大體積承臺(tái)混凝土水化熱仿真模擬計(jì)算及溫控方案優(yōu)化

　　摘要： 以大跨度連續(xù)梁主墩大體積承臺(tái)基礎(chǔ)為研究對(duì)象，通過有限元分析軟件midas civil模擬溫度場(chǎng)分布，用來(lái)設(shè)計(jì)和優(yōu)化施工中的保溫降熱措施，減小混凝土內(nèi)外溫差，有效避免了裂縫的產(chǎn)生，本工程的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)類似施工中的優(yōu)化溫控和防裂措施，有一定的借鑒作用。
　　Abstract： The large-scale continuous-girder pier main bulk foundation platform was used as the research object. The finite element analysis software midas civil was used to simulate the temperature field distribution. It was used to design and optimize the heat-preservation and heat-reduction measures during construction， and reduce the temperature difference between the inside and outside of the concrete， thus avoiding the occurrence of cracks. The experience of this project can be used as a reference for optimization of temperature control and crack prevention measures in similar constructions.
　　關(guān)鍵詞： 大體積混凝土；溫度控制；冷卻管；有限元
　　Key words： mass concrete；temperature control；cooling pipe；finite element
　　中圖分類號(hào)：U443.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）14-0184-05

0 引言

　　大體積混凝土施工時(shí)，由于膠凝材料水化過程產(chǎn)生了大量的水化熱，熱量在結(jié)構(gòu)體中產(chǎn)生梯度溫度效應(yīng)，當(dāng)梯度溫差過大時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)�出現(xiàn)貫通裂縫，對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響[1]。本文基于大跨度連續(xù)梁主墩承臺(tái)基礎(chǔ)施工，利用有限元軟件Midas civil對(duì)施工的溫度場(chǎng)分布進(jìn)行了全真模擬和分析，優(yōu)化了冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的布設(shè)和保溫隔熱措施，澆筑之后對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)外不同部位的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)控進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證，以此來(lái)確保大體積混凝土的施工質(zhì)量。

1 工程概況

　　連鎮(zhèn)鐵路跨鹽邵河連續(xù)梁橋跨布置為（75+128+75）m，719#主墩基礎(chǔ)一階承臺(tái)幾何尺寸為13.6m×18.8m，厚度為4.0m。承臺(tái)基坑四周采用拉森鋼板樁圍堰，基坑封底采用1.0m厚C20混凝土，一階承臺(tái)采用C30混凝土。一階承臺(tái)一次性連續(xù)澆筑成型，澆筑方量1022.7m3，施工工期在8月底，天氣溫度高，澆筑溫度控制難度大。
　　根據(jù)夏季施工方案和熱工計(jì)算的結(jié)果，通過抽取深井水作為拌和水，骨料在棚內(nèi)利用空調(diào)降溫以及水中加入冰塊的方法，降低混凝土溫度；還根據(jù)天氣預(yù)報(bào)情況，選取氣溫較低的夜間時(shí)段進(jìn)行施工；還在承臺(tái)中提前預(yù)埋冷卻水管，澆筑后即通過冷卻循環(huán)水降低混凝土內(nèi)部溫度。通過Midas civil軟件的仿真分析計(jì)算，采取了一系列的溫控措施，最終達(dá)到了夏季大體積混凝土施工的溫控目的。

2 分析模型的施工階段模擬

　　為了更準(zhǔn)確地利用Midas civil軟件對(duì)模型進(jìn)行水化熱分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際施工情況，將模型的施工分為兩個(gè)階段：
　　第一階段：施工封底墊層混凝土，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度C20，尺寸20.8m×15.6m，厚1.0m，施工結(jié)束20天（約500小時(shí)）后，再施工第二階段。
　　第二階段：一階承臺(tái)混凝土在拌和站集中拌和，混凝土罐車?yán)�運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，用混凝土泵車泵送入模，從單端斜向分層連續(xù)澆筑。承臺(tái)四周模板采用組合鋼模厚10mm，模板與基坑鋼板樁圍堰空間1.0m。施工環(huán)境溫度25℃，混凝土入模溫度20℃；混凝土澆筑結(jié)束后，表面采用4cm厚草袋進(jìn)行覆蓋灑水保濕養(yǎng)護(hù)。

3 相關(guān)分析數(shù)據(jù)的取值與計(jì)算

　　3.1 混凝土配合比
　　承臺(tái)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C30，水泥采用普通硅酸鹽水泥，粉煤灰摻量按膠凝材料總量的30%摻入，水膠比0.4，配合比如表1。
　　3.2 材料特性以及環(huán)境熱量交換參數(shù)
　　根據(jù)相關(guān)資料，取midas civil中計(jì)算的相關(guān)參數(shù)，如表2。[2]
　　3.3 混凝土絕熱溫升
　　混凝土內(nèi)部的最高溫度，實(shí)際上是由澆筑溫度、水泥水化熱引起的絕對(duì)溫升和混凝土澆筑后的散熱溫度三部分組成。根據(jù)公式[3]計(jì)算得出承臺(tái)混凝土的絕熱溫升：
　　利用midas civil模擬C30混凝土的放熱函數(shù)如圖1。
　　3.4 澆筑體的熱對(duì)流系數(shù)
　　承臺(tái)混凝土澆筑后，表面及四周覆蓋4cm厚的草袋進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，則承臺(tái)與空氣的熱對(duì)流系數(shù)根據(jù)公式[5]計(jì)算為：

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