寶漢高速公路大體積混凝土施工溫度及裂縫控制計(jì)算書

PAGEPAGE18XX高速公路XX特大橋主橋墩承臺(tái)大體積砼施工溫度及裂縫控制計(jì)算書一、計(jì)算說明：1、本計(jì)算書主要為XX特大橋主墩承臺(tái)(28.6×23.6×5m)砼澆筑時(shí)防止基礎(chǔ)砼裂縫而計(jì)算。2、根據(jù)施工進(jìn)度安排及現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度情況，8#墩承臺(tái)將在8月中旬施工?？紤]到XX橋址處8月份期間氣溫變化較大，計(jì)算書中所采用的許多數(shù)據(jù)均為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)室于7月30日實(shí)測(cè)，如施工時(shí)氣溫與實(shí)測(cè)出入較大，將根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。3、參考書目：《大體積砼溫度應(yīng)力及溫度控制》《高層建筑基礎(chǔ)工程施工》《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》二、砼原材料及配合比選用本工程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及實(shí)際情況，按照大體積砼施工對(duì)原材料的要求進(jìn)行材料選用及配合比優(yōu)化。水泥：選用冀東海德堡扶風(fēng)水泥有限公司生產(chǎn)的“盾石”牌P.O42.5普通水泥細(xì)骨料：選用金田砂場(chǎng)生產(chǎn)的Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)為2.90粗骨料：選用鳳翔東權(quán)讀采石場(chǎng)生產(chǎn)的5-31.5mm連續(xù)粒級(jí)碎石水：飲用水?；炷僚浜媳冉?jīng)多次試驗(yàn)優(yōu)化后，其配合比及每立方米砼各材料用量見下表：材料名稱水泥粉煤灰砂碎石水外加劑配合比10.332.833.900.530.01每m3砼材料用量（Kg）2819479610951504.125混凝土密度為2400Kg/m3三、8#墩承臺(tái)砼抗裂性應(yīng)力計(jì)算1、砼出口溫度計(jì)算各種原材料實(shí)測(cè)溫度、含水率及查閱《大體積砼溫度應(yīng)力及溫度控制》資料，得各種原材料得比熱，其數(shù)據(jù)見下表：材料名稱水泥砂碎石水室外溫度測(cè)試溫度10℃16℃17℃14℃25℃含水率05.6%0.7%比熱（KJ/KKg·℃）0.4560.6990.8044.187（Cs+Cwqs）Qsts=(0.699+4.187×5.6%)×796×16=11888.70KJ（Cg+Cwqg）Qgtg=(0.804+4.187×0.7%)×1095×17=15512.05KJCcQctc=0.456×（281+4.125）×10=1300.17KJCfQftf=0.6×94×10=564KJCw(Qw－Qsqs－Qgqg)×Tw=4.187×(150－796×5.6%－1095×0.7%)×14=5730.44KJCsQs+CgQg+ChQh+CcQc+CfQf+CwQw=0.699×796+0.804×1095+0.456×4.125+0.456×281+0.6×94+4.187×150=2251.25KJ砼出機(jī)口溫度：t0=［（Cs+Cwqs）Qsts+（Cg+Cwqg）Qgtg+ChQhth+CcQctc+CfQftf+Cw(Qw－Qsqs－Qgqg－Qwqw)×Tw］／（CsQs+CgQg+ChQh+CcQc+CfQf+CwQw）=（11888.70+15512.05+1300.17+1.881+564+6139.76）／2251.25=15.55℃注：Cs、Cg、Cc、Cw、Cf、Ch：分別為砂、碎石、水泥、水、粉煤灰及外加劑的比熱。qs、qg：分別為細(xì)砂、碎石的含水率。Qs、Qg、Qc、Qw、Qh、Qf：分別為砂、碎石、水泥、水、粉煤灰及外加劑的重量。ts1、tg、tc、tw、th、tf：分別為細(xì)砂、碎石、水泥、水、粉煤灰及外加劑的溫度。