索塔承台大体积混凝土温控方案
目录
1概述 (1)
2.温度应力仿真计算 (1)
2.1气象资料 (1)
2.2设计资料 (1)
2.3承台仿真计算 (2)
2.4下塔柱实心段仿真计算 (6)
3.温控标准 (8)
4.现场温度控制措施 (9)
4.1混凝土配制 (9)
4.2混凝土浇筑温度的控制 (9)
4.3冷却水管的埋设及控制 (10)
4.4内外温差控制 (11)
4.5施工控制 (11)
5.现场监控 (12)
5.1监测仪器及元件 (13)
5.2现场监测 (13)
5.3现场监测异常的应对措施 (15)
1概述
XX大桥B标段索塔大体积混凝土包括承台及系梁、下塔柱实心段。
索塔承台为哑铃型，其平面尺寸为54.25m×21.4m，承台厚度为8.0m，其中系梁部分平面尺寸为11.45m×10.0m，混凝土标号为C40，拟分三次浇筑成型，浇筑高度分别为3.0m+2.5m+2.5m。
下塔柱实心段为圆台形，平面尺寸为7.5m×7.5m，高为3.0m，混凝土标号为C55，拟采用一次浇筑成型。
为防止构件产生裂缝而影响桥梁使用寿命，需对大体积混凝土结构进行合理的温控设计与控制，以保证混凝土使用寿命和运行安全。XX公司对该承台大体积混凝土进行了温控方案设计，应用《大体积混凝土施工期温度场及仿真应力场分析程序包》计算了索塔承台和下塔柱实心段混凝土的内部温度场及仿真应力场，并根据计算结果制定了控制有害温度裂缝的温控标准和相应的温控措施。
2.温度应力仿真计算
2.1气象资料
桥址地处云南腾冲地区，该地属热带季风气候，年平均气温14.8℃，极端最高气温30.5℃，极端最低气温-4.2℃，冬无严寒，夏无酷暑，气候温和。1996~2012年间各月份气候统计资料见图2-1。
图2-1 腾冲地区气候统计图
2.2设计资料
索塔承台混凝土设计强度等级为C40，塔柱设计强度等级为C55。其中C40混凝土配合比设计见表2-1。
表2-1 C40承台混凝土配合比（kg/m 3）
C40承台、 C55塔柱混凝土劈裂抗拉强度参考值按经验取值，见表2-2；物理热学参数根据配合比进行计算并参考经验值，见表2-3。
表2-2 C40承台、 C55塔柱混凝土劈裂抗拉强度参考值(MPa)
表2-3 C40承台、 C55塔柱混凝土物理热学参数
计算时考虑徐变对混凝土应力的影响，混凝土的徐变取值按经验数值模型，如下式所示：
)1)(70.11()1)(20.91(),()(005.045.02)(30.045.01τττττ-------++-+=t t e C e C t C
式中：C 1＝0.23/E 2，C 2＝0.52/E 2，E 2为最终弹模。
2.3承台仿真计算
2.3.1模型参数
★ 索塔承台为哑铃型，其平面尺寸为54.25m×21.4m ，承台厚度为8.0m ，其中系梁部
分平面尺寸为11.45m×10.0m ，混凝土拟分三次浇筑成型，浇筑高度分别为3m+2.5m+2.5m ，系梁部分设后浇带。根据结构对称性，取索塔承台混凝土1/4（单次浇筑1/2）进行温度应力计算，计算模型网格剖分图见图2-2。
★ 承台C40混凝土受C30封底混凝土及16根桩基约束。
★参考气候资料，风速按≥4.0m/s考虑。
★采用钢模板施工，其侧面等效表面放热系数为1840.0 kJ/(m2·d·℃)，混凝土上表面散热系数为1973.5 kJ/(m2·d·℃)。
★计算时考虑冷却水管的降温效果，冷却水管布置见设计文件。
★温度及温度应力计算从混凝土浇筑开始，模拟之后半年的温度应力发展。
图2-2 索塔承台1/4（单次浇筑1/2）网格剖分图(附带封底混凝土约束)
2.3.2计算结果
索塔承台混凝土浇筑温度设定为不大于28℃。在以上设定条件下，索塔承台第一层内部最高温度计算值为68.8℃，第二层内部最高温度计算值为67.2℃，第三层内部最高温度计算值为67.2℃，温峰出现时间约为浇筑后第2~3天。索塔承台内部最高温度包络图见图2-3，温度应力场分布见图2-4，应力计算结果见表2-4。
图2-3 索塔承台最高温度包络图（单位：℃）
A1：承台第一层混凝土3天应力场B1：承台第一层混凝土7天应力场
C1：承台第一层混凝土28天应力场D1：承台第一层混凝土温度稳定后应力场
A2：承台第二层混凝土3天应力场B2：承台第二层混凝土7天应力场
C2：承台第二层混凝土28天应力场D2：承台第二层混凝土温度稳定后应力场
A3：承台第三层混凝土3天应力场B3：承台第三层混凝土7天应力场
C3：承台第三层混凝土28天应力场D3：承台第三层混凝土温度稳定后应力场
图2-4 索塔承台应力场分布图（单位：0.01MPa）
表2-4 索塔承台温度应力场结果
龄期3d 7d 28d 半年第一层温度应力（MPa） 1.22 1.47 2.52 2.45 第二层温度应力（MPa） 1.17 1.37 2.05 2.03 第三层温度应力（MPa） 1.11 1.23 1.42 1.41 最小安全系数 1.48 1.90 1.55 1.71
从图2-3可以看出混凝土内部温度较高、散热较慢，应优化中间部位水管布置、加强内部通冷却水，注意表面保温。
由图2-4和表2-4可以看出，受浇筑层较厚且封底混凝土约束较大影响，承台第一层早期(3d)应力发展较快，集中于上表面外围；7d后有部分应力向承台内部转移并快速发展至稳定水平。承台第二层、第三层早期(3d)应力较大，集中于上表面及侧面；7d后表面应力部分向承台内部转移，内部应力有一定发展，但后期应力整体水平不高。
根据温度应力计算结果，对不同部位、不同龄期、不同抗开裂能力的混凝土采取不同的温控要求。承台各龄期最小抗裂安全系数为1.48，安全系数较高(≥1.4)，抗开裂能力较强，需根据工况采取普通温控措施，严格控制内表温差，做好表面保温保湿养护工作，以避免索塔承台混凝土出现干缩裂缝及有害温度裂缝。
2.4下塔柱实心段仿真计算
2.4.1模型参数
★下塔柱实心段为圆台形，平面尺寸为7.5m×7.5m，高为3.0m，拟一次浇筑成型。根据结构对称性，取下塔柱实心段混凝土1/4进行温度应力计算，计算模型网格剖分图见图2-5。
★下塔柱实心段C55混凝土受承台C40混凝土约束。
★参考气候资料，风速按≥4.0m/s考虑。
★采用钢模板施工，其侧面等效表面放热系数为1840.0 kJ/(m2·d·℃)，混凝土上表面散热系数为1973.5 kJ/(m2·d·℃)。
★计算时考虑冷却水管的降温效果，冷却水管布置见设计文件。
★温度及温度应力计算从混凝土浇筑开始，模拟之后半年的温度应力发展。
图2-5 下塔柱实心段1/4网格剖分图(附带承台混凝土约束)
