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时间:2019-05-11
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1、234科技研究城市道桥与防洪2011年6月第6期大型箱形结构温度裂缝防控措施定量分析黎军(中冶京诚工程技术有限公司,江苏南京210004)摘要:结合某实际工程,针对分层、分缝(或设置后浇带)、部分整体浇筑和多种保温等防裂措施,用三维温度场徐变应力场有限元仿真计算分析程序进行计算对比分析,量化各防裂措施的防裂效果,并找出了最有效的防裂措施。关键词:箱形结构;温度裂缝;防控措施;定量分析中图分类号:TU375文献标识码:A文章编号:1009—7716(2011)06—0234—04一外界气温;1概述£一一时间;目前,大型箱形结构在
2、工程中应用较为广泛。r——混凝土龄期。该结构具有工程量大、施工时间长、复杂度高的特由泛函的驻值条件=o和时间差分,可得向点。该结构混凝土浇筑量大,横向纵向尺度较大,01因此容易产生裂缝。裂缝的存在不但削弱了建筑后差分的温度场仿真计算递推方程组:的整体性,影响结构的安全运行,而且还会引起各种工程问题,如渗漏、钢筋锈蚀等。因而,预防混(In】+。)一R。l=。(2)凝土裂缝将是该结构建设中主要课题之一。防止式(2)中:[】——热传导补充矩阵;混凝土裂缝的产生和发展目前已有许多工程措卜一热传导补充充矩阵;施,如分缝(或设置后浇带)、
3、温控措施和改进材{),{+)——节点温度列阵;料性能等。但是,这些工程措施对防裂的影响大多{+)——节点温度载荷列阵。是定性上的,鲜有定量分析。本文采用笔者编制的2.2徐变应力场计算原理三维温度场徐变应力场有限元仿真程序,精确模根据弹性徐变理论,可用增量初应变方法计拟各种施工因素、外部环境及防裂措施的作用,定算施工期、运行期内由于混凝土自身体积变形、变量分析探讨这些工程措施对防裂的影响,将为工温和干缩等因素而引起的混凝土的应力,应变增程设计和建设提供更为详细、准确的依据,对设计量可写为:和施工具有较大的指导价值。f△占)={△
4、e)+{△C}+(△』}+f△5)+f△U)(,3)、2有限元仿真计算原理式(3)中:{△:l——弹性应变增量;2.1温度场计算原理I△占)——徐变应变增量;据变分原理,三维非稳定温度场问题的求解可取如下泛函:{△卜一温度应变增量;,(:嗄{丢[()+()+()]+(詈一{△占s}——干缩应变增量;{△:)——自生体积应变增量。罢)TdxdydzI.3,T(1)饫A,艾增重i△c)由式(4)计算:式(1)中:R,——计算域;{c}=(叼}+c(f,)[Q]{Ao-}(4)卜温度;式(4)中:——导温系数;{叼l:∑(1一-rA
5、,r){cIJI{叼l=∑(1一e){cIJ)(5)A——导热系数;sn——表面散热系数;{}={}}e-rA"ga_I++[[QQ】】{{△△盯盯。l}}((7。1))e-0⋯((6))sn-1,收稿日期:2011-01一o6c(£,):∑()[1-e'“)](7)作者简介:黎军(1976一),男,湖北咸宁人,工程师,硕士,主要从事水工结构及桥梁结构的设计工作。徐变应变增量法计算的详细过程见文献【1,2]。2011年6月第6期城市道桥与防洪科技研究235232个时步,做到施工期间每2h计算一次,施工3防裂措施的定量分析后每4
6、.8h计算一次。由于气温日变化难以确定,某箱形结构顺水流方向长108.604let,垂直水计算时采用日平均气温。为使结果具有可比性,选流方向长122.48m,采用C30钢筋混凝土上槽下取4个特征点的应力计算结果进行比较,这4个洞立体结构型式,洞身为三孑L一联的钢筋混凝土点的分布如图3所示。箱形结构,结构最长段为31.272m,宽24.4m,地基土为粉质粘土,如图1所示。模板采用竹胶模板。厚1.2cm。图3计算结果特征点布置示意图图1立交地涵平面图和剖面图(单位:m)大体积混凝土常用的防裂措施有:(1)掺加粉计算时取三孔—联的一
7、半,共划分节点31284个,煤灰,减少水泥用量,降低混凝土的绝热温升;单元24848个,网格透视图如图2所示,计算热力(2)实施降温措施,降低人仓温度;(3)分缝或设学参数和力学特性参数分别如表1和表2所示。置后浇带;(4)保温措施,如挂草袋、铺保温被、贴聚乙烯泡沫塑料板等;(5)缩短间歇期;(6)整体浇筑或部分整体浇筑;(7)添加微膨胀剂,以补偿温度收缩变形;(8)通冷却水管。由于该箱体结构为薄壁结构且载荷较大,水泥用量较多,因而降低混凝土的绝热温升受到一定的限制。由于混凝土浇筑不具备连续浇筑条件,降低人仓温度势必投人过大而
8、不现实。另外,缩短间歇期也因为钢筋和模板工程工期较长而潜力较小,通冷却水管虽然是较为有效的措施,但是施工较为复杂,对施工要求较高,且费用相对较高。相对来说,图2立交地涵网格透视图分层浇筑、分缝或设置后浇带、保温和部分整体浇筑对施工影响不大,易于实现,成为防裂措施的首表1地涵混
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