2、砼的入倉溫度計(jì)算砼出拌和機(jī)后，經(jīng)過運(yùn)輸及轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)入澆筑倉面，砼在運(yùn)輸途中冷量損失，主要由砼運(yùn)輸工具類型，運(yùn)輸時(shí)間及運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)決定，根據(jù)實(shí)際情況，基礎(chǔ)砼施工擬采用6m3砼輸送車運(yùn)至工地，采用溜槽進(jìn)入倉面。則砼進(jìn)入倉溫度為t1=t0+(ta+R/B－t0)(φ1+φ2+……+φn)式中ta：當(dāng)時(shí)氣溫ta=25℃R：太陽輻射熱，千陽北緯34.22o，取R=1226.8KJ/(m3.h)B：表面放熱系數(shù)φ1、φ2……φn：經(jīng)驗(yàn)系數(shù)根據(jù)《大體積砼溫度應(yīng)力及溫度控制》資料，砼裝卸和轉(zhuǎn)運(yùn)，每次φ=0.032，砼運(yùn)輸途中φ=Aτ，其中τ為運(yùn)輸時(shí)間，以分計(jì)。當(dāng)為6m3罐車運(yùn)輸時(shí)，A=0.0022，運(yùn)輸時(shí)間τ=20分鐘；流槽下料A=0.003，運(yùn)輸時(shí)間τ=3分鐘。裝料φ1=0.0326m3罐車運(yùn)輸20minφ2=0.0022×20=0.044轉(zhuǎn)運(yùn)φ3=0.032流槽下料φ4=0.003×3=0.0097出料φ5=0.0327共計(jì)φi=0.149t1=t0+(ta+R/B－t0)(φ1+φ2+……+φn)=15.55+(25+0.65×1226.8/80-15.70)×0.149=18.44℃3、砼的澆筑溫度計(jì)算砼入倉后，經(jīng)過平倉振搗，0.3m厚鋪筑層澆筑完畢，再進(jìn)行下一層鋪筑層砼澆筑。砼澆筑溫度tp=t1+(ta+R/B－t1)(φ1+φ2)式中：t1：入倉溫度ta：氣溫R：太陽輻射熱B：表面放熱系數(shù)φ1：平倉以前的溫度系數(shù)φ2：平倉以后的溫度系數(shù)系數(shù)φ1=Rt1式中R：經(jīng)驗(yàn)系數(shù)t1：從砼入倉后到平倉前所經(jīng)歷的時(shí)間，以分計(jì)。經(jīng)查《大體積砼溫度應(yīng)力與溫度控制》資料，取k=0.0030（1/min）。根據(jù)基礎(chǔ)平面尺寸，澆筑層厚度、砼運(yùn)輸工具及運(yùn)輸、攪拌能力等，取t=55min則φ1=0.0030×55=0.165;φ2=1-φ根據(jù)比歐準(zhǔn)數(shù)，Bi=βh/λ及傅立葉準(zhǔn)數(shù)F0=at2/h2式中：β：表面放熱系數(shù)h：每層鋪筑層厚度h=0.30mλ：砼導(dǎo)熱系數(shù)a：砼導(dǎo)溫系數(shù)t2：砼平倉以后再覆蓋一層新砼所需時(shí)間，取t2=40分鐘。當(dāng)砼中粗骨料為白云巖時(shí)，砼導(dǎo)熱系數(shù)λ及比熱C按加權(quán)平均計(jì)算，氣溫為25℃。材料名稱水泥粉煤灰砂碎石水外加劑配合比10.332.833.900.530.01每m3砼材料用量（Kg）2819479610951504.125砼導(dǎo)熱系數(shù)λ=（281×4.446+1095×15.333+796×11.129+2.160×150+4.446×94+4.446×4.125）/(281+94+796+1095+150+4.125)=11.428KJ/(m.h.℃)砼比熱C=（281×0.456+1095×0.804+796×0.699+4.187×150+0.456×94+0.456×4.125）/(281+94+796+1095+150+4.125)=0.925KJ/Kg.℃砼導(dǎo)溫系數(shù)a=λ/cρ=11.428/0.925/2400=0.00515m2/hBi=βh/λ=80×0.3/11.428=2.10F0=at2/h2=(0.00515×40/60)/0.32=0.038查《大體積砼溫度應(yīng)力與溫度控制》資料，按砼初始瞬時(shí)為均勻分布溫度t0，兩邊空氣溫度ta=0，導(dǎo)熱系數(shù)為λ，表面放熱系數(shù)為β時(shí)，澆筑層平板的平均溫度圖如下：Bi=βh/λ查上圖得φ=0.92φ1=1－φ=1－0.95=0.05砼的澆筑溫度tp=18.44+(25+0.65×1226.8/80-18.44)×(0.165+0.05)=21.99℃4、砼絕熱溫升計(jì)算：砼的絕熱溫升T（t）=〔（mc+RF）Q/cρ〕（1－e-mt）式中T（t）：在齡期t時(shí)砼的絕熱溫升值（℃）；mc：每m3砼中水泥用量（㎏/m3）mc=281㎏/m3；Q:每Kg水泥的水化熱量（KJ/Kg）；C：砼的比熱（KJ/Kg.