港珠澳大橋預(yù)制橋墩裂縫控制技術(shù)研究

2016-11-08  by:CAE仿真在線  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

1. 工程概況

   
   

1.1 總體規(guī)模

港珠澳大橋是一座連接香港、珠海和澳門 的巨大橋梁,全長(zhǎng)為49.968公里,主體工程 “海中橋隧”長(zhǎng)35.578公里,總投資約729億。 港珠澳大橋的起點(diǎn)是香港大嶼山,跨越伶仃洋、 珠江口,最后分成Y字形,一端連接珠海,一端 連接澳門。整座大橋?qū)戳嚨栏咚俟窐?biāo)準(zhǔn) 建設(shè),設(shè)計(jì)時(shí)速為100公里,大橋的設(shè)計(jì)使用壽 命為120年。

1.2 組成:包括三大部分

• 海中橋隧主體工程 ?

• 香港口岸及珠海、澳門口岸 ?

• 香港連接線、珠海連接線、澳門連接線

海中橋隧主體工程

東自粵港分界線,止于珠澳口岸人工島,總長(zhǎng)約29.6km。穿越伶仃西航道和銅鼓航道段為隧道方案,約6.75km ,其余約22.9km段采用橋梁方案,東、西人工島各長(zhǎng)約625m。

淺水區(qū)非通航孔橋

標(biāo)準(zhǔn)聯(lián):6孔一聯(lián),主梁:單箱單室分幅組合梁, 全寬33.1m,梁高4.3m。整幅墩身,鋼管復(fù)合樁基 礎(chǔ),承臺(tái)和墩身預(yù)制安裝,承臺(tái)埋入海床。青州航道橋 “中國(guó)結(jié)”雙塔空間雙索面鋼箱梁斜拉橋 橋跨布置:110+126+458+126+110=930m

1.3 出現(xiàn)的問(wèn)題

港珠澳大橋CB03標(biāo)段預(yù)制墩臺(tái)包括非通航 孔橋68個(gè)橋墩、通航孔橋4個(gè)橋墩,墩身采 用C50 混凝土。

31#橋墩2013年1月31日開(kāi)始澆筑,2 月21日澆筑完成,歷時(shí)22天。承臺(tái)+2.5m 墩身與接高墩身混凝土澆筑時(shí)間間隔為7 天,墩帽與接高墩身混凝土澆筑時(shí)間間 隔為11天。

3月3日拆除墩帽外模時(shí)發(fā)現(xiàn)混凝土 表面有裂縫。3月4日對(duì)墩帽混凝土裂縫 進(jìn)行觀測(cè)。3月10日及3月18日對(duì)墩帽裂 縫進(jìn)行復(fù)測(cè)。3月19日發(fā)現(xiàn)承臺(tái)+2.5m墩 身與接高墩身施工縫上方存在裂縫。裂 縫觀測(cè)情況見(jiàn)表。

觀測(cè)日期	裂縫情況說(shuō)明
2013.3.4	墩帽長(zhǎng)面各發(fā)現(xiàn)2條裂縫,4條裂縫均位于橋墩軸線兩側(cè)約1.4m處,豎向開(kāi)裂,較順直,裂縫長(zhǎng)度見(jiàn)圖。裂縫在距離施工縫1-2m范圍最寬,約0.2mm,向上、下延伸。墩帽北面長(zhǎng)面內(nèi)部在對(duì)應(yīng)部位觀測(cè)到裂縫,墩帽南面長(zhǎng)面內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)裂縫。
2013.3.10	1#、2#裂縫無(wú)變化;3#、4#裂縫向上延伸,3#裂縫長(zhǎng)度由4.35m增加到4.78m,4#裂縫長(zhǎng)度由4.75m增加到4.98m。
2013.3.18	1#-4#裂縫均無(wú)變化。墩帽與墩身施工縫下方發(fā)現(xiàn)裂縫,裂縫較短,裂縫觀測(cè)情況見(jiàn)圖。
2013.3.19	承臺(tái)+2.5m墩身與接高墩身施工縫上方長(zhǎng)面各發(fā)現(xiàn)2條裂縫,施工縫下方發(fā)現(xiàn)一條10cm長(zhǎng)裂縫,北面長(zhǎng)面2條裂縫距離橋墩軸線分別為0.7m、2m,南面長(zhǎng)面2條裂縫距離橋墩軸線分別為1.9m、1.4m,豎向開(kāi)裂較順,裂縫長(zhǎng)度見(jiàn)圖。

