專利名稱：大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋墩頂現(xiàn)澆段施工水化熱控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及橋梁施工溫度控制技術(shù)，特別是一種大跨度混凝土連續(xù)剛
構(gòu)橋墩頂現(xiàn)澆段(以下簡(jiǎn)稱o針央)施工中的水化熱控制方法。
背景技術(shù)：
目前，以普通混凝土作為基本建筑材料的橋梁，以其超高的性價(jià)比， 在橋梁建設(shè)領(lǐng)域占有舉足輕重的地位。普通凝凝土主要由膠結(jié)質(zhì)(一般為 普通硅酸鹽水泥)、骨料和一定比例的水配置而成。另外可根據(jù)混凝土的工 作環(huán)境，添加適量外加劑以改善凝凝土的質(zhì)量及其耐腐蝕等性能。普通混 凝土材料在力學(xué)性質(zhì)方面具有抗壓強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度相對(duì)較低(一般約為
其抗壓強(qiáng)度的1/10)的特點(diǎn)。混凝土生產(chǎn)需經(jīng)過"拌制、入模、養(yǎng)護(hù)、成
型"的過程，其形態(tài)也將經(jīng)歷"液態(tài)(漿體)、半塑態(tài)、固態(tài)(成型)"的 硬化過程。普通混凝土的硬化過程實(shí)際是由于混凝土膠結(jié)質(zhì)與水發(fā)生化學(xué) 反應(yīng)生成具有較高強(qiáng)度的固態(tài)結(jié)晶，固態(tài)結(jié)晶與骨料膠結(jié)形成凝結(jié)體。橋 梁建筑施工中的混凝土構(gòu)件是根據(jù)建筑構(gòu)件的不同尺寸，將拌制完成的混 凝土漿體傾倒入預(yù)先設(shè)置好的普通混凝土模板中，待其硬化后，成為混凝 土構(gòu)件。但是膠結(jié)質(zhì)(一般為普通硅酸鹽水泥)會(huì)由于與水發(fā)生的化學(xué)反 應(yīng)產(chǎn)生大量的熱量， 一般稱為"水化熱"。水化熱的產(chǎn)生對(duì)混凝土質(zhì)量影響 巨大，特別是在混凝土構(gòu)件體積較大時(shí)，由于混凝土中心與外表面散熱存 在差異，從而產(chǎn)生溫度次應(yīng)力，當(dāng)混凝土內(nèi)、外溫差特別大時(shí)，較大的溫
度次拉應(yīng)力(混凝土抗拉強(qiáng)度一般僅為抗壓強(qiáng)度的1/10，而硬化過程中混
凝土的抗拉強(qiáng)度也大大低于混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度)可引起混凝土開裂，嚴(yán)重
影響混凝土結(jié)構(gòu)物的安全。大跨度混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的0#塊一般為箱形構(gòu)
造，受力最大且復(fù)雜，其腹板、底板和隔墻等構(gòu)件厚度均較大，構(gòu)件質(zhì)量 受混凝土水化熱影響非常大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在某大跨度混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋o針央混凝土施工過程進(jìn)
行水化熱及荷載影響仿真分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)仿真分析結(jié)果反映的構(gòu)件溫 度及應(yīng)力的狀態(tài)，有針對(duì)性地對(duì)混凝土采取合理的養(yǎng)護(hù)及防護(hù)措施，使混 凝土生產(chǎn)過程中的內(nèi)、外溫差及由此產(chǎn)生溫度次應(yīng)力有效降低，同時(shí)控制施工臨時(shí)荷載對(duì)混凝土溫度次應(yīng)力較大部位的應(yīng)力作用，從而達(dá)到減少水 化熱影響，提高混凝土質(zhì)量和使用壽命的目的。 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
對(duì)大跨度混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋Ott塊混凝土施工過程進(jìn)行水化熱及荷載影 響仿真分析，可得出0#塊混凝土施工過程中各個(gè)時(shí)刻的混凝土溫度分布狀
態(tài)。再將o針央施工過程中各部位在各個(gè)時(shí)刻的溫度分布狀態(tài)以溫度荷載的
