宝汉高速公路大体积混凝土施工温度及裂缝控制计算书

PAGEPAGE18XX高速公路XX特大桥主桥墩承台大体积砼施工温度及裂缝控制计算书一、计算说明：1、本计算书主要为XX特大桥主墩承台(28.6×23.6×5m)砼浇筑时防止基础砼裂缝而计算。2、根据施工进度安排及现场施工进度情况，8#墩承台将在8月中旬施工。考虑到XX桥址处8月份期间气温变化较大，计算书中所采用的许多数据均为现场试验室于7月30日实测，如施工时气温与实测出入较大，将根据实测数据进行调整。3、参考书目：《大体积砼温度应力及温度控制》《高层建筑基础工程施工》《路桥施工计算手册》二、砼原材料及配合比选用本工程根据现场调查及实际情况，按照大体积砼施工对原材料的要求进行材料选用及配合比优化。水泥：选用冀东海德堡扶风水泥有限公司生产的“盾石”牌P.O42.5普通水泥细骨料：选用金田砂场生产的Ⅱ区中砂，细度模数为2.90粗骨料：选用凤翔东权读采石场生产的5-31.5mm连续粒级碎石水：饮用水。混凝土配合比经多次试验优化后，其配合比及每立方米砼各材料用量见下表：材料名称水泥粉煤灰砂碎石水外加剂配合比10.332.833.900.530.01每m3砼材料用量（Kg）2819479610951504.125混凝土密度为2400Kg/m3三、8#墩承台砼抗裂性应力计算1、砼出口温度计算各种原材料实测温度、含水率及查阅《大体积砼温度应力及温度控制》资料，得各种原材料得比热，其数据见下表：材料名称水泥砂碎石水室外温度测试温度10℃16℃17℃14℃25℃含水率05.6%0.7%比热（KJ/KKg·℃）0.4560.6990.8044.187（Cs+Cwqs）Qsts=(0.699+4.187×5.6%)×796×16=11888.70KJ（Cg+Cwqg）Qgtg=(0.804+4.187×0.7%)×1095×17=15512.05KJCcQctc=0.456×（281+4.125）×10=1300.17KJCfQftf=0.6×94×10=564KJCw(Qw－Qsqs－Qgqg)×Tw=4.187×(150－796×5.6%－1095×0.7%)×14=5730.44KJCsQs+CgQg+ChQh+CcQc+CfQf+CwQw=0.699×796+0.804×1095+0.456×4.125+0.456×281+0.6×94+4.187×150=2251.25KJ砼出机口温度：t0=［（Cs+Cwqs）Qsts+（Cg+Cwqg）Qgtg+ChQhth+CcQctc+CfQftf+Cw(Qw－Qsqs－Qgqg－Qwqw)×Tw］／（CsQs+CgQg+ChQh+CcQc+CfQf+CwQw）=（11888.70+15512.05+1300.17+1.881+564+6139.76）／2251.25=15.55℃注：Cs、Cg、Cc、Cw、Cf、Ch：分别为砂、碎石、水泥、水、粉煤灰及外加剂的比热。qs、qg：分别为细砂、碎石的含水率。Qs、Qg、Qc、Qw、Qh、Qf：分别为砂、碎石、水泥、水、粉煤灰及外加剂的重量。ts1、tg、tc、tw、th、tf：分别为细砂、碎石、水泥、水、粉煤灰及外加剂的温度。2、砼的入仓温度计算砼出拌和机后，经过运输及转运，进入浇筑仓面，砼在运输途中冷量损失，主要由砼运输工具类型，运输时间及运转次数决定，根据实际情况，基础砼施工拟采用6m3砼输送车运至工地，采用溜槽进入仓面。则砼进入仓温度为t1=t0+(ta+R/B－t0)(φ1+φ2+……+φn)式中ta：当时气温ta=25℃R：太阳辐射热，千阳北纬34.22o，取R=1226.8KJ/(m3.h)B：表面放热系数φ1、φ2……φn：经验系数根据《大体积砼温度应力及温度控制》资料，砼装卸和转运，每次φ=0.032，砼运输途中φ=Aτ，其中τ为运输时间，以分计。当为6m3罐车运输时，A=0.0022，运输时间τ=20分钟；流槽下料A=0.003，运输时间τ=3分钟。装料φ1=0.0326m3罐车运输20minφ2=0.0022×20=0.044转运φ3=0.032流槽下料φ4=0.003×3=0.0097出料φ5=0.0327共计φi=0.149t1=t0+(ta+R/B－t0)(φ1+φ2+……+φn)=15.55+(25+0.65×1226.8/80-15.70)×0.149=18.44℃3、砼的浇筑温度计算砼入仓后，经过平仓振捣，0.3m厚铺筑层浇筑完毕，再进行下一层铺筑层砼浇筑。