墩台大体积混凝土浇筑温度应力仿真分析<br/>——以某大体积混凝土墩台为例

墩台大体积混凝土浇筑温度应力仿真分析
——以某大体积混凝土墩台为例

2021-11-29李刘双

广东水利水电 2021年11期

张萌，李刘双

(广东省水利水电第三工程局有限公司，东莞 523710)

1 工程概况

揭阳市某项目墩台设计为水中高桩墩台，由两端异形墩台与中间条形系梁组合成哑铃状，单个墩台外形尺寸为16.5 m×56.27 m，厚为5.0 m。中间系梁宽为8 m，与墩台等厚5.0 m，墩台和系梁采用C40混凝土，共3 782.5 m3。墩台底部设计1 m高C20封底混凝土，单个墩台封底混凝土为668.2 m3。墩台设计参数见表1、结构尺寸见图1。

表1 墩台设计参数

图1 墩台结构尺寸示意(单位：mm)

墩台结构属大体积混凝土，施工中应采取工艺技术措施(如优化混凝土配合比，调整粉煤灰和水泥掺量，控制砼入仓温度、对结构采取“内部降温、外部蓄热”养护等有效办法)，同时需对大体积混凝土整个浇筑及养护过程进行温度检测，重点控制养护过程中墩台混凝土结构的里表温差不大于25 ℃[1]，防止因为里表温差过大产生温度裂缝[2]。

2 气象资料

工程处于亚热带季风气候区，日照充足雨量充沛，终年无雪少霜，年平均气温为21.4 ℃。年平均降雨量在1 351～2 144 mm之间，雨季为4—9月，平均在258～432 mm之间。近5年8—11月最高、最低气温统计见表2所示。

表2 揭阳市近5a 8—11月最高、最低气温统计 ℃

3 温度应力仿真计算

3.1 设计资料

墩台混凝土采用C40混凝土，选用P.O 42.5R水泥，配合比见表3，砼结构劈裂抗拉强度试验结果见表4，混凝土物理热学性能参数见表5。

表3 墩台混凝土参考配合比 kg/m3

表4 混凝土劈拉强度试验值 MPa

表5 大体积混凝土物理热学性能参数

3.2 计算公式模型

1) 绝热温升

绝热温升数值模型取双曲线函数[4]：

Q(τ)=Q0(1-e-ατβ)

(1)

式中：

Q0——最终绝热温升；

α，β——绝热温升变化系数。

2) 弹性模量

弹性模量随时间的增长曲线采用四参数双指数形式[4]，即

E(τ)=E0+E1(1-e-ατβ)

(2)

式中：

E0——初始弹性模量;

E1——最终弹性模量与初始弹性模量之差;

α,β——与弹性模量增长速率有关的两个参数。

3) 徐变度

根据施工经验，取混凝土徐变度如下(单位：10-6/MPa)：

C(t,τ)=C1(1+9.20τ-0.45)(1-e-0.30(t-τ))+C2(1+1.70τ-0.45)(1-e-0.005(t-τ))

(3)

式中：

E2——最终弹性模量[5]；

C1=0.23/E2，C2=0.52/E2。

4) 放热系数

砼表面等效放热系数根据下式计算：

(4)

式中：

βs——等效放热系数;

β——放热系数;

hi——保温层厚度;

λi——保温材料导热系数。

该结构侧模采用5 mm钢板，钢板外覆盖约2 mm的塑料薄膜进行保温[6]，λ钢板取163.29 kJ/(m·h·℃)，β空气=76.7 kJ/(m·h·℃)，β塑料薄膜=0.23 kJ/(m·h·℃)。

由式(4)得出等效β侧面=46 kJ/(m2·h·℃)。

该结构顶面覆盖约5 mm的土工布进行保温，β土工布=1.34 kJ/(m·h·℃)，由式(4)得出等效β表面=60 kJ/(m2·h·℃)。

3.3 浇筑温度

采用《水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程》(JTS 202-1-2010)附录中的公式对该工程墩台混凝土计划浇筑月份(8—11月)的混凝土出机口温度进行估算，配合比采用表3中的参考配合比。通过控制水泥、粗细集料、拌合水等原材料温度，使水泥罐内水泥温度不大于60 ℃、粉煤灰温度不大于40 ℃[7]。估算处不同月出机口温度结果见表6。