形式加載到結(jié)構(gòu)仿真模型，與混凝土實(shí)際承受的其他荷載作用進(jìn)行耦合后， 即可得出Ott塊混凝土施工過程中各部分在各個(gè)時(shí)刻的耦合拉應(yīng)力量值(溫 度次應(yīng)力+混凝土自身荷載的產(chǎn)生應(yīng)力+施工臨時(shí)荷載產(chǎn)生的應(yīng)力)及其分 布狀態(tài)，從而預(yù)知0#塊混擬土施工過程中混凝土受水化熱影響產(chǎn)生的較大 拉應(yīng)力的部位及其作用時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間。根據(jù)仿真分析結(jié)果反映的構(gòu)件溫 度及拉應(yīng)力狀態(tài)，有針對(duì)性地對(duì)混凝土采取合理的養(yǎng)護(hù)措施(包括采用高 效覆蓋層減少混凝土表面水分和熱量的散發(fā)，和/或在混凝土內(nèi)部布設(shè)循環(huán) 冷卻水管，通過冷卻水在混凝土內(nèi)部的循環(huán)降低混凝土內(nèi)部的溫度)，使混 凝土生產(chǎn)過程中的內(nèi)、外溫差及由此產(chǎn)生溫度次應(yīng)力有效降低；嚴(yán)格限制 能使混凝土溫度次拉應(yīng)力較大部位產(chǎn)生拉應(yīng)力的施工臨時(shí)荷載，必要時(shí)可 根據(jù)需要采取適當(dāng)能使混凝土溫度次拉應(yīng)力較大部位產(chǎn)生壓應(yīng)力的臨時(shí)防 護(hù)措施，以使耦合后的混凝土拉應(yīng)力降低到較低的水平，從而使混凝土不 會(huì)發(fā)生開裂的現(xiàn)象。以理論的精確計(jì)算為依據(jù)，有針對(duì)性地采取必要的養(yǎng) 護(hù)和防護(hù)措施，從而達(dá)到減少水化熱影響、提高混凝土質(zhì)量和使用壽命的 目的。
上述依據(jù)仿真分析結(jié)果對(duì)混凝土施工采取的養(yǎng)護(hù)和防護(hù)措施中的拆模 時(shí)機(jī)溫度是混凝土內(nèi)外溫差小于五度。
上述依據(jù)仿真分析結(jié)果對(duì)混凝土施工采取的養(yǎng)護(hù)和防護(hù)措施中的拆模 時(shí)間是腹板不早于七天，底板不早于十五天。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
l.本發(fā)明以精確的理論分析為依據(jù)，有針對(duì)性地采取措施，有效避免了混凝土病害的發(fā)生，提高了混凝土質(zhì)量和使用壽命；
2.針對(duì)性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)合理，便于施工，能提高建橋質(zhì)量。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的1/4仿真模型圖。 圖2是圖1的下半部分。
圖3是下半部分澆筑完成3. 5d后的溫度場(chǎng)云圖。 圖4是下半部分澆筑完成10d后的溫度場(chǎng)云圖。 圖5是腹板中心與內(nèi)、外表面的溫差時(shí)程曲線圖。 圖6是底板中心與內(nèi)、外表面的溫差時(shí)程曲線圖。 圖7是下半部分澆筑完成5d最大應(yīng)力分布圖(左邊圖顯示正面，右邊 圖顯示背面)。
圖8是下半部分澆筑完成10d最大應(yīng)力分布圖(左邊圖顯示正面，右 邊圖顯示背面)。
圖9是底板中心與內(nèi)、外表面的應(yīng)力時(shí)程曲線圖。 以上有關(guān)附圖中色塊深淺不同表示所處狀態(tài)不同。
以上附圖中標(biāo)號(hào)及其對(duì)應(yīng)名稱如下頂板l;底板2;腹板3;橫隔板 4;橋墩5; 0號(hào)塊外端面6;人孔7;齡期8;溫差值9;與內(nèi)表面溫差值 9a;與外表面溫差值9b;拉應(yīng)力值10;特征點(diǎn)1的拉應(yīng)力值10a;特征點(diǎn)
2的拉應(yīng)力值10b;特征點(diǎn)3的拉應(yīng)力值10c。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明該實(shí)施例是一座大跨
度單箱單室連續(xù)箱梁剛構(gòu)橋的0號(hào)橋，箱梁長(zhǎng)12m，高15m，頂板1寬16. 4m， 底板2寬7. 5m。腹板3厚度為lm，箱梁內(nèi)橫隔板4厚度為lm，底板2厚度 達(dá)到1.7m，底板2下部與橋墩5相連。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的1/4仿真模型圖。大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的0號(hào)塊 一般為沿軸線方向和橫橋向均對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，因此只需建立1/4仿真模型， 設(shè)置合理的對(duì)稱邊界條件即可。
