大跨度连续刚构桥墩顶现浇段施工水化热控制方法.pdf

一种大跨度混凝土连续刚构桥0#块施工中的水化热控制方法，是在对大跨度混凝土连续刚构桥0#块混凝土施工过程进行水化热及荷载影响仿真分析的基础上，有针对性地对混凝土采取合理的养护及防护措施，使混凝土生产过程中由于水化热、施工临时荷载等不利因素产生的拉应力有效降低。从而有效减少或避免混凝土病害的发生，提高了混凝土质量，延长了混凝土的使用寿命，进而可提高桥梁的建筑质量。

1.  一种大跨度连续刚构桥0#块施工水化热控制方法，其特征在于：首先对大跨度连续刚构桥0#块混凝土施工过程中的水化热及荷载影响进行精确的仿真分析，得出0#块混凝土施工过程中各个时刻的混凝土温度分布状态；再将0#块施工过程中各部位在各个时刻的温度分布状态以温度荷载的形式加载至结构仿真模型，与混凝土实际承受的其他荷载作用进行耦合后，可得出0#块混凝土施工过程中各部分在各个时刻的耦合拉应力量值及其分布状态，从而可预知0#块混凝土施工过程中混凝土受水化热影响产生较大拉应力的部位及其作用时刻和持续时间；最后依据仿真分析结果反映的构件温度及拉应力状态，有针对性地对混凝土采取合理的养护和防护措施。

2.  按权利要求1所述的大跨度连续刚构桥0#块施工水化热控制方法，其特征在于：上述依据仿真分析结果对混凝土施工采取的养护和防护措施包括采用高效覆盖层覆盖混凝土和/或在混凝土内部设循环冷却水管。

3.  按权利要求1所述的大跨度连续刚构桥0#块施工水化热控制方法，其特征在于：上述依据仿真分析结果对混凝土施工采取的养护和防护措施中的拆模时机温度是混凝土内外温差小于五度。

4.  按权利要求1所述的大跨度连续刚构桥0#块施工水化热控制方法，其特征在于：上述依据仿真分析结果对混凝土施工采取的养护和防护措施中的拆模时间是腹板不早于七天，底板不早于十五天。