2.混凝土早期開(kāi)裂成因分析

由于剛澆筑完成的混凝土使用荷載并未作用,而施工荷載或自重通?？梢酝ㄟ^(guò) 支撐結(jié)構(gòu)來(lái)傳遞,因此早期裂縫并不是因荷載因素造成的?？梢哉J(rèn)為絕大多數(shù)的 “早期裂縫”是由于變形因素造成的,確切地說(shuō),本工程的裂縫是收縮作用的結(jié)果。 混凝土的收縮主要可分為兩大類:溫度收縮和濕度收縮。溫度收縮包括大體積混凝 土急劇溫升后引起的溫降收縮;與濕度相關(guān)的收縮包括混凝土因內(nèi)外濕度條件變化 引起的各種收縮,如干縮、自收縮、塑性收縮、碳化收縮等。另外,溫度作用與濕 度作用引起的收縮往往同時(shí)發(fā)生,相互作用。為了進(jìn)一步明確預(yù)制橋墩裂縫產(chǎn)生的原因,下面分別進(jìn)行溫度應(yīng)力。

3.預(yù)制橋墩溫度應(yīng)力仿真分析

3.1有限元模型的建立

應(yīng)用有限元軟件midas Civil,根據(jù)31#橋墩 的實(shí)際尺寸建立有限元模型,如圖3所示。 根據(jù)混凝土配合比,膠凝材料水化熱拆減系數(shù)取 0.79,單位體積混凝土水泥含量當(dāng)量值為376kg。 混凝土強(qiáng)度進(jìn)展函數(shù)系數(shù)a取0.4,系數(shù)b取0.95。 仿真分析模擬實(shí)際施工過(guò)程進(jìn)行,仿真分析計(jì)算 時(shí)間為30d。

3.2溫度場(chǎng)仿真分析結(jié)果

墩身36h溫度場(chǎng)如圖所示,墩身內(nèi) 部溫度隨時(shí)間發(fā)展變化如圖所示。

3.3 應(yīng)力場(chǎng)仿真分析結(jié)果

墩身360h P1主應(yīng)力場(chǎng)如圖所示,墩身最大P1 主應(yīng)力隨時(shí)間發(fā)展變化如圖所示。由圖可以看出, 墩身裂縫實(shí)際出現(xiàn)位置與仿真分析結(jié)果比較接近。

4.預(yù)制橋墩溫度及應(yīng)變的原位測(cè)試

4.1應(yīng)變傳感器的埋設(shè)

為了解墩身混凝土內(nèi)部溫度和應(yīng)力的實(shí)際發(fā) 展變化規(guī)律,在墩身混凝土內(nèi)埋設(shè)三層帶有測(cè)溫 功能的應(yīng)變計(jì),每層布置5個(gè),應(yīng)變計(jì)的立面和平 面布置示意圖分別如圖所示。

4.2溫度測(cè)試結(jié)果

墩身內(nèi)部混凝土實(shí)測(cè)溫度曲線如圖 所示,與前面仿真分析結(jié)果對(duì)比,混 凝土內(nèi)部最高溫度、溫峰出現(xiàn)時(shí)間及 溫度發(fā)展變化規(guī)律與仿真分析基本一 致。

4.3應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

墩身內(nèi)部混凝土應(yīng)變典型測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值隨時(shí)間發(fā) 展變化曲線如圖所示。對(duì)比前面應(yīng)力仿真結(jié)果, 實(shí)測(cè)應(yīng)變發(fā)展變化規(guī)律與墩身主應(yīng)力仿真分析曲 線基本一致。

