华阳主桥大体积混凝土科研课题简介.pdf
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1、华阳路南延(含华阳桥)道路工程 1 华阳特大桥 主桥大体积混凝土的研究 一、概述 1、设计标准 道路等级:城市主干道; 设计荷载:公路 I 级; 设计车速: 60km/h ; 航道等级: V级; 通航标准:通航净高为8m ,通航净宽为 130m(通航论证送审稿,已开评审会,未 正式批复 ) ,最高通航水位采用洪水重现期10 年一遇洪水位 5.65m(85 国家高程,下同) ; 地震烈度:根据建筑抗震设计规范 (GB50011-2001 )及中国地震动参数区划 图 (GB18306-2001 ) ,华阳特大桥场地的地震基本烈度为VII 度,设计基本地震加速度 值为 0.10g,地震设计特征周期值
2、(50 年超越概率 10% )为 0.43s 。 桥梁横断面布置 华阳特大桥工程按照双向八车道城市主干道标准修建。主桥横断面具体布置为: 桥面宽度 : 0.25m栏杆+2.5m人行道 +0.45m防撞栏 +15.585m行车道 +0.45m防撞栏 +1.03m中央分隔带 +0.45m防撞栏 +15.585m行车道 +0.45m防撞栏 +2.5m人行道 +0.25m栏 杆=39.5m;全宽 39.5m。 2、主要采用的设计规范 公路路线设计规范JTG D202006 公路路基设计规范JTG D30-2004 公路沥青路面设计规范JTG D502006 公路桥涵设计通用规范JTGD60 2004
3、华阳路南延(含华阳桥)道路工程 2 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62-2004 公路桥涵地基与基础设计规范JTG D63-2007 公路桥梁抗震设计细则 JTG/T B02-01-2008 普通混凝土配合比设计规程JGJ55-2000 3、工程规模 华阳特大桥属于华阳路南延线道路工程项目,跨越潭洲水道。该项目为南北走向, 北起佛陈路碧桂花城段,南止于荷岳路。华阳特大桥位于东平新城核心区,连接陈村与 乐从两镇,为双向8 车道。桥位具体位于灯笼沙洲岛下游344m处,航迹线偏于南侧,较 为顺直;该处潭洲水道分南北两个航道,其中南航道槽较深,为其主要航道。桥轴线法 线方向与水流
4、主流向的交角为6。 4、主桥 109+168+109m 连续梁 上部结构 采用( 109+168+109 )m跨 PC连续梁,边中跨比值为0.65 。箱梁采用 C60砼,单箱 单室箱形断面,顶板宽19.3m,底板宽 9.7m,两侧翼缘板悬臂长4.8m。 根部梁高 H根10.5m,跨中及边跨端部梁高H中4.0m,H根/L 1/16 ,H中 /L 1/42 。箱梁梁高变化采用2 次抛物线,变化范围为悬浇段末端至根部外侧处,梁高 变化方程为截面梁高方程:H=0.001003048x2+4.0(m),梁高 H系箱梁横断面外腹板外缘 处高度。边跨现浇段支点附近处腹板厚度采用75cm ,跨中采用 50cm
5、 ,向主墩方向分次渐 变为 85cm 、100cm ,0#块腹板厚度为 120cm 。箱梁顶板厚度 0#块为 50cm ,其余均为 32cm 。箱梁底板厚度变化采用2 次抛物线,由箱梁根部120cm渐变到跨中 35cm ;底板厚 度方程: H=0.000138113x2+0.35 (m);箱梁横坡由腹板高度调整,顶板横向设置2% 的横 坡,底板保持水平。 下部结构 墩身与路线正交,采用左右分幅薄壁箱形空心墩,C40砼。墩厚 450cm ,宽 1170cm 。 墩身于横桥向两侧设为椭圆形,以减少水流阻力。左右幅桥承台采用分幅式承台,C40砼, 每一个承台两端带椭圆弧倒角,承台尺寸顺桥向为15.3
6、m,横桥向为 18.8m,厚 4.5m,并 华阳路南延(含华阳桥)道路工程 3 设 0.5m厚的 C25承台封底砼。基础采用群桩,每墩半幅由9D250cm 直径钻孔灌注桩组成。 主墩承台标高为2.0m。 过渡墩采用分离薄壁空心墩,分离式承台。半幅承台顺桥向尺寸为700cm ,横桥向尺 寸为 1200cm ;配 6 根 D180cm 钻孔桩。过渡墩承台顶标高设于地面以下约50cm ,12#过渡 墩承台顶标高为2.5m,15#过渡墩承台顶标高为2.7m。 二、大体积混凝土 1、大体积混凝土概念 近年来,随着我国各项基础设施建设的加快和城市建设的发展,建筑规模不断扩大, 大型现代化技术设施或构筑物不
7、断增多,而混凝土结构以其材料价廉物美、施工方便、 承载力大、可装饰强的特点,日益受到人们的欢迎,于是大体积混凝土逐渐成为构成大 型设施或构筑物主体的重要组成部分。大体积混凝土广泛应用于水利水电工程、港口建 筑物、原子核反应站、高层建筑物基础、桥梁等结构建设中。 大体积混凝土目前尚无统一定义,一般理解为尺寸较大的混凝土。日本建筑学会标 准(JASS5)的定义为: “结构断面最小尺寸在 80cm 以上,水化热引起混凝土内的最高温度 与外界气温之差预计超过25C的混凝土,称为大体积混凝土。 ”美国混凝土协会 (ACI) 认 为大体积混凝土是 “现场浇筑的混凝土,其尺寸大到必须要采取措施解决水化热及随