砼浇筑温度tp=t1+(ta+R/B－t1)(φ1+φ2)式中：t1：入仓温度ta：气温R：太阳辐射热B：表面放热系数φ1：平仓以前的温度系数φ2：平仓以后的温度系数系数φ1=Rt1式中R：经验系数t1：从砼入仓后到平仓前所经历的时间，以分计。经查《大体积砼温度应力与温度控制》资料，取k=0.0030（1/min）。根据基础平面尺寸，浇筑层厚度、砼运输工具及运输、搅拌能力等，取t=55min则φ1=0.0030×55=0.165;φ2=1-φ根据比欧准数，Bi=βh/λ及傅立叶准数F0=at2/h2式中：β：表面放热系数h：每层铺筑层厚度h=0.30mλ：砼导热系数a：砼导温系数t2：砼平仓以后再覆盖一层新砼所需时间，取t2=40分钟。当砼中粗骨料为白云岩时，砼导热系数λ及比热C按加权平均计算，气温为25℃。材料名称水泥粉煤灰砂碎石水外加剂配合比10.332.833.900.530.01每m3砼材料用量（Kg）2819479610951504.125砼导热系数λ=（281×4.446+1095×15.333+796×11.129+2.160×150+4.446×94+4.446×4.125）/(281+94+796+1095+150+4.125)=11.428KJ/(m.h.℃)砼比热C=（281×0.456+1095×0.804+796×0.699+4.187×150+0.456×94+0.456×4.125）/(281+94+796+1095+150+4.125)=0.925KJ/Kg.℃砼导温系数a=λ/cρ=11.428/0.925/2400=0.00515m2/hBi=βh/λ=80×0.3/11.428=2.10F0=at2/h2=(0.00515×40/60)/0.32=0.038查《大体积砼温度应力与温度控制》资料，按砼初始瞬时为均匀分布温度t0，两边空气温度ta=0，导热系数为λ，表面放热系数为β时，浇筑层平板的平均温度图如下：Bi=βh/λ查上图得φ=0.92φ1=1－φ=1－0.95=0.05砼的浇筑温度tp=18.44+(25+0.65×1226.8/80-18.44)×(0.165+0.05)=21.99℃4、砼绝热温升计算：砼的绝热温升T（t）=〔（mc+RF）Q/cρ〕（1－e-mt）式中T（t）：在龄期t时砼的绝热温升值（℃）；mc：每m3砼中水泥用量（㎏/m3）mc=281㎏/m3；Q:每Kg水泥的水化热量（KJ/Kg）；C：砼的比热（KJ/Kg.℃）,C=0.925KJ/Kg.℃;F：粉煤灰用量,F=94㎏;ρ：砼的密度ρ=2400㎏/m3；R：折减系数；R=0.25m：系数；经查《路桥施工计算手册》，查得：Q=377KJ/Kg经查《大体积砼温度应力与温度控制》，查得m值：浇筑温度（℃）51015202530M（1/d）0.2950.3180.340.3620.3840.406因为实际浇筑温度tp=21.99℃则m=0.370T（1）=〔（281+0.25×94）×377/（0.925×2400）〕（1－e-0.370×1）=15.99℃T（2）=27.04℃T（3）=34.67℃T（4）=39.94℃T（5）=43.58℃T（6）=46.09℃T（7）=47.83℃T（8）=49.03℃T（9）=49.86℃T（10）=50.43℃T（28）=51.71℃5、砼内部实际最高温度计算（Tmax(τ)）8#墩承台为桩基础，，承台高h=5m，分两次浇筑完成，每次浇筑2.5m。，其水泥水化热的温升属绝热温升。Tmax(1)=tp+T(1)=23.25+16.20=37.98℃Tmax(2)=49.03℃Tmax(3)=56.66℃Tmax(4)=61.93℃Tmax(5)=65.57℃Tmax(6)=68.08℃Tmax(7)=69.82℃Tmax(8)=71.02℃Tmax(9)=71.85℃Tmax(10)=72.42℃Tmax(28)=73.70℃6、承台砼表面温度计算承台砼浇筑完后，拟采用双层（约2cm厚）草袋覆盖。砼结构的虚厚度h′=λ/ß式中：λ：砼导热系数；ß：砼表面保温层的传热系数；K：折减系数。经查《高层建筑筑基础工程程施工》资资料，K=0..666，λ=2.333w/mm·k由于ß=1/（δ11/λ1+1/ßßq）式中：δ1：草草袋厚度；；λ1：草袋的导热系系数（w//m·k）；；ßq：空气层的传热热系数。