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摘要：结合四川乐自高速岷江特大桥主桥承台设计与施工，利用三维有限元软件MIDAS/CIVIL对承台的大体积混凝土进行模拟仿真分析，掌握水化热变化规律及其应力影响，据此指导现场施工控制。结果表明：仿真分析很好地反映了水化热变化规律及其应力影响，施工控制措施得当，没有出现温度裂缝，保证了混凝土施工质量。
关键词：承台；水化热；有限元MIDAS/CIVIL；温度应力；施工控制
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
1 概述
大体积混凝土施工的关键在于混凝土水化热的控制，由于水化热的存在，大体积混凝土经常出现温度裂缝这样的质量缺陷，为了解决这些问题，可以对大体积混凝土施工期的水化热进行仿真分析，根据分析结果采取相应的方法对其进行控制。本文依据具体工程实例——岷江特大桥主墩承台施工，利用有限元软MIDAS/CIVIL 建立实体模型，通过仿真分析，提出了解决施工过程中水化热的具体措施，保证了岷江特大桥主墩承台的顺利施工。
2 工程概况
岷江特大桥是四川乐山至自贡高速公路全线的控制性工程，为预应力混凝土连续梁桥。主桥设计跨径布置为 100.4 m + 3 × 180 m + 100.4 m，，是目前同类型桥梁中跨径排名前列的连续梁桥，该桥立面图如图1，该桥主墩承台结构尺寸为15 m × 12.7m × 5 m，混凝土用量约953m3，设计强度为C30，泵送C30混凝土一次浇筑施工，承台尺寸见图2。利用Midas／Civil有限元计算分析软件对承台施工过程进行仿真分析，以掌握其温度及应力变化规律，并据此在施工中采取相应控制措施，有效地防止了温度裂缝的产生，保证了承台大体积混凝土的施工质量。
图1 岷江特大桥立面图
立面
平面
图2主墩承台尺寸示意图(cm)
3 有限元仿真分析
3.1有限元模型建立
采用大型有限元软件MIDAS /CIVIL模拟承台建立有限元模型，由于承台的对称性，取承台的1／4进行计算分析，模型主体由2部分结构组成，分别为地基和承台混凝土，模型单元采用8节点等参元即实体单元，在单元划分过程中尽量使相邻单元之间大小均匀变化，在测点处划分较细致，从而能够更好地分析其温度的变化情况，整个结构共计1056个单元，建立的模型如图3所示，计算主要参数见表1。
图3承台1/4模型网格剖分图( 附带等效约束基础)
表1材料热力学特性数据
3.2有限元计算结果
400h温度及应力云图分析结果，见图4、图5，时程温度及应力见图6、图7.
图4 400h温度云图
图5 400h应力云图
图6 时程温度曲线（不考虑管冷）
图7 时程应力与张拉应力曲线
从图6可看出，最高温度出現在混凝土浇筑完成第6～7d出现，温峰持续1d左右温度开始下降，初期降温速度较快，以后降温速率逐渐减慢，至5～20d后降温平缓，温度趋于稳定状态。从图7可看出，该承台的最大拉应力为1.65 MPa，最大压应力为2.06MPa，均小于设计值。从分析结果可知50～500 h表面张拉应力是控制温度裂缝的关键，该时段也是承台内外温度最高的时段，施工时如何减小该时段水化热、控制内外温差、释放外部约束是控制温度裂缝的关键。
4施工控制
根据仿真计算分析结果，从以下几方面进行控制：
（1）混凝土组成材料的选用对大体积混凝土产生的水化热高低有直接的影响，合理的混凝土配合比既要使混凝土具有良好的和易性、可靠性，又要降低混凝土中水泥和水的含量。本桥承台施工通过大量配合比试验，在施工中粗骨料采用机制碎石，粉泥含量低于1.5％，细骨料为天然砂，粉泥含量低于2％，在保证混凝土强度的前提下尽量多添加粉煤灰，减少混凝土用量，另外，掺加相应的掺合料、减水剂、以改善混凝土的和易性和降低水灰比，以达到减少水泥用量，降低水化热的目的。
（2） 混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值小于35 ℃，混凝土浇筑块体的里表温差( 不含混凝土收缩的当量温度) 小于25 ℃，在混凝土浇筑到冷却水管标高后立即开始通水，利用测温管测量砼体内温度，当温差超过规定时，立即采取有效措施降低温度差，及时调整水泵供水速度，加快循环。