℃）,C=0.925KJ/Kg.℃;F：粉煤灰用量,F=94㎏;ρ：砼的密度ρ=2400㎏/m3；R：折減系數(shù)；R=0.25m：系數(shù)；經(jīng)查《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》，查得：Q=377KJ/Kg經(jīng)查《大體積砼溫度應(yīng)力與溫度控制》，查得m值：澆筑溫度（℃）51015202530M（1/d）0.2950.3180.340.3620.3840.406因?yàn)閷?shí)際澆筑溫度tp=21.99℃則m=0.370T（1）=〔（281+0.25×94）×377/（0.925×2400）〕（1－e-0.370×1）=15.99℃T（2）=27.04℃T（3）=34.67℃T（4）=39.94℃T（5）=43.58℃T（6）=46.09℃T（7）=47.83℃T（8）=49.03℃T（9）=49.86℃T（10）=50.43℃T（28）=51.71℃5、砼內(nèi)部實(shí)際最高溫度計(jì)算（Tmax(τ)）8#墩承臺(tái)為樁基礎(chǔ)，，承臺(tái)高h(yuǎn)=5m，分兩次澆筑完成，每次澆筑2.5m。，其水泥水化熱的溫升屬絕熱溫升。Tmax(1)=tp+T(1)=23.25+16.20=37.98℃Tmax(2)=49.03℃Tmax(3)=56.66℃Tmax(4)=61.93℃Tmax(5)=65.57℃Tmax(6)=68.08℃Tmax(7)=69.82℃Tmax(8)=71.02℃Tmax(9)=71.85℃Tmax(10)=72.42℃Tmax(28)=73.70℃6、承臺(tái)砼表面溫度計(jì)算承臺(tái)砼澆筑完后，擬采用雙層（約2cm厚）草袋覆蓋。砼結(jié)構(gòu)的虛厚度h′=λ/?式中：λ：砼導(dǎo)熱系數(shù)；?：砼表面保溫層的傳熱系數(shù)；K：折減系數(shù)。經(jīng)查《高層建筑筑基礎(chǔ)工程程施工》資資料，K=0..666，λ=2.333w/mm·k由于?=1/（δ11/λ1+1/??q）式中：δ1：草草袋厚度；；λ1：草袋的導(dǎo)熱系系數(shù)（w//m·k）；；?q：空氣層的傳熱熱系數(shù)。經(jīng)查《高層建筑筑基礎(chǔ)工程程施工》：：?q=23w/mm·k；λ1=0.114w/mm·k?=1/（0..02/00.14++1/233）=5.338w//m2·kh′=0.666×22.33//5.388=0.229m砼結(jié)構(gòu)的表面溫溫度T2（τ）=ta+4/HH2h′(H－h(huán)′)i式中：ta：大大氣溫度；；H：砼結(jié)構(gòu)構(gòu)的計(jì)算厚厚度（m）；H=h+2h′=22.5+22×0.229=3..08mi：齡期tt時(shí)，砼中中心的溫度度與外界氣氣溫之差（℃）。TZ（1）=25+4/3..082×0.229（3.08-00.29）×（37.998-25）=29.441℃TZ（2）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（49.003-25）=33.117℃TZ（3）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（56.666-25）=35.776℃TZ（4）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（61.993-25）=37.556℃TZ（5）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（65.557-25）=38.779℃TZ（6）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（68.008-25）=39.665℃TZ（7）