经查《高层建筑筑基础工程程施工》：：ßq=23w/mm·k；λ1=0.114w/mm·kß=1/（0..02/00.14++1/233）=5.338w//m2·kh′=0.666×22.33//5.388=0.229m砼结构的表面温温度T2（τ）=ta+4/HH2h′(H－h′)i式中：ta：大大气温度；；H：砼结构构的计算厚厚度（m）；H=h+2h′=22.5+22×0.229=3..08mi：龄期tt时，砼中中心的温度度与外界气气温之差（℃）。TZ（1）=25+4/3..082×0.229（3.08-00.29）×（37.998-25）=29.441℃TZ（2）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（49.003-25）=33.117℃TZ（3）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（56.666-25）=35.776℃TZ（4）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（61.993-25）=37.556℃TZ（5）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（65.557-25）=38.779℃TZ（6）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（68.008-25）=39.665℃TZ（7）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（69.882-25）=40.244℃TZ（8）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（71.002-25）=40.331℃TZ（9）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（71.885-25）=40.933℃TZ（10）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（72.442-25）=41.122℃TZ（28）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（73.770-25）=41.566℃7、承台砼内外温差差计算内外温差是指砼砼内部最高高温度与砼砼表面温度度之差。1=37..98-29.441=8.577℃；2=15..86℃；3=20.990℃；Τ4=24.337℃；5=26..78℃；6=28.443℃；Τ7=29.558℃；8=30..71℃；9=30.992℃；Τ10=31.330℃；28=322.14℃℃；8、砼应力计算因承台砼内外温差差大于25℃，现对砼砼抗拉强度度进行验算算。(1)砼弹性模量量计算由=Eh（1-ee-0.009t）式中Eh：C30砼最终弹性性模量；tt：龄期经查《路桥施工工计算手册册》Eh=3×104MPaaE（3）=3×104（1--e-0.009×3）=7.100×103MPaE（4）=3×104（1-e-0.009×4）=9.077×103MPaE（5）=3×104（1-e-0.009×5）=1.099×104MPaE（6）=3×104（1-e-0.009×6）=1.255×104MPaE（7）=3×104（1-e-0.009×7）=1.400×104MPaE（8）=3×104（1-e-0.009×8）=1.554×1004MPaE（9）=3×104（1-e-0.009×9）=1.677×104MPaE（10）=3×104（1-e-0.009×100）=1.788×104MPaE（28）=3×104（1--e-0.009×288）=2.766×104MPa（2）砼收缩当量温温差计算由εg（t）=εg0M1……………M10（1-e-0.001t）式中εg（t）：：各龄期（d）砼收缩相对变形值；εg0：标准状态下的的最终收缩缩值；M1M2……………M110：考虑虑各种非标标准条件下下的修正系系数。由于本工程采用用普通水泥，水水泥细度<<10%，碎石为为白云岩，配配合比中水水灰比为00.4，砼砼中水泥浆浆度为21.7%，自然状状态下养护护28天，环境境相对湿度度为60%。