8、之 引起的体积变形问题,以最大限度减少开裂。”同时,美国混凝土协会还认为,结构最小 尺寸大于 06m 时就应考虑水化热引起的混凝土体积变化和开裂问题。从这点上我们可以 看出人们越来越重视大体积混凝土裂缝问题。在我国,根据混凝土结构工程施工及验 收规范规定,对大体积混凝土的定义为:建筑物的基础最小尺寸在1m 3m 范围内就属 于大体积混凝土。 华阳特大桥北起佛陈路碧桂花城段,南止于荷岳路,位于东平新城核心区,连接陈 村与乐从两镇,其建设具有非常重要的意义。华阳特大桥主桥采用168m大跨预应力混凝 土连续箱梁方案, 其大体积混凝土部位主要包括: 1)主墩承台。其尺寸为顺桥向15.3m,横桥向 18
9、.8m,厚 4.5m。 2)过渡墩承台。其尺寸为顺桥向7.0m,横桥向 12.0m,厚 3.0m。 华阳路南延(含华阳桥)道路工程 4 3)主墩墩身。其尺寸为顺桥向4.5m,横桥向 11.7m,空心墩,长边壁厚1.0m,短边 壁厚 3.0m。 4)主梁 0#块梁段。 以上大体积混凝土部件以主墩承台最为典型。 2、大体积混凝土结构的特点及问题 大体积混凝土结构具有如下主要特点: (1) 混凝土是脆性材料,抗拉强度只是抗压强度的1/10 左右;拉伸变形能力也很小, 短期加载时的极限拉伸变形只有(0.6 1.0)x10 -4 m ,相当于温度降低 610C的变形;长 期加载时的极限拉伸变形也只有(1
10、.2 2.0)x10 -4 m 。 (2) 大体积混凝土结构断面尺寸比较大,混凝土浇筑以后,由于水泥水化热,内部温 度急剧上升,此时混凝土弹性模量很小,徐变较大,升温引起的压应力并不大;但在温 度逐渐降低时,弹性模量比较大,徐变较小,在一定的约束条件下会产生相当大的拉应 力。 (3) 大体积混凝土通常是暴露在外面的,表面与空气或水接触,一年四季中气温和水 温的变化在大体积混凝土结构中会引起相当大的拉应力。 (4) 大体积混凝土结构通常是不配筋的,或只在表面或孔洞附近配置少量钢筋,与结 构的巨大断面相比,配筋率是极低的。在钢筋混凝土结构中,拉应力主要有钢筋承担, 混凝土只承受压应力。在大体积混凝
11、土结构内,由于没有设置钢筋,如果出现了拉应力, 就要依靠混凝土本身来承受。 大体积混凝土结构的截面尺寸较大,由外荷载引起裂缝的可能性很小,但水泥在水 化反应中释放的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用,会产生较大的温度 应力和收缩应力,将成为大体积混凝土结构出现裂缝的主要因素。采用大体积混凝土要 面对的问题,不是力学上的结构强度,而是控制混凝土温度应力,防止混凝土温度变形 裂缝,从而提高混凝土的抗渗、抗裂、抗侵蚀性能,提高建筑结构的耐久年限。 众多工程实例证明,产生裂缝的主要原因如下: (1) 水泥水化热的影响 华阳路南延(含华阳桥)道路工程 5 混凝土浇筑后,由于水化热的作用,内部温
12、度升高。由于混凝土为不良导热体,因 此其硬化过程中发生的热量绝大部分不能消散,蕴藏于混凝土内部,从而导致混凝土温 度升高,体积膨胀。在施工初期,由于水泥水化热的产生,内部温度比外部温度升高的 快,混凝土体积膨胀大,从而在结构表面产生拉应力;在后期的降温过程中,由于受到 基础或老混凝土的约束以及混凝土内部温差的约束,在混凝土结构中会产生拉应力;或 者突遇寒潮时,混凝土表面温度骤降而产生很大的收缩变形,受到内部的约束而产生很 大拉应力。在这些过程中,混凝土由于温度的升降变化而引起的应力称为温度应力。根 据产生的原因,温度应力可以分为以下两种: 自生应力:边界上没有受到任何约束或者完全静定的结构,如
13、果内部温度是非线性 分布的,由于结构本身的相互约束而出现的应力。例如,混凝土冷却时,表面温度低, 内部温度高,在表面出现拉应力,在中央出现压应力。自生应力的特点是在整个截面上 拉应力与压应力必须相互平衡。 约束应力:大体积混凝土与地基浇筑在一起,当温度变化时受到地基的限制,因而 产生外部的约束应力。混凝土在早期温度上升时,产生的膨胀变形受到约束面的约束而 产生压应力,此时混凝土的弹性模量很小,而徐变和应力松弛较大,与基层连接不太牢 固,因而压应力较小。但当温度下降时,则产生较大的拉应力,若超过混凝土的抗拉强 度,则会出现垂直裂缝。 (2) 外界气温变化的影响 大体积混凝土结构在施工期间,混凝土
14、浇筑温度与外界气温有着直接关系,浇筑温 度又影响着混凝土的内部温度。大体积混凝土结构不易散热,其内部温度有的工程高达 90以上,而且持续时间较长。温度应力是由温差引起的变形所造成的,如外界气温下 降,特别是气温骤降,会加大混凝土的温度梯度,温差愈大,温度应力也愈大,易使大 体积混凝土出现裂缝。 (3)混凝土收缩变形的影响 混凝土收缩变形分为塑性收缩变形和干燥收缩变形两种。在混凝土硬化之前,处于 塑性状态。如果上部混凝土的均匀沉降受到限制,如遇到钢筋或大的骨料,或者平面面 华阳路南延(含华阳桥)道路工程 6 积较大的混凝土,其水平方向的减缩比垂直方向更难时,就容易形成一些不规律的塑性 收缩性裂缝
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