大跨度连续刚构桥墩顶现浇段施工水化热控制方法
技术领域
本发明涉及桥梁施工温度控制技术，特别是一种大跨度混凝土连续刚构桥墩顶现浇段(以下简称0#块)施工中的水化热控制方法。
背景技术
目前，以普通混凝土作为基本建筑材料的桥梁，以其超高的性价比，在桥梁建设领域占有举足轻重的地位。普通凝凝土主要由胶结质(一般为普通硅酸盐水泥)、骨料和一定比例的水配置而成。另外可根据混凝土的工作环境，添加适量外加剂以改善凝凝土的质量及其耐腐蚀等性能。普通混凝土材料在力学性质方面具有抗压强度高、抗拉强度相对较低(一般约为其抗压强度的1/10)的特点。混凝土生产需经过“拌制、入模、养护、成型”的过程，其形态也将经历“液态(浆体)、半塑态、固态(成型)”的硬化过程。普通混凝土的硬化过程实际是由于混凝土胶结质与水发生化学反应生成具有较高强度的固态结晶，固态结晶与骨料胶结形成凝结体。桥梁建筑施工中的混凝土构件是根据建筑构件的不同尺寸，将拌制完成的混凝土浆体倾倒入预先设置好的普通混凝土模板中，待其硬化后，成为混凝土构件。但是胶结质(一般为普通硅酸盐水泥)会由于与水发生的化学反应产生大量的热量，一般称为“水化热”。水化热的产生对混凝土质量影响巨大，特别是在混凝土构件体积较大时，由于混凝土中心与外表面散热存在差异，从而产生温度次应力，当混凝土内、外温差特别大时，较大的温度次拉应力(混凝土抗拉强度一般仅为抗压强度的1/10，而硬化过程中混凝土的抗拉强度也大大低于混凝土的设计强度)可引起混凝土开裂，严重影响混凝土结构物的安全。大跨度混凝土连续刚构桥的0#块一般为箱形构造，受力最大且复杂，其腹板、底板和隔墙等构件厚度均较大，构件质量受混凝土水化热影响非常大。
发明内容
本发明的目的是在某大跨度混凝土连续刚构桥0#块混凝土施工过程进行水化热及荷载影响仿真分析的基础上，根据仿真分析结果反映的构件温度及应力的状态，有针对性地对混凝土采取合理的养护及防护措施，使混凝土生产过程中的内、外温差及由此产生温度次应力有效降低，同时控制施工临时荷载对混凝土温度次应力较大部位的应力作用，从而达到减少水化热影响，提高混凝土质量和使用寿命的目的。
本发明的目的是这样实现的：
对大跨度混凝土连续刚构桥0#块混凝土施工过程进行水化热及荷载影响仿真分析，可得出0#块混凝土施工过程中各个时刻的混凝土温度分布状态。再将0#块施工过程中各部位在各个时刻的温度分布状态以温度荷载的形式加载到结构仿真模型，与混凝土实际承受的其他荷载作用进行耦合后，即可得出0#块混凝土施工过程中各部分在各个时刻的耦合拉应力量值(温度次应力+混凝土自身荷载的产生应力+施工临时荷载产生的应力)及其分布状态，从而预知0#块混凝土施工过程中混凝土受水化热影响产生的较大拉应力的部位及其作用时刻和持续时间。根据仿真分析结果反映的构件温度及拉应力状态，有针对性地对混凝土采取合理的养护措施(包括采用高效覆盖层减少混凝土表面水分和热量的散发，和/或在混凝土内部布设循环冷却水管，通过冷却水在混凝土内部的循环降低混凝土内部的温度)，使混凝土生产过程中的内、外温差及由此产生温度次应力有效降低；严格限制能使混凝土温度次拉应力较大部位产生拉应力的施工临时荷载，必要时可根据需要采取适当能使混凝土温度次拉应力较大部位产生压应力的临时防护措施，以使耦合后的混凝土拉应力降低到较低的水平，从而使混凝土不会发生开裂的现象。以理论的精确计算为依据，有针对性地采取必要的养护和防护措施，从而达到减少水化热影响、提高混凝土质量和使用寿命的目的。
上述依据仿真分析结果对混凝土施工采取的养护和防护措施中的拆模时机温度是混凝土内外温差小于五度。
上述依据仿真分析结果对混凝土施工采取的养护和防护措施中的拆模时间是腹板不早于七天，底板不早于十五天。
本发明的优点：
1.本发明以精确的理论分析为依据，有针对性地采取措施，有效避免了混凝土病害的发生，提高了混凝土质量和使用寿命；
2.针对性强，经济合理，便于施工，能提高建桥质量。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的1/4仿真模型图。
图2是图1的下半部分。
图3是下半部分浇筑完成3.5d后的温度场云图。
图4是下半部分浇筑完成10d后的温度场云图。
图5是腹板中心与内、外表面的温差时程曲线图。
图6是底板中心与内、外表面的温差时程曲线图。
图7是下半部分浇筑完成5d最大应力分布图(左边图显示正面，右边图显示背面)。
图8是下半部分浇筑完成10d最大应力分布图(左边图显示正面，右边图显示背面)。
图9是底板中心与内、外表面的应力时程曲线图。