水平半径的倒数数γ=（23.66+28..6）×2/（23.66*28..6）=0.155采用机械振捣：：配筋率n=EEgAg/EhAh由于承台顶面及及侧面都设设有一层防防裂钢筋网网，砼在表表面范围内内配筋率较较大，故取《路桥桥施工计算算手册》表表9-86中的最大大值0.25。经查《路桥施工工计算手册册》εg0=3.24×110-4M1=1.0；M22=1.0；M3=0.955；M4=1.0；M5=1.066；M7=0.88；；M8=0.888；M9=1.0；M10=0.555；εg（3）=3.24×110-4×（1-e-0.001×3）×1.0×1.00×0.995×1..0×1.066×1.099×0.88×00.88××1.0××0.555=4.488×10-6εg（4）=3.24×110-4×（1-e-0.001×4）×1.0×1.00×0.995×1..0×1.066×1.077×0.88×00.88××1.0××0.555=5.833×10-6εg（5）=3.24×110-4×（1-e-0.001×3）×1.0×1.00×0.995×1..0×1.066×1.04×0.88×00.88××1.0××0.555=7.055×10-6εg（6）=3.24×110-4×（1-e-0.001×3）×1.0×1.00×0.995×1..0×1.066×1.02×0.88×00.88××1.0××0.555=8.255×10-6εg（7）=3.24×110-4×（1-e-0.001×3）×1.0×1.00×0.995×1..0×1.066×0.988×0.88×00.88××1.0××0.555=1.022×10-55εg（8）=3.24×110-4×（1-e-0.001×3）×1.0×1.00×0.995×1..0×1.066×0.988×0.88×00.88××1.0××0.555=1.055×10-55εg（9）=3.24×110-4×（1-e-0.001×3）×1.0×1.00×0.995×1..0×1.066×0.977×0.88×00.88××1.0××0.555=1.166×10-55Eg（10）=3.224×1004×（1-e-0.001×7）×1.255×1.00×1.00×1.117×1..15×00.96×0.70×11.4×11.0×11.0=11.27××10-55Eg（28）=3.224×1004×（1-e-0.001×288）×1.255×1.00×1.00×1.117×1..15×0.93×0..70×11.4×11.0×11.0=33.16××10-55则砼收缩当量温温差Tg（t）=εg（t）/α式中：α：线膨膨胀系数经查《路桥施工工计算手册册》α=1.00×10--5Tg（3）=εg（3）/α=4.48×100-5/1..0×100-6=0.455℃Tg（4）=εg（4）/α=5.83×110-5/1..0×100-6=0.58℃Tg（5）=εg（5）/α=7.05×110-5/1..0×100-6=0.71℃Tg（6）=εg（6）/α=8.25×110-5/1..0×100-6=0.83℃Tg（7）=εg（7）/α=1.02×110-5/1..0×100-5=1.02℃Tg（8）=εg（8）/α=1.05×110-5/1..0×100-5=1.05℃Tg（9）=εg（9）/α=1.16×110-5/1..0×100-5=1.16℃Tg（10）=εg（10）/α=1.27×110-5/1..0×100-5=1.27℃Tg（28）=εg（28）/α=3.16×110-5/1..0×100-5=3.16℃（3）砼温度应力计计算砼最大综合温差差i=tp++2/3T+-Th式中：tp：砼砼浇筑温度度tp=21.999℃浇完一段时时间，砼的的绝热升温温值砼收缩当量量温差Th：砼浇筑后达到到稳定时的的温度。Th值根据历年气象象资料，取取当年平均均气温，经经查气象资资料，得TTh=25℃（3）=221.999+2/334.677+0.455-25=20.555℃（4）=221.999+2/3339.331+0..58-25=23.665℃（5）=221.999+2/3343.003+0..71-25=26.226℃（6）=221.999+2/3345.663+0..83-25=28.111℃（7）=221.999+2/3347.446+1..02-25=29.552℃（8）=221.999+2/3348.773+1..05-25=30.440℃（9）=221.999+2/3349.663+1..16