圖2是圖1中第一次澆筑的部分。本實(shí)施例0#塊高達(dá)15m，故分為兩 次澆筑完成，第一次澆筑8m高，第二次澆筑剩余的7m。本實(shí)施例選取第一相關(guān)分析進(jìn)行說明。
圖3是第一次澆筑部分施工完成3.5d后的溫度場(chǎng)云圖。圖中顯示8m 高部分施工完成3. 5d后的仿真分析所顯示的混凝土溫度分布情況，底板2 內(nèi)、外溫度差異較大，約14t:，而腹板3內(nèi)、外溫度差異相對(duì)較小，約6.5。C。
圖4是第一次澆筑部分施工完成10d后的溫度場(chǎng)云圖。圖中顯示8m高 部分施工完成10d后的仿真分析所顯示的混凝土溫度分布情況。經(jīng)過10d 養(yǎng)護(hù)，底板2內(nèi)、外溫度差異較大，約9。C，而腹板3內(nèi)、外溫度差異很小，
僅3。C。
圖5是第一次澆筑部分腹板3中心與內(nèi)、外表面溫度時(shí)程曲線圖。本 圖顯示8m高部分混凝土從施工完成至齡期達(dá)到10d這一過程中，仿真分析 顯示的腹板3混凝土中心分別與腹板3內(nèi)、外表面的溫度差異變化情況。 由圖中曲線可以看出，當(dāng)混凝土齡期達(dá)到2d時(shí)，腹板3混凝土中心分別與 內(nèi)、外表面的溫度差異最大，溫差值9為1(TC;當(dāng)混凝土齡期達(dá)到7d時(shí)， 腹板3混凝土中心分別與內(nèi)、外表面的溫差9降低到5'C以下。
圖6是第一次澆筑部分底板2中心與內(nèi)、外表面的溫差時(shí)程曲線圖。 本圖顯示底板2混凝土從施工完成至齡期達(dá)到10d這一過程中，仿真分析 所顯示的底板2混凝土中心分別與底板2內(nèi)、外表面的溫度差異變化情況。 由圖中曲線可以看出，當(dāng)混凝土齡期達(dá)到5d時(shí)，底板2混凝土中心分別與 內(nèi)、外表面的溫度差異最大，溫差值9接近18"C;當(dāng)混凝土齡期達(dá)到10d 時(shí)，底板2混凝土中心分別與內(nèi)、外表面的溫度差異有所降低，溫差值9 約為9"C。
圖7是第一次澆筑部分施工完成5d最大應(yīng)力分布圖。圖中顯示8m高 部分施工完成5d后的仿真分析所顯示的混凝土受水化熱引起起的溫度差產(chǎn) 生的溫度次應(yīng)力與其它荷載產(chǎn)生的應(yīng)力耦合之后分布情況?？梢钥闯?，腹 板3拉應(yīng)力較小，為(-1. 0 1. O)MPa;底板2內(nèi)表面的拉應(yīng)力普遍為(2. 0 2. 4) MPa，底板2外表面及0號(hào)塊外端面6區(qū)域的拉應(yīng)力相對(duì)較大，超過 4. OMPa;人孔7上下邊緣局部區(qū)域拉應(yīng)力也大于4. OMPa。
圖8是第一次澆筑部分施工完成10d最大應(yīng)力分布圖。圖中顯示8m高 部分施工完成10d后的仿真分析所顯示的混凝土受水化熱引起的溫度差產(chǎn) 生的溫度次應(yīng)力與其它荷載產(chǎn)生的應(yīng)力耦合之后分布情況?？梢钥闯?，混
6凝土澆筑10d后，底板2內(nèi)側(cè)的拉應(yīng)力為(1.0 2.0) MPa，底板2外側(cè)的 拉應(yīng)力為(1.5 3.0) MPa， 0號(hào)塊外端面6處大于3. 0MPa。
圖9是第一次澆筑部分底板2中心與內(nèi)、外表面的應(yīng)力時(shí)程曲線圖。 本圖顯示底板2混凝土從施工完成至齡期達(dá)到10d這一過程中，仿真分析 所顯示的是混凝土中3個(gè)特征點(diǎn)受水化熱引起溫度差產(chǎn)生的溫度次拉應(yīng)力 與其它荷載產(chǎn)生的應(yīng)力耦合之后的拉應(yīng)力值10隨混凝土齡期增長(zhǎng)的變化情 況。由圖中曲線可以看出，當(dāng)混凝土齡期達(dá)到5d時(shí)，底板2混凝土的拉應(yīng) 力值10最大，然后隨著齡期增加拉應(yīng)力值10逐漸降低。
根據(jù)圖3 圖9中溫度和應(yīng)力隨時(shí)間變化的情況制定以下養(yǎng)護(hù)措施
1. 鑒于混凝土從施工完成到齡期10d混凝土拉應(yīng)力雖然比最高時(shí)刻有 所降低，但總體拉應(yīng)力水平仍然較高，故采用混凝土表面全覆蓋養(yǎng)生的措 施，可防止水分蒸發(fā)和陽(yáng)光直射。