5.預(yù)制橋墩裂縫產(chǎn)生原因分析

• 根據(jù)墩身內(nèi)部混凝土溫度實(shí)測(cè)結(jié)果,當(dāng)施工縫上下層混凝土澆筑時(shí)間 間隔分別為7d時(shí)和11d時(shí),施工縫上下層混凝土最大溫差分別為 32.8℃和34.9℃。

• 根據(jù)墩身內(nèi)部混凝土應(yīng)變實(shí)測(cè)結(jié)果,當(dāng)施工縫上下層混凝土澆筑時(shí)間 間隔分別為7d時(shí)和11d時(shí),施工縫上下層混凝土最大收縮應(yīng)變差分別 為232με和246με。

• 綜合上述分析,預(yù)制橋墩產(chǎn)生裂縫的主要原因是由于混凝土澆筑存在 時(shí)間間隔,造成施工縫上下層混凝土收縮的不同步,先澆筑的混凝土 限制了后澆筑混凝土的收縮,這里的不同步收縮主要包括溫度收縮和 濕度收縮。隨著齡期的增長(zhǎng),混凝土累積應(yīng)變能超過(guò)某一極限時(shí),將 會(huì)發(fā)生能量的釋放,從而導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。

6. 預(yù)制橋墩控裂技術(shù)措施

根據(jù)上述兩類導(dǎo)致本工程預(yù)制橋墩開(kāi)裂的原因,同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際條件,防裂技術(shù) 措施主要從降低混凝土溫度收縮、濕度收縮和提高混凝土的抗裂性能三方面著手。

6.1針對(duì)混凝土降溫收縮的防裂技術(shù)措施

減小混凝土的降溫收縮,可以通過(guò)降低混凝 土內(nèi)部最高溫度來(lái)實(shí)現(xiàn),主要有以下措施:

⑴降低混凝土的澆筑溫度

⑵布置冷卻水管 原設(shè)計(jì)圖中,墩身并未布置冷卻水管。但為 了達(dá)到防裂的目的,根據(jù)P1主應(yīng)力分布特點(diǎn),在 距施工縫2m范圍內(nèi)布置冷卻水管,施工縫2m以上 部分仍保持和原設(shè)計(jì)一致,不布置冷卻水管。墩 身冷卻水管布置如圖所示。

6.2針對(duì)混凝土濕度收縮的防裂技術(shù)措施

模板拆除后先鋪設(shè)一層土工布,灑水充分潤(rùn)濕,再覆蓋一層塑料薄膜進(jìn)行保水,并在 混凝土內(nèi)部降溫速率超過(guò)2℃/d時(shí)圍裹棉被進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)。密封保溫保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間不 少于14天。

6.3提高混凝土抗裂性能的技術(shù)措施

改變以往的投料程序,采取將膠凝材料、砂拌和70%的冰水,充分?jǐn)嚢韬笤偻?放石子和剩余30%的冰水進(jìn)行攪拌的新方法,這種攪拌工藝被為“裹砂法”?；炷?土澆筑后進(jìn)行二次振搗。

7.結(jié)論

通過(guò)一系列的技術(shù)措施,最終成功解決了預(yù)制橋墩裂縫問(wèn)題,后續(xù)的預(yù)制橋墩 均未再出現(xiàn)裂縫。實(shí)踐證明了控裂思路的正確性,為今后類似工程防裂提供了借鑒。

相關(guān)標(biāo)簽搜索：港珠澳大橋預(yù)制橋墩裂縫控制技術(shù)研究 Midas Civil分析 Midas Civil培訓(xùn) Midas Civil培訓(xùn)課程 Midas Civil在線視頻教程 Midas Civil技術(shù)學(xué)習(xí)教程 Midas Civil軟件教程 Midas Civil資料下載 Midas Civil代做 Midas Civil基礎(chǔ)知識(shí) Fluent、CFX流體分析 HFSS電磁分析 Ansys培訓(xùn)