以上有关附图中色块深浅不同表示所处状态不同。
以上附图中标号及其对应名称如下：顶板1；底板2；腹板3；横隔板4；桥墩5；0号块外端面6；人孔7；龄期8；温差值9；与内表面温差值9a；与外表面温差值9b；拉应力值10；特征点1的拉应力值10a；特征点2的拉应力值10b；特征点3的拉应力值10c。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明：该实施例是一座大跨度单箱单室连续箱梁刚构桥的0号桥，箱梁长12m，高15m，顶板1宽16.4m，底板2宽7.5m。腹板3厚度为1m，箱梁内横隔板4厚度为1m，底板2厚度达到1.7m，底板2下部与桥墩5相连。
图1是本发明实施例的1/4仿真模型图。大跨度连续刚构桥的0号块一般为沿轴线方向和横桥向均对称的结构，因此只需建立1/4仿真模型，设置合理的对称边界条件即可。
图2是图1中第一次浇筑的部分。本实施例0#块高达15m，故分为两次浇筑完成，第一次浇筑8m高，第二次浇筑剩余的7m。本实施例选取第一次浇筑的0#块下半部分的相关分析进行说明。
图3是第一次浇筑部分施工完成3.5d后的温度场云图。图中显示8m高部分施工完成3.5d后的仿真分析所显示的混凝土温度分布情况，底板2内、外温度差异较大，约14℃，而腹板3内、外温度差异相对较小，约6.5℃。
图4是第一次浇筑部分施工完成10d后的温度场云图。图中显示8m高部分施工完成10d后的仿真分析所显示的混凝土温度分布情况。经过10d养护，底板2内、外温度差异较大，约9℃，而腹板3内、外温度差异很小，仅3℃。
图5是第一次浇筑部分腹板3中心与内、外表面温度时程曲线图。本图显示8m高部分混凝土从施工完成至龄期达到10d这一过程中，仿真分析显示的腹板3混凝土中心分别与腹板3内、外表面的温度差异变化情况。由图中曲线可以看出，当混凝土龄期达到2d时，腹板3混凝土中心分别与内、外表面的温度差异最大，温差值9为10℃；当混凝土龄期达到7d时，腹板3混凝土中心分别与内、外表面的温差9降低到5℃以下。
图6是第一次浇筑部分底板2中心与内、外表面的温差时程曲线图。本图显示底板2混凝土从施工完成至龄期达到10d这一过程中，仿真分析所显示的底板2混凝土中心分别与底板2内、外表面的温度差异变化情况。由图中曲线可以看出，当混凝土龄期达到5d时，底板2混凝土中心分别与内、外表面的温度差异最大，温差值9接近18℃；当混凝土龄期达到10d时，底板2混凝土中心分别与内、外表面的温度差异有所降低，温差值9约为9℃。
图7是第一次浇筑部分施工完成5d最大应力分布图。图中显示8m高部分施工完成5d后的仿真分析所显示的混凝土受水化热引起起的温度差产生的温度次应力与其它荷载产生的应力耦合之后分布情况。可以看出，腹板3拉应力较小，为(-1.0～1.0)MPa；底板2内表面的拉应力普遍为(2.0～2.4)MPa，底板2外表面及0号块外端面6区域的拉应力相对较大，超过4.0MPa；人孔7上下边缘局部区域拉应力也大于4.0MPa。
图8是第一次浇筑部分施工完成10d最大应力分布图。图中显示8m高部分施工完成10d后的仿真分析所显示的混凝土受水化热引起的温度差产生的温度次应力与其它荷载产生的应力耦合之后分布情况。可以看出，混凝土浇筑10d后，底板2内侧的拉应力为(1.0～2.0)MPa，底板2外侧的拉应力为(1.5～3.0)MPa，0号块外端面6处大于3.0MPa。
图9是第一次浇筑部分底板2中心与内、外表面的应力时程曲线图。本图显示底板2混凝土从施工完成至龄期达到10d这一过程中，仿真分析所显示的是混凝土中3个特征点受水化热引起温度差产生的温度次拉应力与其它荷载产生的应力耦合之后的拉应力值10随混凝土龄期增长的变化情况。由图中曲线可以看出，当混凝土龄期达到5d时，底板2混凝土的拉应力值10最大，然后随着龄期增加拉应力值10逐渐降低。
根据图3～图9中温度和应力随时间变化的情况制定以下养护措施：
1.鉴于混凝土从施工完成到龄期10d混凝土拉应力虽然比最高时刻有所降低，但总体拉应力水平仍然较高，故采用混凝土表面全覆盖养生的措施，可防止水分蒸发和阳光直射。
2.温度应力较大区域，加强在初凝期间养护，防止热量和水分散发过快致使内外温差过大。
3.以混凝土内外温差小于5℃为控制拆模时机的标准，则腹板3的拆模时间不宜早于7天，底板2的拆模时间不宜早于15天。
4.严格控制施工临时荷载，尽量减少对混凝土的不利影响。
通过以上措施的采用，该实施例施工全过程未出现混凝土开裂的现象，混凝土质量优良，为后续结构物施工打下了坚实的基础。