2. 溫度應(yīng)力較大區(qū)域，加強(qiáng)在初凝期間養(yǎng)護(hù)，防止熱量和水分散 發(fā)過快致使內(nèi)外溫差過大。
3. 以混凝土內(nèi)外溫差小于5t為控制拆模時(shí)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，則腹板3 的拆模時(shí)間不宜早于7天，底板2的拆模時(shí)間不宜早于15天。
4. 嚴(yán)格控制施工臨時(shí)荷載，盡量減少對(duì)混凝土的不利影響。 通過以上措施的采用，該實(shí)施例施工全過程未出現(xiàn)混凝土開裂的
現(xiàn)象，混凝土質(zhì)量?jī)?yōu)良，為后續(xù)結(jié)構(gòu)物施工打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.一種大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋0#塊施工水化熱控制方法，其特征在于首先對(duì)大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋0#塊混凝土施工過程中的水化熱及荷載影響進(jìn)行精確的仿真分析，得出0#塊混凝土施工過程中各個(gè)時(shí)刻的混凝土溫度分布狀態(tài)；再將0#塊施工過程中各部位在各個(gè)時(shí)刻的溫度分布狀態(tài)以溫度荷載的形式加載至結(jié)構(gòu)仿真模型，與混凝土實(shí)際承受的其他荷載作用進(jìn)行耦合后，可得出0#塊混凝土施工過程中各部分在各個(gè)時(shí)刻的耦合拉應(yīng)力量值及其分布狀態(tài)，從而可預(yù)知0#塊混凝土施工過程中混凝土受水化熱影響產(chǎn)生較大拉應(yīng)力的部位及其作用時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間；最后依據(jù)仿真分析結(jié)果反映的構(gòu)件溫度及拉應(yīng)力狀態(tài)，有針對(duì)性地對(duì)混凝土采取合理的養(yǎng)護(hù)和防護(hù)措施。
2. 按權(quán)利要求1所述的大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋0#塊施工水化熱控制方法， 其特征在于上述依據(jù)仿真分析結(jié)果對(duì)混凝土施工采取的養(yǎng)護(hù)和防護(hù)措施 包括采用高效覆蓋層覆蓋混凝土和/或在混凝土內(nèi)部設(shè)循環(huán)冷卻水管。
3. 按權(quán)利要求1所述的大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋0#塊施工水化熱控制方法， 其特征在于上述依據(jù)仿真分析結(jié)果對(duì)混凝土施工采取的養(yǎng)護(hù)和防護(hù)措施 中的拆模時(shí)機(jī)溫度是混凝土內(nèi)外溫差小于五度。
4. 按權(quán)利要求1所述的大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋0#塊施工水化熱控制方法，其特征在于上述依據(jù)仿真分析結(jié)果對(duì)混凝土施工采取的養(yǎng)護(hù)和防護(hù)措施 中的拆模時(shí)間是腹板不早于七天，底板不早于十五天。
全文摘要
一種大跨度混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋0#塊施工中的水化熱控制方法，是在對(duì)大跨度混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋0#塊混凝土施工過程進(jìn)行水化熱及荷載影響仿真分析的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地對(duì)混凝土采取合理的養(yǎng)護(hù)及防護(hù)措施，使混凝土生產(chǎn)過程中由于水化熱、施工臨時(shí)荷載等不利因素產(chǎn)生的拉應(yīng)力有效降低。從而有效減少或避免混凝土病害的發(fā)生，提高了混凝土質(zhì)量，延長(zhǎng)了混凝土的使用壽命，進(jìn)而可提高橋梁的建筑質(zhì)量。
文檔編號(hào)E04G21/00GK101591889SQ20081023745
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者周超舟, 張愛花, 李軍堂, 毛偉琦, 涌 江, 涂滿明, 秦順全 申請(qǐng)人:中鐵大橋局股份有限公司