一種門洞形斷面襯砌混凝土施工期內部最高溫度的計算方法技術

本發明專利技術公開了一種門洞形斷面襯砌混凝土施工期內部最高溫度的計算方法，是將襯砌厚度、混凝土強度等級、澆筑溫度、通水冷卻及其水溫、氣溫等代入計算公式，獲得對應襯砌結構和溫控措施方案施工期混凝土內部最高溫度。計算公式還可以通過對多組擬定溫控措施方案內部最高溫度的計算，在計算值小于允許最高溫度和經濟、簡單可行的條件下優化設計溫控方案。本發明專利技術能夠反映襯砌厚度、混凝土強度等級、澆筑溫度、通水冷卻及其水溫等對內部最高溫度的影響，計算值與現場測量、有限元法計算成果的誤差很小，實例僅2.3%，精度高，計算簡單。既可計算混凝土內部最高溫度，也可用于優化設計溫控防裂方案，可以推廣應用，特別是初步設計和施工期實時快速設計計算。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及工程結構混凝土溫控防裂
，具體的說是一種門洞形斷面襯砌混凝土施工期內部最高溫度的計算方法。
技術介紹
近些年建設的大斷面高強度地下水工襯砌混凝土，只要不采取有效的溫控措施，無一例外地都產生了大量裂縫，而且大多是施工期產生貫穿性的溫度裂縫(參見圖1a和圖1b)。危害性裂縫的存在嚴重影響著工程結構的整體性、安全性、施工進度工期、導致滲漏甚至滲透破壞、耐久性和壽命、工程造價和美觀，還可能誘發其它病害的發生和發展。因此，地下水工混凝土施工期溫度裂縫的控制成為工程界十分關心的重要問題，開展了系列而深入的研究，在工程中采取了較為嚴厲的溫控防裂措施。《水工混凝土結構設計規范》在4.1.2(3)要求“對使用上要求進行裂縫控制的結構構件，應進行抗裂或裂縫寬度驗算”，在4.1.8規定“建筑物在施工和運行期間，如溫度的變化對建筑物有較大影響時，應進行溫度應力計算，并宜采用構造措施和施工措施以消除或減少溫度應力”。《水工隧洞設計規范》(DL/T5195-2004)僅在11.2.6條要求“溫度變化、混凝土干縮和膨脹所產生的應力及灌漿壓力對襯砌的影響，宜通過施工措施及構造措施解決。對于高溫地區產生的溫度應力，應進行專門的研究”。對使用上要求控制裂縫的地下工程襯砌混凝土(如高流速泄洪洞、發電洞引水段等)在施工期的溫控防裂設計計算和內部最高溫度的計算，目前一般采用有限元法和參考大體積混凝土最高溫度計算(以下稱為大體積混凝土最高溫度計算法)的方法。有限元法，在完成結構設計和混凝土配合比和大量性能參數試驗后，對于具體的溫控措施方案通過仿真計算。這樣做，精度較高，但需要先進行混凝土配合比和大量性能參數試驗，試驗和仿真計算需要花費較多的時間、資金；對于沒有確定施工配合比和沒有混凝土性能試驗時無法進行；不能適用于初步設計階段和施工中方案快速調整。大體積混凝土最高溫度計算法，首先根據擬定混凝土出機口溫度或者商品混凝土出機口溫度計算入倉溫度Tb＝T0+(T1-T2)(θ1+θ2)(1)式中：Tb表示混凝土入倉溫度，℃；θ1表示混凝土裝、卸和轉運等系數；θ2表示混凝土運輸過程中的溫度變化系數，θ2＝A×t，A取0.002，t值為運輸時間；T1表示外界氣溫，℃；T2表示出機口溫度，℃。然后計算混凝土澆筑溫度T0＝Tb+θpτ(T1-Tb)(2)式中：T0表示混凝土澆筑溫度，℃；T1表示外界氣溫，℃；Tb表示混凝土入倉溫度，℃；θp表示混凝土澆筑過程中倒灌系數，缺乏資料時可取0.002～0.003/min；τ表示鋪料平倉振搗至上層混凝土覆蓋前的時間(min)。最后根據水泥的水化熱計算混凝土的最終絕熱溫升和內部最高溫度混凝土最終絕熱溫升：Tc＝(Q0*ω)/(ρ*α)(3)混凝土內部最高溫度：Tmax＝T0+ξ*Tt(4)式中：Q0表示每kg水泥的總發熱量，kJ/kg；ω表示每1m3混凝土的水泥用量，kg/m3；α表示混凝土的比熱，kJ/kg·℃；ρ表示混凝土表觀密度，kg/m3。Tmax表示混凝土內部中心最高溫度，℃；T0表示混凝土澆筑溫度，℃；Tt表示在t齡期時的混凝土的絕熱溫升，℃；ξ表示不同澆筑層厚和不同齡期的降溫系數。大體積混凝土最高溫度計算法，由于有大量系數取值，人為性強，而且有的大體積系數對于地下工程襯砌混凝土不一定適用，如不同澆筑層厚和不同齡期的降溫系數ξ，因此誤差經常較大。綜合以上情況說明，目前襯砌混凝土施工期最高溫度的計算方法并不完善，有限元法，需要先進行混凝土配合比和大量性能參數試驗，試驗和仿真計算需要花費較多的時間、資金，不能適用于初步設計階段和施工中方案快速調整。大體積混凝土最高溫度計算法，誤差經常較大。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有技術存在的不足，提出一種門洞形斷面襯砌混凝土施工期內部最高溫度的計算方法。