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（69.882-25）=40.244℃TZ（8）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（71.002-25）=40.331℃TZ（9）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（71.885-25）=40.933℃TZ（10）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（72.442-25）=41.122℃TZ（28）=25+4/3..082×0.229（3.088-0.229）×（73.770-25）=41.566℃7、承臺(tái)砼內(nèi)外溫差差計(jì)算內(nèi)外溫差是指砼砼內(nèi)部最高高溫度與砼砼表面溫度度之差。1=37..98-29.441=8.577℃；2=15..86℃；3=20.990℃；Τ4=24.337℃；5=26..78℃；6=28.443℃；Τ7=29.558℃；8=30..71℃；9=30.992℃；Τ10=31.330℃；28=322.14℃℃；8、砼應(yīng)力計(jì)算因承臺(tái)砼內(nèi)外溫差差大于25℃，現(xiàn)對(duì)砼砼抗拉強(qiáng)度度進(jìn)行驗(yàn)算算。(1)砼彈性模量量計(jì)算由=Eh（1-ee-0.009t）式中Eh：C30砼最終彈性性模量；tt：齡期經(jīng)查《路橋施工工計(jì)算手冊(cè)冊(cè)》Eh=3×104MPaaE（3）=3×104（1--e-0.009×3）=7.100×103MPaE（4）=3×104（1-e-0.009×4）=9.077×103MPaE（5）=3×104（1-e-0.009×5）=1.099×104MPaE（6）=3×104（1-e-0.009×6）=1.255×104MPaE（7）=3×104（1-e-0.009×7）=1.400×104MPaE（8）=3×104（1-e-0.009×8）=1.554×1004MPaE（9）=3×104（1-e-0.009×9）=1.677×104MPaE（10）=3×104（1-e-0.009×100）=1.788×104MPaE（28）=3×104（1--e-0.009×288）=2.766×104MPa（2）砼收縮當(dāng)量溫溫差計(jì)算由εg（t）=εg0M1……………M10（1-e-0.001t）式中εg（t）：：各齡期（d）砼收縮相對(duì)變形值；εg0：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的的最終收縮縮值；M1M2……………M110：考慮慮各種非標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)條件下下的修正系系數(shù)。由于本工程采用用普通水泥，水水泥細(xì)度<<10%，碎石為為白云巖，配配合比中水水灰比為00.4，砼砼中水泥漿漿度為21.7%，自然狀狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)護(hù)28天，環(huán)境境相對(duì)濕度度為60%。水平半徑的倒數(shù)數(shù)γ=（23.66+28..6）×2/（23.66*28..6）=0.155采用機(jī)械振搗：：配筋率n=EEgAg/EhAh由于承臺(tái)頂面及及側(cè)面都設(shè)設(shè)有一層防防裂鋼筋網(wǎng)網(wǎng)，砼在表表面范圍內(nèi)內(nèi)配筋率較較大，故取《路橋橋施工計(jì)算算手冊(cè)》表表9-86中的最大大值0.25。