-25=31.111℃（10）==21.999+2//350.225+1..27-25=31.663℃（28）==21.999+2//351.771+3..16-25=34.449℃则温度应力σ（t）=E（t）α（t）/1-νS(t))R式中：S(t))：考虑徐徐变影响的的修正系数数；R：砼的外约束系系数ν：砼的泊松比经查《高层建筑筑基础工程程施工》得得各龄期砼砼的应力松松弛系数S(t)t(d)36912151821242730S(t)0.570.520.480.440.410.3860.3680.3520.3390.327S(3)=0.577S(4)=0..55S(5)=0..54S(6)=0..52S(7)=0..50S(8)=0..49S(9)=0..48S(10)=00.46S(28)==0.3335经查《路桥施工工计算手册册》R=1经查《大体积砼砼温度应力力及温度控控制》得ν=0.177则σ（3）=7.10×1003×1.00×10--5×20.555/（1-1//6）×0.557×1=1.00MPaa因为3d龄期时，砼抗拉拉及抗压强强度可达到到40%，而C300砼［σ］拉=2.011MPa抗裂安全系数按按1.15考虑。则σ（3）=1.00MPaa>2.011×0.44/1.115=0..69MPa，故不能满足足要求。因为由于内外温温差较大，砼砼抗拉强度度无法满足足要求，采采取冷却水水管降低基基础砼内部部温度，以以降低砼内内外温差。9、采用冷却水管管降温后的的温度应力力冷却水管采用公公称直径φ32金属管，其其直径D=42mm，d=35mm，钢管管竖向间距距1.4m，水平间间距2m，则水管管长度L=1700m，砼初温T0=tp=21.999℃，已测进进口水温Tw=9℃，进水口口流速Vw=0.6m/s=1.7337m3/h，水比热Cw=4.1187KJJ/(㎏·℃)水的密度ρw=10000㎏/m3砼导温系数α==0.1113m2/d=0.00047m2/h，砼导热热系数λ=2.333w/mm·k=88.3888KJ/mm·d·℃则冷却砼砼柱体外半半径R=√1.077s1s2/π=√1.077×2×1.44/π=0.9777m，内半径径r=0.0021m。砼通水冷却既降降低了砼浇浇筑温度又又降低了因因砼绝热温温升而引起起的温度上上升。（1）砼浇筑温度经经面水冷却却降温后平平均温度计计算∵R/r=0.9977/00.0211=46..52∴由a1R=0.9266exp[[-0.00314((R/r--20)00.48]]其中20≤R/r≤130得a1R=0.9266exp[[-0.00314((46.552-200)0.448]=0.7966∵R/r≠100∴∴等效导温温系数a′=a（α1R/0..71677）2=0.00477（0.7966/0.77167）2=0.0005m2/h=0.1200m2/dξ=λL/CwρwVVw=8.3388×1170/((4.1887×10000×11.7377)=0..196Z=a′t//(2R))2=0.1444t/((2×0..977))2=0.004t式中t：通水时时间k1=2.08-11.1744ξ+0.2256=2.008-1..174××0.1966+0.2256×00.19662=1.866S=0.9711+0.11485ξξ-0.04445=0.971++0.14485×00.1966-0.00445××0.19962=0.998砼浇筑温度经通通水冷却降降温后平均均温度T0(i)=Tww+(Tp-Tw)expp(-k11Zs)=9+(21..99-9)expp[-1..65×(00.04t)0..998]]=9+12.99exxp(-00.0755t0.9998)T0(3)=99+12.999expp(-0..075×30.9998)=19..38℃T0(6)=117.300℃T0(7))=16.700℃T0(10)==15.166℃T0(288)=10..61℃(2)砼绝热热温升经通通水冷却降降温后平均均温度计算算∵R/r=0.9977/00.0211=46..52∴由a1R=0.9266exp[[-0.00314((R/r--20)00.48]]；20≤R/r≤130得a1R=0.9266exp[[-0.00314((46.552-200)0.448]=0.7966∵R/r≠100∴∴等效导温温系数a=a（α1R/0..71677）2=0.00477（0.7