為了解決上述技術問題，本專利技術以溪洛渡水電站水工隧洞門洞形斷面結構襯砌混凝土200多倉現場溫控觀測成果為基礎，采用如下技術方案進行研究。一種門洞形斷面襯砌混凝土施工期內部最高溫度的計算方法，其襯砌混凝土內部最高溫度Tmax，其計算公式為Tmax＝5.4829×H+0.0903×C+0.9967×T0+0.3629×Tg+0.2701×Ta-0.0277×T0×Tg+3.8308(5)式中：H—襯砌混凝土結構厚度(m)；C—襯砌混凝土按90天齡期設計的強度等級(MPa)；T0—澆筑溫度(℃)；Ta—襯砌混凝土澆筑施工時洞內空氣溫度(℃)；Tg＝35-Tw，代表通水溫度效應值(℃)；Tw為通水溫度(℃)，沒有通水冷卻時取Tw＝35℃計算Tg＝0。將襯砌結構厚度、混凝土強度等級、澆筑溫度、通水冷卻及其水溫、洞內氣溫代入式(5)，即可計算獲得對應溫控防裂方案砌混凝土施工期內部最高溫度。必須指出的是，(1)襯砌混凝土采用28天齡期設計的強度等級時，需要按照規范換算為90天齡期設計的強度等級；(2)施工期如果采用掛簾保溫，使得地下洞室空氣溫度提高，則Ta應該采用提高后的洞內空氣溫度。另外，襯砌混凝土的厚度一般較小，以上通水冷卻水管都是單列布置，即各公式適用于單列布置通水冷卻水管的情況。所述襯砌混凝土內部最高溫度計算公式(5)還可以用于溫控防裂方案設計。首先擬定多組可行溫控防裂措施方案，分別用式(5)計算襯砌混凝土內部最高溫度，在計算值小于允許最高溫度和經濟、簡單可行的條件下優選設計溫控防裂方案。所述門洞形斷面襯砌混凝土內部最高溫度計算方法，可以用于橢圓形、馬蹄形及其組合的其它斷面形式。所述門洞形斷面襯砌混凝土，包括地面上與地面緊貼的板式襯砌、塔式、平臺及這些的組合的其它類似結構工程混凝土，即只要將該結構工程混凝土等效厚度、混凝土強度等級、澆筑溫度、通水冷卻及其水溫、氣溫或者其它環境溫度替代Ta代入式(5)，即可以計算得該結構工程混凝土施工期的最高溫度或者進行其溫控方案優化設計。所述公式(5)是根據如下技術方案獲得的。對溪洛渡水電站水工隧洞門洞形斷面結構襯砌混凝土200多倉現場溫控觀測成果，采用線性回歸統計分析得到。本專利技術一種門洞形斷面襯砌混凝土施工期內部最高溫度的計算方法的優點是：本專利技術方法既可以計算具體施工溫控措施方案條件下混凝土的內部最高溫度，也可以通過對多組擬定溫控防裂措施方案內部最高溫度的計算，在計算值小于允許最高溫度和經濟、簡單可行的條件下設計溫控防裂方案。混凝土內部最高溫度計算值與現場測量、有限元法計算成果的誤差本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種門洞形斷面襯砌混凝土施工期內部最高溫度的計算方法，其特征在于：襯砌混凝土內部最高溫度Tmax，其計算公式為Tmax＝5.4829×H+0.0903×C+0.9967×T0+0.3629×Tg+0.2701×Ta?0.0277×T0×Tg+3.8308????????????????????????????????????????????????(5)式中：H—襯砌混凝土結構厚度(m)；C—襯砌混凝土按90天齡期設計的強度等級(MPa)；T0—澆筑溫度(℃)；Ta—襯砌混凝土澆筑施工時洞內空氣溫度(℃)；Tg＝35?Tw，代表通水溫度效應值(℃)；Tw為通水溫度(℃)，沒有通水冷卻時取Tw＝35℃計算Tg＝0；將襯砌結構厚度、混凝土強度等級、澆筑溫度、通水冷卻及其水溫、洞內氣溫代入式(5)計算獲得對應溫控防裂方案砌混凝土施工期內部最高溫度。

【技術特征摘要】
1.一種門洞形斷面襯砌混凝土施工期內部最高溫度的計算方法，其特征在于：襯砌混
凝土內部最高溫度Tmax，其計算公式為
Tmax＝5.4829×H+0.0903×C+0.9967×T0+0.3629×Tg+0.2701×Ta-0.0277×T0×Tg+
3.8308
(5)
式中：H—襯砌混凝土結構厚度(m)；
C—襯砌混凝土按90天齡期設計的強度等級(MPa)；
T0—澆筑溫度(℃)；
Ta—襯砌混凝土澆筑施工時洞內空氣溫度(℃)；
Tg＝35-Tw，代表通水溫度效應值(℃)；
Tw為通水溫度(℃)，沒有通水冷卻時取Tw＝35℃計算Tg＝0；
將襯砌結構厚度、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：段亞輝，樊啟祥，
申請(專利權)人：武漢大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42