工程施工技术ｆ ｃ０眦ｔｎ Ｉｉ∞ ｃｈｎ０ｚＤ霉ｙｌ 大体积承台水化热分析及温度控制 Ｈｙｄｒａｔｉｏｎ Ｈｅａｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｌａｒｇｅ Ｖｏｌｕｍｅ Ｃａｐ 李招 （中铁十五局集团北京地铁１６号线项目部，北京１０００５５） ＬＩ Ｚｈａｏ （ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１５ｔｈＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐ，ＢｅｉｊｉｎｇＭｅｔｒｏＬｉｎｅ１６ＰｒｏｊｅｃｔＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００５５，ｃｈｉｎａ） 【摘要｜】采用ＭＩＤＡＳＣｉｖｉｌ有限元软件进行建模分析，研究水化热温度峰值发生的时间，内部温度应力的变化情况，并在混凝土浇 筑前采取了针对性的管冷降温措施，通过软件建模分析的方式有效控制了由于混凝土的过快升温导致的结构裂缝病害，为类似的 工程施工提供借鉴参考。 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ＴｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｉｎｇｔｈｅＭＩＤＡＳＣｉｖｉｌｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅｈｙｄｒａｔｉｏｎｈｅａｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｅａｋｔｉｍｅ，ｈｔｅｃｈａｎｇｅｓ ｏｆｉｎｔｅｒｎａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ｈｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐｏｕｒｉｎｇ，ａｎｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ｐｉｐｅ ｂｅｆｏｒｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｔｈｉｓ ｐｒｏｊｅｃｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｒａｃｋｃａｕｓｅｄｂｙｃｏｎｃｒｅｔｅｈｅａｔｕｐｔｏｆａｓｔｂｙ ｍｅａｎｓｏｆｓｏｌｔｗａｒｅｍｏｄｅｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇｒｅｆｅｒｅｎｃｅｔｏｓｉｍｉｌａｒｐｒｏｊｅｃｔ． 【关键词】水化热；有限元；管冷 【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｈｙｄｒａｔｉｏｎｈｅａｔ；ｆｎｉｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；ｐｉｐｅｃｏｏｌｉｎｇ 【中图分类号１ＴＶ５４４＋．９１ 【文献标志码】Ａ 【文章编号】１００７．９４６７（２０１７）０２—０１５１．０２ ［ＤＯｆｆ １０．１３６１６￣．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１７．０２．１６４ １工程概况 ２）混凝土的收缩徐变曲线 采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 乎遥跨汾平高速公路特大桥主跨的４８＃、４９＃墩上部结构 （ＹＥＧ Ｄ６２－－２００４）的有关规定。 为１－１１３．３ｍ系杆拱结构，承台混凝土标号为Ｃ３０，单个承台混 ２．１．２水化热计算参数 凝土方量为１４４６ｍ （下层承台１ １６５ｍ。＋上层承台２８１ｍ ），属于 根据《大体积混凝土施工规范》（ＧＢ ５０４９６－－－２００９），结合 大体积混凝土，承台分两个阶段浇筑完成，先浇筑下层承台， 现场混凝土施工配合比计算最大地热升温为３９．７℃。 待下层承台浇筑７ｄ后浇筑上层承台。 １）顶面对流：建模时采用表面覆盖１层薄膜和２ｃｍ草袋 ２建模分析 的工况，经计算等热放热系数为：ｌＯｋＪ／（ｍ￣・ｈ・℃）。 ２．１材料参数的选定 ２）侧面对流：基础侧面采用２ｃｍ木模，ｌｃｍ厚油毛毡保 ２．