（3）采用搭设遮阳棚、用冷水冲洗砂石料等强制降温措施，降低混凝土入模温度。依据设计图纸布设冷却管，进行试通水，保证各管能独立通水且不漏水。混凝土每覆盖一层冷却管即开始通水，从而有效地降低水化热温度峰值。
5 混凝土施工期温度场的实测结果
在岷江特大桥承台施工中，运用JMT-36B型温度传感器配备JMZX-300X综合测试仪进行温度监测，我们在承台混凝土内部1/4圆范围内布设了温度监测点，另外还有4个温度测控点，分别用来测定环境温度、冷却管进出口水温及混凝土浇筑温度。本文选取承台内部中心附近16号测点进行分析，如图7可看出，计算结果最高温度为53.4℃，出现在砼浇筑后第7天；测试的最高温度为51.2℃，出现在砼浇筑后第6天；计算温度曲线与实测曲线发展趋势基本相同，绝大部分测点计算结果与实测值相差不超过3℃，仿真结果与实测值吻合较好。
图7 16号测点实测温度值与计算温度值（考虑管冷）比较
5结论
岷江特大桥主桥承台大体积混凝土施工过程中，严格执行了仿真计算模拟的相关温控措施，在混凝土浇筑完成后，对整个承台进行了温控监测，实测结果与理论计算值吻合较好，其承台温度控制标准在制定范围之内，承台施工完毕后混凝土表面未出现温度裂缝，混凝土质量优良，说明水化热计算分析及施工控制是有效的。随着有限元软件的发展，相关检测仪器的进步，大体积混凝土温度完全可以通过科技手段来进行实施有效的监控。
参考文献：
公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-2011
王解军;卢二侠;李辉 大体积混凝土施工期的水化热温度场仿真分析[期刊论文]-中外公路 2006(06)
朱伯芳．大体积混凝土温度应力与温度控制[M]．北京：中国电力出版社，1999．
王磊，杨培诚． 大体积混凝土水化热施工期温度场及应力场仿真分析［J］．交通科技，2010，(3)．
丁永灿 桥墩承台大体积混凝土施工质量控制[期刊论文]-大众科技2009(2)
关键词：承台；水化热；有限元MIDAS/CIVIL；温度应力；施工控制
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
1 概述
大体积混凝土施工的关键在于混凝土水化热的控制，由于水化热的存在，大体积混凝土经常出现温度裂缝这样的质量缺陷，为了解决这些问题，可以对大体积混凝土施工期的水化热进行仿真分析，根据分析结果采取相应的方法对其进行控制。本文依据具体工程实例——岷江特大桥主墩承台施工，利用有限元软MIDAS/CIVIL 建立实体模型，通过仿真分析，提出了解决施工过程中水化热的具体措施，保证了岷江特大桥主墩承台的顺利施工。
2 工程概况
岷江特大桥是四川乐山至自贡高速公路全线的控制性工程，为预应力混凝土连续梁桥。主桥设计跨径布置为 100.4 m + 3 × 180 m + 100.4 m，，是目前同类型桥梁中跨径排名前列的连续梁桥，该桥立面图如图1，该桥主墩承台结构尺寸为15 m × 12.7m × 5 m，混凝土用量约953m3，设计强度为C30，泵送C30混凝土一次浇筑施工，承台尺寸见图2。利用Midas／Civil有限元计算分析软件对承台施工过程进行仿真分析，以掌握其温度及应力变化规律，并据此在施工中采取相应控制措施，有效地防止了温度裂缝的产生，保证了承台大体积混凝土的施工质量。
图1 岷江特大桥立面图
立面
平面
图2主墩承台尺寸示意图(cm)
3 有限元仿真分析
3.1有限元模型建立
采用大型有限元软件MIDAS /CIVIL模拟承台建立有限元模型，由于承台的对称性，取承台的1／4进行计算分析，模型主体由2部分结构组成，分别为地基和承台混凝土，模型单元采用8节点等参元即实体单元，在单元划分过程中尽量使相邻单元之间大小均匀变化，在测点处划分较细致，从而能够更好地分析其温度的变化情况，整个结构共计1056个单元，建立的模型如图3所示，计算主要参数见表1。
图3承台1/4模型网格剖分图( 附带等效约束基础)
表1材料热力学特性数据
3.2有限元计算结果
400h温度及应力云图分析结果，见图4、图5，时程温度及应力见图6、图7.
