江汉六桥主塔承台大体积混凝土施工期仿真研究

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1、江汉六桥主塔承台大体积混凝土施工期仿真研究　　【摘要】大体积混凝土在桥梁建设中已大量应用，尤其是桥梁的承台部分，几何尺寸大，单次浇筑方量已达数千方。为有效解决混凝土施工期的水化热，除采用低水化热混凝土等措施外，施工中一般会采取在承台内埋设冷却水管的措施，设管后的大体积混凝土的温度场变化复杂，采用传统方法计算分析比较困难。本文基于武汉江汉六桥主塔承台的大体积混凝土施工，利用有限元软件Midas/Civil，对桥梁承台大体积混凝土温度及应力场进行仿真分析。【关键词】大体积混凝土；MidasCivil；承台；三维仿真；水化热；冷却水管中图分类号：TU37文献标识

2、码：A0前言8由于承台几何尺寸大，混凝土浇注后内部水化热往往不易散失，而混凝土表面散热较快，在混凝土内外形成温度梯度，在混凝土内部与表面各质点间的内约束以及来自封底及其他外部边界约束的共同作用下，混凝土内部产生压应力，混凝土表面产生拉应力，当内外温差过大时，大体积混凝土经常出现温度裂缝。为了确保工程质量，除了在施工阶段采取必要的温度控制保证措施外，施工前进行水化热计算分析是非常必要的。为有效控制承台内外的温差，施工中一般通过在承台内埋设冷却水管来降低承台内部的温度，设管后的大体积混凝土的温度场变化复杂，采用传统方法计算分析比较困难。本文基于武汉江汉六桥主塔

3、承台施工，利用大型三维有限元软件MIDASCIVIL，建立实体模型，按照冷却水管的布置方案、水流情况、施工边界条件等因素进行了全程水化热温度及应力场的仿真分析,以预测大体积混凝土温度控制措施的具体效果。1工程概况1.1承台设计概况江汉六桥是武汉市第六座跨汉江桥梁，主线桥梁全长3050.1米。主桥采用主跨252m钢砼叠合梁自锚式悬索桥，纵向对称布置，桥跨布置为48+57+110+252+110+57+48m。主塔为框架型结构，采用群桩基础，单幅承台下行列式布置9根直径2.5m钻孔灌注桩，主塔承台为分离式承台，单幅承台尺寸为16.9m×16.9m×5.5m，采

4、用C35混凝土，单次浇筑混凝土方量达1499.3m3。图01承台结构尺寸1.2承台施工温控措施8为了有效控制承台内外温差，本工程承台混凝土将掺入粉煤灰及矿粉，降低水泥用量，以达到降低水泥水化热的目的，同时在承台预埋冷却管采用循环水降温。承台施工使用木模板，采用对拉螺杆及钢管支撑作为其支撑加固措施，混凝土水平分层浇筑，一次浇筑成型。表1大双参混凝土配合比参数2承台大体积混凝土施工有限元仿真分析本文采用通用三维有限元软件MIDASCivil对江汉六桥承台大体积混凝土水化热温度场进行仿真分析，选取主塔承台进行建模，分析时考虑大双掺混凝土特性、混凝土浇筑入模温度、

5、水化热放热规律、预埋冷却水管降温、环境温度等影响因素。2.1计算参数选取本工程主塔承台施工正值5-7月，大气温度取武汉地区日平均温度25ºC，不考虑随时间变化，计算中地基土的初始温度取20℃，承台混凝土升温函数取指数式，混凝土入模温度取30℃。本工程承台施工中将布置6层冷却水管，水管直径约0.042m，水温按23ºC，流量按平均值1m3/h考虑，自混凝土浇筑完毕后开始通水，通水周期按100h考虑。冷却水对流系数：Hp=4.75V+43.0(kcal/m2hr℃)，计算得Hp=148kcal/m2hr℃，其他参数见表2。8表2材料热特性数

6、据[1]2.2承台模型建立为了便于模型建立及水冷单元设置，对承台进行适当简化，并根据承台冷却水管布置方案进行承台模型单元划分，建模时取3m范围内地基土计算。建立的模型如图06所示，其中，带箭头蓝色粗线为冷却水管，箭头方向代表水流方向[2]。图02承台三维模型示意图图03承台midas计算简化模型示意图2.2温度场仿真结果分析运用Midascivil水化热分析模块对承台进行计算时，按照承台浇筑后温度变化规律，计算时间节点取不均匀步长，分别选取10h、20h、30h……300h、500h、1000h等16个阶段进行计算，计算完成后，为了便于观察，选取1/4承台

7、模型进行结果显示，温度场仿真分析结果如下[3]。图04承台温度场仿真计算-浇筑后10h图05承台温度场仿真计算-浇筑后50h图06承台温度场仿真计算-浇筑后100h图07承台温度场仿真计算-浇筑后1000h8通过仿真计算得到的温度场变化情况可以看出，采用大双掺低水化热混凝土配合多层冷却管降温等措施后，有效控制了承台内部温度升高，冷却管范围混凝土降温效果明显，冷却管影响范围与承台表面之间的部分温度较高。根据承台内温度场分布特点，选取承台内部、冷却管影响范围与承台表面之间及承台外表面A、B、C三个点绘制温度变化曲线如图09。图08承台特征点位置选取示意图图09

8、选取的承台特征点温度变化曲线图由图09可知：最高温度出现在混凝土浇