１．１材料力学性能参数 温，侧面风速按０考虑，其等效放热系数为１０ｋＪ／（ｍ２・ｈ・℃）。地 基侧面固定温度取２０ 。 Ｃ３０承台、地基的力学参数及热力学参数参考有关文献， 其中承台下部的地基考虑到桩基（桩径１．５ｍ，桩距４ｍ，桩基根 ２．２整体工况的模拟 数２８根）的影响，保守起见，弹性模量取值为３００ＭＰａ。 本模型采用承台的１／４对称结构进行建模，分别定义施工 周期为Ｏ～１７０ｈ，ＣＳ２阶段１７０ｈ后，地基固定温度条件取值为 １）混凝土的抗压强度变化曲线 ２Ｏ℃。 混凝土抗压强度进展采用ＣＥＢ—ＦＩＰ标准中的抗压强度发 展函数模拟，其中２８ｄ抗压强度取３０ＭＰａ。 ３分析结果 ３．１温度场分析结果 【作者简介】李招（１９８２ ），男，河北辛集人，工程师，从事道路、桥梁 根据工程经验，温崮峰僮卜般甘埘睨芏３ ｄ，并目持续ｌｄ后 与地铁施工技术研究。 开始降温，因此，取ＣＳ２阶段第４ｄ（２５０ｈ）查看分析结果（见图１）。 １５１ Ｉ工程建设与设计 『Ｃｏｎａｒｕｃｔｆｏｎ＆ＤｅｓｉｇｎＦ￣Ｐｆｏｊｅｃｌ 上下层承台区域的中，亡温度较高，绝大部分单元达到 ５１．９—５５．１ｑＣ。 时间为Ｃ５２阶段２００ｈ后，即下层承台浇筑完成３ｈ后开启管 冷措施，上层承台浇筑完成２００ｈ后关闭管冷措施。 上层承台管冷冷却水的循环时间为ＣＳ２阶段３ｈ后，结束 时间为ＣＳ２阶段２００ｈ后，即上层承台浇筑完成３ｈ后开启管 冷措施，上层承台浇筑完成２００ｈ后关闭管冷措施。 ４．２管冷参数计算 管冷冷却水直接采用井水，井水水温为１５￣Ｃ。冷却管为内 径￣ｂ２７ｍｍ镀锌钢管，单层冷却管采用１．２ｍ 的水泵进行供 水，由于采用强制对流，管冷内流体对管壁的对流换热系数可 图１ ＣＳ２阶段２５０ｈ温度场云图 按式（１）１２计算： ０ｆ：０．０２３ ＡＲｅｏ￣．８Ｐｒ＂ ｄ ３．２细部节点温度趋势分析 选取的五点温度变化趋势基本一致，基本在第４ｄ，８０～ 蚴兰ｌ们明 ；言 聊聃酗 瑚 ｌＯ０ｈ，温度极速上升至峰值５６～５８％，随后缓慢下降，靠近大气 对流面的节点温度下降速度快，这对温度应力裂缝的控制是不 利的。 式中， 流换热系数；为Ｒｅ雷诺准数；件为普兰特准数；ｄ为管 径；Ａ为热传导率。 经计算，管冷水的对流换热系数为５３ ８５１ｋＪ／（ｍ ・ｈ・℃）。 ３．３细部节点温度应力趋势分析 对选取的５个节点在一定时间范围内的温度应力变化与 混凝土的容许应力增长进行对比，个别节点的温度应力峰值 与容许应力较为接近，如Ｎ４４４８节点温度应力为２．４２ＭＰａ，强 度增长为２．６９ＭＰａ（见图２）。考虑浇筑、振捣、养护等因素的影 响，容易出现温度裂缝。 ４．３管冷分析结果 ４．３．１管冷温度场分析结果 加设管冷后，在ＣＳ１阶段，８０ｈ时下层承台的最高温度为 ４３－４６＂Ｃ（承台中心个别单元），大部分单元的温度在４２￣Ｃ以下。 加设管冷后，在ＣＳ２阶段２５０ｈ时上层承台的最高温度为 ４ｌ—４４℃（承台中心个别单元），大部分单元的温度在４ｌ℃以下。 ４．３．２管冷细部节点温度趋势分析 ５点温度变化趋势为：选取的５点温度变化趋势基本一 致，基本在第４ｄ，８０～ｌＯＯｈ，温度极速上升至峰值，随后迅速下 降，在上层承台施工完成８ｄ（ＣＳ２阶段２００ｈ）后，停止冷却水 循环，承台内部混凝土温度均降至２８￣（２以下。 ５结论 图２细部节点分布位置图 本文通过采用ＭＩＤＡＳ ＣＩＶＩＬ有限元软件对系杆拱桥大体 积承台混凝土施工前的建模分析，提前掌握了混凝土浇筑后 各阶段的温度及温度应力场的变化情况，设计了合理的管冷 方案，有效降低了混凝土水化热产生的温度应力，最大限度地 避免了内部温度裂缝的产生，提高了结构的耐久性和抗渗性， 确保了混凝土的施工质量。 【参考文献】 【１】朱伯芳．大体积混凝土温度应力与温度控制（第２版）【Ｍ】．北京：中 国电力出版社，２０１２． ４管冷工况分析 通过对数据的分析可知，浇筑完成后承台中心有较多单 元的温度与表面温度的温差都大于２５￣Ｃ，另外，根据本文分析 的结果，为了做好工后温度裂缝的控制，需要在施工过程中加 设管冷措＝拖Ｉ”。 ４．１管冷布置方案 根据结构尺寸，计划在下层承台布置２层管冷，上层承台 布置１层冷却管，冷却管为￣ｂ２７ｍｍ镀锌钢管，层间距为ｌｍ＋ １．５ｍ，每层内流向管间距为１．２ｍ。呈“ｓ”型布置。 下层承台管冷冷却水的循环时间为ＣＳ １阶段３ｈ后，结束 １５２ 【２】赵志缙．高层建筑施工手册（第２版） ．上海：同济大学出版社，１９９７． 【收稿日期１２０１６一ｌ１—０９