图4 400h温度云图
图5 400h应力云图
图6 时程温度曲线（不考虑管冷）
图7 时程应力与张拉应力曲线
从图6可看出，最高温度出現在混凝土浇筑完成第6～7d出现，温峰持续1d左右温度开始下降，初期降温速度较快，以后降温速率逐渐减慢，至5～20d后降温平缓，温度趋于稳定状态。从图7可看出，该承台的最大拉应力为1.65 MPa，最大压应力为2.06MPa，均小于设计值。从分析结果可知50～500 h表面张拉应力是控制温度裂缝的关键，该时段也是承台内外温度最高的时段，施工时如何减小该时段水化热、控制内外温差、释放外部约束是控制温度裂缝的关键。
4施工控制
根据仿真计算分析结果，从以下几方面进行控制：
（1）混凝土组成材料的选用对大体积混凝土产生的水化热高低有直接的影响，合理的混凝土配合比既要使混凝土具有良好的和易性、可靠性，又要降低混凝土中水泥和水的含量。本桥承台施工通过大量配合比试验，在施工中粗骨料采用机制碎石，粉泥含量低于1.5％，细骨料为天然砂，粉泥含量低于2％，在保证混凝土强度的前提下尽量多添加粉煤灰，减少混凝土用量，另外，掺加相应的掺合料、减水剂、以改善混凝土的和易性和降低水灰比，以达到减少水泥用量，降低水化热的目的。
（2） 混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值小于35 ℃，混凝土浇筑块体的里表温差( 不含混凝土收缩的当量温度) 小于25 ℃，在混凝土浇筑到冷却水管标高后立即开始通水，利用测温管测量砼体内温度，当温差超过规定时，立即采取有效措施降低温度差，及时调整水泵供水速度，加快循环。
（3）采用搭设遮阳棚、用冷水冲洗砂石料等强制降温措施，降低混凝土入模温度。依据设计图纸布设冷却管，进行试通水，保证各管能独立通水且不漏水。混凝土每覆盖一层冷却管即开始通水，从而有效地降低水化热温度峰值。
5 混凝土施工期温度场的实测结果
在岷江特大桥承台施工中，运用JMT-36B型温度传感器配备JMZX-300X综合测试仪进行温度监测，我们在承台混凝土内部1/4圆范围内布设了温度监测点，另外还有4个温度测控点，分别用来测定环境温度、冷却管进出口水温及混凝土浇筑温度。本文选取承台内部中心附近16号测点进行分析，如图7可看出，计算结果最高温度为53.4℃，出现在砼浇筑后第7天；测试的最高温度为51.2℃，出现在砼浇筑后第6天；计算温度曲线与实测曲线发展趋势基本相同，绝大部分测点计算结果与实测值相差不超过3℃，仿真结果与实测值吻合较好。
图7 16号测点实测温度值与计算温度值（考虑管冷）比较
5结论
岷江特大桥主桥承台大体积混凝土施工过程中，严格执行了仿真计算模拟的相关温控措施，在混凝土浇筑完成后，对整个承台进行了温控监测，实测结果与理论计算值吻合较好，其承台温度控制标准在制定范围之内，承台施工完毕后混凝土表面未出现温度裂缝，混凝土质量优良，说明水化热计算分析及施工控制是有效的。随着有限元软件的发展，相关检测仪器的进步，大体积混凝土温度完全可以通过科技手段来进行实施有效的监控。
参考文献：
公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-2011
王解军;卢二侠;李辉 大体积混凝土施工期的水化热温度场仿真分析[期刊论文]-中外公路 2006(06)
朱伯芳．大体积混凝土温度应力与温度控制[M]．北京：中国电力出版社，1999．
王磊，杨培诚． 大体积混凝土水化热施工期温度场及应力场仿真分析［J］．交通科技，2010，(3)．
丁永灿 桥墩承台大体积混凝土施工质量控制[期刊论文]-大众科技2009(2)