經(jīng)查《路橋施工工計(jì)算手冊(cè)冊(cè)》εg0=3.24×110-4M1=1.0；M22=1.0；M3=0.955；M4=1.0；M5=1.066；M7=0.88；；M8=0.888；M9=1.0；M10=0.555；εg（3）=3.24×110-4×（1-e-0.001×3）×1.0×1.00×0.995×1..0×1.066×1.099×0.88×00.88××1.0××0.555=4.488×10-6εg（4）=3.24×110-4×（1-e-0.001×4）×1.0×1.00×0.995×1..0×1.066×1.077×0.88×00.88××1.0××0.555=5.833×10-6εg（5）=3.24×110-4×（1-e-0.001×3）×1.0×1.00×0.995×1..0×1.066×1.04×0.88×00.88××1.0××0.555=7.055×10-6εg（6）=3.24×110-4×（1-e-0.001×3）×1.0×1.00×0.995×1..0×1.066×1.02×0.88×00.88××1.0××0.555=8.255×10-6εg（7）=3.24×110-4×（1-e-0.001×3）×1.0×1.00×0.995×1..0×1.066×0.988×0.88×00.88××1.0××0.555=1.022×10-55εg（8）=3.24×110-4×（1-e-0.001×3）×1.0×1.00×0.995×1..0×1.066×0.988×0.88×00.88××1.0××0.555=1.055×10-55εg（9）=3.24×110-4×（1-e-0.001×3）×1.0×1.00×0.995×1..0×1.066×0.977×0.88×00.88××1.0××0.555=1.166×10-55Eg（10）=3.224×1004×（1-e-0.001×7）×1.255×1.00×1.00×1.117×1..15×00.96×0.70×11.4×11.0×11.0=11.27××10-55Eg（28）=3.224×1004×（1-e-0.001×288）×1.255×1.00×1.00×1.117×1..15×0.93×0..70×11.4×11.0×11.0=33.16××10-55則砼收縮當(dāng)量溫溫差Tg（t）=εg（t）/α式中：α：線膨膨脹系數(shù)經(jīng)查《路橋施工工計(jì)算手冊(cè)冊(cè)》α=1.00×10--5Tg（3）=εg（3）/α=4.48×100-5/1..0×100-6=0.455℃Tg（4）=εg（4）/α=5.83×110-5/1..0×100-6=0.58℃Tg（5）=εg（5）/α=7.05×110-5/1..0×100-6=0.71℃Tg（6）=εg（6）/α=8.25×110-5/1..0×100-6=0.83℃Tg（7）=εg（7）/α=1.02×110-5/1..0×100-5=1.02℃Tg（8）=εg（8）/α=1.05×110-5/1..0×100-5=1.05℃Tg（9）=εg（9）/α=1.16×110-5/1..0×100-5=1.16℃Tg（10）=εg（10）/α=1.27×110-5/1..0×100-5=1.27℃Tg（28）=εg（28）/α=3.16×110-5/1..0×100-5=3.16℃（3）砼溫度應(yīng)力計(jì)計(jì)算砼最大綜合溫差差i=tp++2/3T+-Th式中：tp：砼砼澆筑溫度度tp=21.999℃澆完一段時(shí)時(shí)間，砼的的絕熱升溫溫值砼收縮當(dāng)量量溫差Th：砼澆筑后達(dá)到到穩(wěn)定時(shí)的的溫度。Th值根據(jù)歷年氣象象資料，取取當(dāng)年平均均氣溫，經(jīng)經(jīng)查氣象資資料，得TTh=25℃（3）=221.999+2/334.677+0.455-25=20.555℃（4）=221.999+2/3339.331+0..58-25=23.665℃（5）=221.999+2/3343.003+0..71-25=26.226℃（6）=221.999+2/3345.663+0..83-25=28.111℃（7）=221.999+2/3347.446+1..02-25=29.552℃（8）=221.999+2/3348.773+1..05-25=30.440℃（9）=221.999+2/3349.663+1..16-25=31.111℃（10）==21.999+2//350.225+1..27-25=31.663℃（28）==21.999+2//351.771+3..16-25=34.449℃則溫度應(yīng)力σ（t）=E（t）α（t）/1-νS(t))R式中：S(t))：考慮徐徐變影響的的修正系數(shù)數(shù)；R：砼的外約束系系數(shù)ν：砼的泊松比經(jīng)查《高層建筑筑基礎(chǔ)工程程施工》得得各齡期砼砼的應(yīng)力松松弛系數(shù)S(t)t(d)36