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1、华阳路南延（含华阳桥）道路工程 华阳特大桥主桥大体积混凝土的研究一、概述1、设计标准v 道路等级：城市主干道；v 设计荷载：公路I级；v 设计车速： 60km/h；v 航道等级：V级；v 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）；v 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（50年超越概率10%）为0.43s。v桥
2、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v公路路线设计规范JTG D202006v公路路基设计规范JTG D30-2004v公路沥青路面设计规范JTG D502006v公路桥涵设计通用规范JTGD602004v公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62-2004v公路桥涵地基与基
3、础设计规范JTG D63-2007v公路桥梁抗震设计细则 JTG/T B02-01-2008v普通混凝土配合比设计规程 JGJ55-20003、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主流向的交角为6。4、主桥109+168+109m连续梁u 上部结构采用（109+168+109）m跨PC连续梁，边中跨比值为0.6
4、5。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/L1/16，H中/L1/42。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=0.001003048x+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，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
5、中35cm；底板厚度方程：H=0.000138113x+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。u 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15.3m，横桥向为18.8m，厚4.5m，并设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
6、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。
7、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1m3m范围内就属于大体积混凝土。华阳特大桥北起佛
8、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18.8m，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。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
9、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(0.61.0)x10-4m，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(1.22.0)x10-4m。(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
10、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：
11、(1)水泥水化热的影响混凝土浇筑后，由于水化热的作用，内部温度升高。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：v自生应力
12、：边界上没有受到任何约束或者完全静定的结构，如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。v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
13、混凝土结构在施工期间，混凝土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。掺人混凝土中的拌合水，约
14、有20的水分是水泥水化反应所必需的，其余80都要被蒸发，失去的自由水不引起混凝土的收缩变形，而吸附水的逸出就会引起混凝土的干燥收缩。除干燥收缩外，还会产生碳化收缩。3可选择的温度场和温度应力场研究方法（1）大体积混凝土温度场研究方法为了掌握混凝土温度应力的发展和分布规律，首先要分析混凝土结构的温度场，其研究方法一般分为解析方法和近似方法。解析方法的理论根据是固体热传导理论，对于具体的工程问题，可根据实际情况研究其边界条件和初始条件，然后求得函数形式的解答。但是实际结构中遇到的问题大多数边界条件比较复杂，难以求出理论解答。解析法一般可用于验证数值方法的可靠性。近似方法包括数值解法、图解法等。近似
15、方法一般多指数值解法。数值解法根据其计算原理的不同又可分为差分法、边界元法和有限元法。v差分法：在有限单元法出现以前，温度场的数值计算多采用差分法。差分法过程简单，计算量小，适用于一些边界规则简单的低维问题，而对边界复杂、材料多样的多维问题则比较困难。v边界元法：边界元法具有以下优点：沿计算域边界离散，使问题的维数降低，计算精度提高，数据准备少，但是要用边界元模拟混凝土结构的施工过程及多种材料比较困难。v有限元法：有限元法是随着计算机的出现而迅速发展起来的数值方法，它把求解一定边值条件下的温度场转化为求解一个泛函的极值问题，先把计算域离散为有限个单元，在单元内采用一定插值函数，则单元内温度可近似由单元的节点温度插值得到，然后建立单元结点温度的线性方程组，再解方程组求出结点的温度值。有限单
