表温差情况下，混凝土开裂时的应变会加大，按照《混凝土结构设计规范》中的本构关系和混凝土抗拉强度试验计算结果，混凝土应变可以从严控制在110με内。

5.2混凝土应变监测结果及分析

大体积混凝土在温度场变化时，应变如同应力问题一样相当复杂。因为通过振弦式应变传感器的监测，不管其输出的是直接变量（频率），还是间接变量（模数），根据这些变量直接计算出的应变（传感器输出应变）不是结构的约束应变（即实际产生应力的应变）。应变传感器监测混凝土应变主要包括三种类型的应变：直接输出应变、传感器自身的温度应变、混凝土的自由膨胀收缩温度应变。而结构实际应变、约束应变均是衍生应变。计算混凝土结构的约束应变，才能更好的分析解释混凝土的应力分布和开裂问题。

传感器自身温度应变可以通过传感器温度修正予以剔除，为此，混凝土应力应变监测手段必须充分考虑到对传感器自身的温度应变进行修正的方法。

从弦式传感器的数据处理可以看出应变测量是基于一个参考点的（即初始变形的起点），因为应变本身就是个相对量，参考点的选择正确与否将对分析的结果有很大的影响，甚至分析出的规律完全不同。本次数据分析采取的参考点为传感器被混凝土完全覆盖（混凝土入模）后的第20个小时（混凝土终凝时）。这样的初始点选取，保证了应变分析过程中混凝土内部结构的连续性，减少了混凝土初期水化硬化的影响，保证了数值的有效性。

根据上述数据处理的原则及方法，分别导出各测点的应变并作出了相应的应变曲线，图5.2.1为其中四个监测点的应变变化曲线图。

需要说明几点如下：

参考点为传感器被混凝土覆盖后的第20个小时（终凝时）；

混凝土的线膨胀系数取值10.4με/℃；

正数表示混凝土受拉为拉应变，负数表示混凝土受压为压应变。

图5.2.1混凝土应变变化曲线

从上面的应变曲线分析可知：

1）测点7的应变监测值虽然没有超出限值，但其检测数据异常，不合常规，应视为无效数据。其余各测点的应变曲线整体趋势正常。

2）测点17的拉应变值最大，接近100με，但未超出110με的限值。其余各测点的拉应变值更小，均未超出限值。

3）各测点的压应变均未超出400με，混凝土处于正常工作状态。

4）所有应变曲线中均出现了不同程度的突变值，说明混凝土浇筑体在养护期间可能受到外加荷载的干扰。

6钢筋应力监测及分析

6.1混凝土应变监测结果及分析

为了了解本工程在施工过程中钢筋的力学性能，在主梁的上、下层分别布置了钢筋计。图6.1.1所监测的两根钢筋应力曲线。其中，横坐标为检测时间，纵坐标为各测点的实际检测应力值。

图6.1.11#、2#钢筋应力曲线

从钢筋应力监测数据可知：

在梁施加预应力的各阶段的监测应力值均在30.56MPa～负49.75范围内，且在绝大部分施加预应力阶段钢筋处于受压状况，施加完成后均处于受压状况。钢筋应力监测值的绝对值小于钢筋强度的设计值，表明在受监测的施工阶段，被测钢筋处于正常工作状态。

7施工监测结论汇总

1）被测混凝土的温度峰值一般出现在混凝土浇注36小时左右。混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值均不大于50℃，符合相关规范规定的要求。

2）初始阶段，由于传感器没有被混凝土覆盖，传感器监测的温度是大气环境温度，而一旦传感器被混凝土覆盖到位，其监测的便是混凝土的实际温度。初期温升阶段，梁的中层测点的温度峰值要比下层和上层的要高，并且梁中层测点的温度达到峰值的升温时间比下层和上层的也要长。另外，检测结果也表明梁的上层受大气环境影响较大，而中间层等受到环境温度的影响较小。

3）里表温差最大值均集中出现在混凝土浇筑后24～48小时之间，最大温差达到15℃。混凝土浇筑体表面与大气温差均小于20℃，符合相关规范规定的要求。

4）梁中层各测点的降温趋势大致相同，降温最大值均出现在温度峰值后48小时之内，并且均超出了规范中规定的降温速率不宜大于每天2℃的要求，之后的降温变得逐渐平缓。局部时间段降温速率过快，可能与现场气候变化时养护措施未及时调整有关。

5）混凝土的应变监测结果表明，绝大部分测点的混凝土处于压应变状态；梁底部的几个测点处于拉应力状态，但应变值曲线整体趋势正常，应变值均未超出110με的限值。

６）所有应变曲线中均出现不同程度的突变值，说明