912151821242730S(t)0.570.520.480.440.410.3860.3680.3520.3390.327S(3)=0.577S(4)=0..55S(5)=0..54S(6)=0..52S(7)=0..50S(8)=0..49S(9)=0..48S(10)=00.46S(28)==0.3335經(jīng)查《路橋施工工計(jì)算手冊(cè)冊(cè)》R=1經(jīng)查《大體積砼砼溫度應(yīng)力力及溫度控控制》得ν=0.177則σ（3）=7.10×1003×1.00×10--5×20.555/（1-1//6）×0.557×1=1.00MPaa因?yàn)?d齡期時(shí)，砼抗拉拉及抗壓強(qiáng)強(qiáng)度可達(dá)到到40%，而C300砼［σ］拉=2.011MPa抗裂安全系數(shù)按按1.15考慮。則σ（3）=1.00MPaa>2.011×0.44/1.115=0..69MPa，故不能滿足足要求。因?yàn)橛捎趦?nèi)外溫溫差較大，砼砼抗拉強(qiáng)度度無法滿足足要求，采采取冷卻水水管降低基基礎(chǔ)砼內(nèi)部部溫度，以以降低砼內(nèi)內(nèi)外溫差。9、采用冷卻水管管降溫后的的溫度應(yīng)力力冷卻水管采用公公稱直徑φ32金屬管，其其直徑D=42mm，d=35mm，鋼管管豎向間距距1.4m，水平間間距2m，則水管管長(zhǎng)度L=1700m，砼初溫T0=tp=21.999℃，已測(cè)進(jìn)進(jìn)口水溫Tw=9℃，進(jìn)水口口流速Vw=0.6m/s=1.7337m3/h，水比熱Cw=4.1187KJJ/(㎏·℃)水的密度ρw=10000㎏/m3砼導(dǎo)溫系數(shù)α==0.1113m2/d=0.00047m2/h，砼導(dǎo)熱熱系數(shù)λ=2.333w/mm·k=88.3888KJ/mm·d·℃則冷卻砼砼柱體外半半徑R=√1.077s1s2/π=√1.077×2×1.44/π=0.9777m，內(nèi)半徑徑r=0.0021m。砼通水冷卻既降降低了砼澆澆筑溫度又又降低了因因砼絕熱溫溫升而引起起的溫度上上升。（1）砼澆筑溫度經(jīng)經(jīng)面水冷卻卻降溫后平平均溫度計(jì)計(jì)算∵R/r=0.9977/00.0211=46..52∴由a1R=0.9266exp[[-0.00314((R/r--20)00.48]]其中20≤R/r≤130得a1R=0.9266exp[[-0.00314((46.552-200)0.448]=0.7966∵R/r≠100∴∴等效導(dǎo)溫溫系數(shù)a′=a（α1R/0..71677）2=0.00477（0.7966/0.77167）2=0.0005m2/h=0.1200m2/dξ=λL/CwρwVVw=8.3388×1170/((4.1887×10000×11.7377)=0..196Z=a′t//(2R))2=0.1444t/((2×0..977))2=0.004t式中t：通水時(shí)時(shí)間k1=2.08-11.1744ξ+0.2256=2.008-1..174××0.1966+0.2256×00.19662=1.866S=0.9711+0.11485ξξ-0.04445=0.971++0.14485×00.1966-0.00445××0.19962=0.998砼澆筑溫度經(jīng)通通水冷卻降降溫后平均均溫度T0(i)=Tww+(Tp-Tw)expp(-k11Zs)=9+(21..99-9)expp[-1..65×(00.04t)0..998]]=9+12.99exxp(-00.0755t0.9998)T0(3)=99+12.999expp(-0..075×30.9998)=19..38℃T0(6)=117.300℃T0(7))=16.700℃T0(10)==15.166℃T0(288)=10..61℃(2)砼絕熱熱溫升經(jīng)通通水冷卻降降溫后平均均溫度計(jì)算算∵R/r=0.9977/00.0211=46..52∴由a1R=0.9266exp[[-0.00314((R/r--20)00.48]]；20≤R/r≤130得a1R=0.9266exp[[-0.00314((46.552-200)0.448]=0.7966∵R/r≠100∴∴等效導(dǎo)溫溫系數(shù)a=a（α1R/0..71677）2=0.00477（0.7