大体积承台混凝土水化热温度有限元分析与控制

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1、铁道建筑2012年第9期RailwayEngineering47文章编号：1003—1995(2012)09—0047—03大体积承台混凝土水化热温度有限元分析与控制赵常煜(中国铁建十二局集团有限公司，山西太原030024)摘要：对某大桥承台混凝土施工期水化热温度进行有限元模拟分析，并现场监测混凝土水化热温度，有限元模拟与现场监测的温度发展趋势和承台混凝土最高芯部温度吻合良好。有限元模拟是预测水化热温度的有效工具，有限元模型边界条件、承台浇筑进度等与实际的差异是影响模拟精度的主要因素。研究表明：降低混凝土入模温度，优化原材料配合

2、比，布设冷却水管，良好的保温保湿措施等是水化热温度控制的有效措施。采用计算、监测以及原材料控制，现场养护等综合技术措施，避免了大体积承台混凝土施工期的温度裂缝。关键词：大体积混凝土水化热温度有限元分析控制中图分类号：U445．559文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003—1995．2012．09—14某客运专线特大桥主桥为七跨一联混凝土连续1．2相关计算参数梁，桥跨布置为(48+5×80+48)ITI，采用悬臂浇筑法承台混凝土理论配合比见表1。根据相关技术资施工。主河槽内有2106～2111等6个主墩，桥墩

3、承料，计算了混凝土的热学性能指标包括导热系数A和台尺寸为13．6In×15．2In×4．0nfl，一个承台约C30比热C。采用复合指数式水化热计算方法，估算混凝混凝土8271TI，属于大体积混凝土。为保证承台大体土最大绝热温升为40℃。根据施工方案，承台混凝土积混凝土的施工质量，对承台混凝土因水化热引起的四周采用钢模板，顶面混凝土保温材料为30mm厚棉温度变化进行科学分析和有效的温度控制是十分必要被和0．1mm厚塑料布。保温材料导热系数见表2。的。本文介绍针对该桥承台混凝土温度的有限元模模型环境温度取为固定值18。I=，地基边界

4、为固定温度拟，现场监测及温控措施，为同类工程提供有益参考。条件，温度值也取18℃。冷却水管内径0．048In，水流速度为0．6m／s。1承台水化热有限元分析1．3计算结果及分析1．1有限元模型为了研究承台大体积混凝土内部和表面温度发采用结构分析软件MIDAS建立了大桥主墩桩基展，在有限元分析和现场测试中分别取1／4承台的顶承台的水化热分析有限元模型。将地基模拟为具有一面、深2m，深4m处各8个测点进行研究。测点布置定比热和热传导率的结构，与承台一起参与水化热分如图2所示。析，建模时周边地基土尺寸取为19．2In×17．6in×本

5、文针对混凝土浇筑后的水化热温度场进行了有4．0ITI，模型中考虑了冷却水管，有限元模型见图1。限元模拟分析。取如图2所示每层测点温度的平均值代表该层温度，则承台顶面、深2m和深4in位置处混凝土温度随时间的发展曲线如图3所示。计算结果表表1承台混凝土理论配合比kg／m图1承台水化热分析有限元模型保温层厚度／m0．020．030．0001收稿日期：2012-02-21；修回日期：2012—05—31作者简介：赵常煜(197O一)，男，山西晋中人，高级工程师。导热系数／(kJ／(in·h·oC))163．290．15490．1256

6、48铁道建筑图2温度测点布置(单位：cn])550200400600800时间，}l50图4承台2Ill处混凝土温度45芝4o度较高，与冷却水之间的温差大，二者之间热量交换也赠35就较多。302水化热温度现场监测252．1监测方案0200400600800时间，h为了更好地对承台混凝土进行水化热温度控制，在有限元分析的基础上对承台进行温度监测，从而更图3承台水化热温度计算值随时间变化情况好地保证承台大体积混凝土的施工质量。承台内布设明，承台大p体、积赠混凝土温度上升较快，大约在浇筑后测温元件，测点布置如图2所示。测温时间间隔为2

7、～∞如柏∞90h时混凝土温度达到最大值，混凝土表面温度为4h，随时检查混凝土的内外温差是否在容许温差46．2℃，2m和4In处混凝土温度分别为52℃和20℃以内。根据实测数据，后期适当延长测温间隔。42．6℃。达到最高温度后，2m和4m处混凝土温度2．2监测结果分析下降比较慢，表面温度下降相对较快。800h时，表面为方便与有限元计算结果对比，取每层现场监测温度已经接近环境温度，而2m和4m处的混凝土温数据的平均值代表该深度的实测值，模拟计算与实测度仍然处于35℃～40℃的水平，说明大体积混凝土值的比较如图5所示。实测与有限元计算

8、结果的总体的内部放热是一个持续而漫长的过程。发展趋势一致，芯部温度峰值的实测值与计算值基本大体积混凝土内外温差直接导致混凝土收缩不均吻合，说明有限元模拟具有较好的实用性。由于有限匀，从而引起混凝土的开裂。因此需要对承台混凝土元模拟的边界条件很难与实际环境完全相符