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新佳田铁路立交特大桥主墩承台水化热分析报告1、工程概况某立交特大桥主墩承台有两种类型，尺寸长X宽X高分别为1220x1320x350 （cm）（承 台1）和1220x1670x350 （cm）（承台2），混凝土采用C40混凝土厚度达3.5m，可能 会因混凝土中的凝胶材料水化热引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生，属于规范规 定的大体积混凝土2 参数分析采用有限元软件 Midas Civil 对承台大体积混凝土进行水化热计算大体积混凝土浇 筑后的温度变化与混凝土配合比、混凝土的入模温度、混凝土与外部的热交换、内部冷却 水管的布置等多种因素有关此工程为对称的立方体结构，为节约计算时间、提高计算效 率，承台按照1/2模型进行计算取两个承台中较大承台进行分析（承台2）为了准确 模拟承台向地基热传导过程，模型包括承台部分以及包括地基部分，其中地基向承台外拓 展3m的长度，厚3m，有限元模型如图2-1所示图 2-1 1/2 承台有限元模型（承台 2）2.1 边界设置1 、热分析边界（1）承台顶板和侧面施加相应的对流边界，对流系数大小和风速、保温层以及模板 有关不同边界设置对应的对流系数如表 2-1。

表 2-1 不同情况对应对流系数表边界设置侧面2cm木模，风速0侧面2cm木模加2cm草袋保温，风速0顶面覆盖1层薄膜和3cm草袋，风速1对流系数kJ/(m2h口)15.78.8110.70(2)大气温度没有实测数据，根据最近气温情况取固定值15°C地基土侧面、底 面以及除了和承台接触部分的顶面施加固定温度，固定温度取与大气平均温度一致，为15C2、力学边界 地基土侧面、底面施加固定约束，结构对称面约束对应方向的法向自由度2.2 计算参数混凝土的绝热升温 K 可通过式(2.1)计算2.1）Qo（W + kF ）K 二一0 C P式中：Q0——水泥最终水化热，kJ/kg,取377；W——单位体积混凝土中水泥用量，kg/m3 ；F——单位体积混凝土中混合材料用量，kg/m3 ；k——混合材料水化热折减系数，粉煤灰取0.25，矿粉取0.463；c——混凝土比热kJ/(kg°C),取0.96； p——混凝土密度，kg/m3，取2500混凝土绝热升温公式按式( 2.2)计算T (t )= K G - e-nt) (2.2)假设混凝土采用普通硅酸盐水泥，水泥添加量340kg/m3，粉煤灰添加量85kg/m3，浇 筑温度为15C，则最大绝热升温为K=56.75C，导热系数n随水泥品种、表面比及浇筑温 度不同而不同，浇筑温度为15C可取n=0.340，混凝土绝热升温时程图见图2-2。

混凝土绝热升温图 2-2 混凝土绝热升温图混凝土和地基的相关计算设定如表 2-2，其中地基参数为参考数据表 2-2 相关计算参数材料密度/(kg/m3)弹性模量/GPa线膨胀系数/C-1泊松比混凝土250032.50.000010.2地基土18370.30.000010.2材料比热/[kJ/(kgC)]热传导系数环境温度/C初始(入模)温度/C混凝土0.96101510地基土0.75315152.3 冷却管冷却管布置两层，第一层距离承台底面lm,第二层距离承台顶面lm,水管横向距离 承台侧面0.6m，水管之间间距lm,如图2-2所示各层冷却管自各层混凝土浇筑后通入 冷水，待浇筑完毕15天后停水，流量10〜20L/min水冷管对流系数取1338kJ/(m2h°C)3 计算工况设计表 3-1 计算工况工况浇筑方式承台侧面承台顶面冷管流量冷管水流初温浇筑温度环境温度工况分层浇筑2cm木模2cm草袋，风速03cm草袋，风速1m/s20L/min15C15C15口工况一次浇筑24 温控标准为保证承台在施工过程中的内部温度在控制范围内，避免承台开裂，根据《大体积混凝土施工标准》(GB_50496_2018)和《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T 3650-2020)引 入温控标准如下：(1) 混凝土内部最高升温温度小于50口；(2) 混凝土的内表温差小于25 口；(3) 使混凝土的降温速率小于2 口/d；(4) 新浇混凝土与下层已浇筑混凝土的温差小于20口。

5 计算结果分析5.1 温度分析利用有限元软件，进行工况一方案下承台浇筑的温升计算由于承台最大温度一般在中心，故提取承台中轴竖线不同高度的 7 个点的温度变化，图5- 1 所示底面距底0.5m距底1m距底1.5m距底2m 距底2.5m 距底3 m顶面510 15 20 25 30 35时间/dO6O 55 40 5 04 3 3c°檢温5 O2 2图 5-1 承台中轴竖线不同高度温度图由图5-1 可见，浇筑混凝土的第1 到3 天升温速率最快，在第一层浇筑后，最高温度 为高0.5m处的位置，为51口，在第二层浇筑后，最高温度为高2.5m处的位置，为55.5口， 最大升温值为40.50，满足混凝土内部最高升温温度小于50□的要求在第一层浇筑的7 天内，中心竖轴上最大温度差为&5口，第二层浇筑后，最大温度差为16.00,温差均不超 过 25°C承台中轴竖线不同高度的 7 个点的温度变化率见图 5-2，减温最快的为顶面处，但小 于2 口/d，满足要求543210降1230102530355\顶面15 20时间/d 底面 距底0.5m距底1m距底1.5m 距底2m 距底2.5m 距底3 m图 5-2 承台中轴竖线不同高度降温速率图为了分析承台各位置内表温差情况，提取各断面温度差，各断面位置及编号见图 5-3。

图 5-4 为各断面中心温度与侧面温度差时程图，图 5-5 各断面中心温度与顶面面温度差时程图可见断面1的内部与侧面的温度差超过了 25°C，其他均低于25°C总体上看，中心和顶面的温差较小，在5~15摄氏度之间，而中心和侧面的温差较大，在10〜25°C之间由此可知，承台侧面的保温措施需要进一步加强断面1--一一断面2断面31220/2、 {断面4 断面5图 5-3 断面位置及编号图（承台 1/2 平面图）0 5 0 5 0 500 CN CN 1 1 c°庠温表内1 2 3 4 5 面面面面面 断 断 断 断 断005101520253035时间/d图 5-4 各断面内部与侧面温差图时间/d断面1断面2断面3 断面4 断面5图 5-5 各断面内部与顶面温差图5.2 应力分析因为混凝土内外温差引起的内部约束是产生应力的主要原因，内部约束是因混凝土在 温度荷载作用下产生不规则的体积变化引起的在混凝土浇筑初期，因表面和内部较大的 温差引起膨胀变形，从而使混凝土表明和内部分别产生拉应力和压应力水化热引起的温 升达到最高值后混凝土开始降温，所以在浇筑后期，与初期材龄时相反混凝土内外将产生 收缩变形差。

因为内部的收缩变形比外部大，所以内部产生拉应力，外部产生压应力内 部约束引起的应力大小与结构内部和外表面温差成比例提取承台各表面中点和内部中心的应力以及容许抗拉强度时程图，见图 5-8，结果表 明大侧面中心的应力超过了容许应力，其余所考虑的 4 个位置的应力都不超过容许拉应(d )顶面中心图5-8承台各位置应力与容许应力时程图(横轴:时间/d,纵轴:应力/MPa)6 结论1、 工况一施工条件下，内部和侧面的温差大于或接近25°C,侧面保温措施需要加强2、 大侧面中心的拉应力超过容许应力。