基于Midas/Civil的大体积混凝土施工期水化热仿真分析

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摘要：大体积混泥土水化热问题是桥梁界普遍关心的问题，由于混凝土的水化热作用，大体积混凝土在浇筑过程中将产生大量的水化热。本文通过有限元midas/civil软件对福建省福州市琅岐闽江大桥3#主墩承台大体积混凝土结构水化热进行分析，有效模拟施工期现场承台水化热是该承台施工的关键。

关键词：大体积混泥土；水化热 ；有限元midas/civil

中图分类号：TU528文献标识码： A

1 、工程概况

福建省福州市琅岐闽江大桥主线全长6.789km。该桥主桥为跨径布置60m+90m+150m+680m+150m+ 90m+60m =1280m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥，采用半漂浮结构体系。其中主桥3#主塔墩承台为矩形承台，顺桥向宽30m，横桥向宽48m，厚6m，矩形承台4个角设置3*3m的倒角；设计方量为8593.6m3，分两层浇筑(2m+4m)，单次浇筑最小方量为2864.5m3，混凝土标号为C35性能海工混凝土；承台下设32根直径为2.8米的端承桩，

2、承台的有限元模型分析

2.1 材料特性值

材料特性值 表2.1-1

2.2 承台有限元模型建立

根据对称性，取1/4结构建模进行分析，为了使模型计算结果更能贴近现实的施工，模型中还包含了3米厚的地基、0.5米厚的混凝土垫层和6层冷却水管。

2.3计算结果

2.3.1 温度场分析结果

承台混凝土第一层和第二层浇筑时间分别为12月上旬和下旬，气温约为10 ~ 20℃，浇筑温度按不超过25℃控制。在以上设定条件下，承台第一层内部最高温度计算值为47.9℃， 第二层内部最高温度计算值为53.4℃，温峰出现时间约为浇筑后第2~3天。

2.3.2 应力场分析结果

本结果只从两层浇筑的中心点和表面点进行查看，承台第一层浇筑中心点和表面点温度应力，承台结构中心点和表面点拉应力始终小于容许拉应力，因此承台结构不会产生温度裂缝。

3、施工期混凝土温控分析

施工期混凝土温度实际施工与理论计算对比 表3.1

经过分析：第一层混凝土内部实际最高温度与理论计算几乎一致；第二层混凝土内部实际最高温度与理论计算有1.4℃差别，主要在于现场的冷却水管有局部堵塞导致水管流量减小使施工现场混凝土的最高温度稍偏高于理论计算的最高温度。

4、相关建议

大体积混凝土温控施工是一个庞大的系统工程，它联系了混凝土的原材料选择、混凝土配合比的选定、混凝土搅拌、运输、浇筑、振捣、冷却水管的布置、养护、保温的一系列工作，每个环节都是温控施工的关键工序。本文针对该项目的具体情况并结合有限元的建模参数信息对现场采取了以下具体措施：

4.1 混凝土浇筑的合理分层

本工程结合现场实际施工情况和有限元的仿真计算对承台进行了分层，第一次浇筑高度为2m，第二次浇筑高度为4m。分层后，混凝土浇筑时间间隔严格按照《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50―2011）进行施工。

4.2 控制混凝土的浇筑温度

同一标号的混凝土入模温度越高，混凝土的温升值就越高。本项目在浇筑混凝土前通过调整混凝土原材料的温度来控制混凝土的入模温度，最终现场混凝土的入模温度控制在20℃左右，达到了有限元软件的分析参数要求。

4.3 冷却系统设施施工及控制

大体积混凝土的温控宜按照“外保内降”的原则，本工程采取对混凝土内部设置冷却水管通循环水进行冷却，对混凝土外部采取覆盖土工布进行保温，冷却水管实际位置布置严格按照有限元模型分析后的理论位置进行布置，冷却水流量控制在3m³/h，进出口水温相差小于等于10℃，且水温与内部混凝土的温差不大于20℃，降温速率不大于2℃/d。

5、结束语

1．通过实例证明，采用Midas/civil软件建立大体积混凝土水化热的有限元分析模型，其结果准确，能够正确动态模拟施工现场采取降温措施后的混凝土水化热。

2. 承台大体积混凝土施工过程中，施工现场人员应该严格按照Midas/civil软件计算模拟的相关温控措施进行施工，这样才能有效的保证大体积混凝土浇筑完成后各项数据得到准确的控制。

参考文献:

[1]JTG/T F50-2011,公路桥涵施工技术规范[S].

[2]陈仲先,汤雷.大型桥梁中大体积混凝土的温度控制[J].桥梁建设,2001.

作者简介：高杰(1986-)，男，汉族，重庆市渝中区人，工程师，主要从事特大型桥梁施工技术管理方面的研究.

宪光侨(1986-)，男，汉族，重庆市渝中区人，助理工程师，主要从事特大型桥梁施工技术管理方面的研究.