一种门洞形断面衬砌混凝土施工期内部最高温度的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种门洞形断面衬砌混凝土施工期内部最高温度的计算方法，是将衬砌厚度、混凝土强度等级、浇筑温度、通水冷却及其水温、气温等代入计算公式，获得对应衬砌结构和温控措施方案施工期混凝土内部最高温度。计算公式还可以通过对多组拟定温控措施方案内部最高温度的计算，在计算值小于允许最高温度和经济、简单可行的条件下优化设计温控方案。本发明专利技术能够反映衬砌厚度、混凝土强度等级、浇筑温度、通水冷却及其水温等对内部最高温度的影响，计算值与现场测量、有限元法计算成果的误差很小，实例仅2.3%，精度高，计算简单。既可计算混凝土内部最高温度，也可用于优化设计温控防裂方案，可以推广应用，特别是初步设计和施工期实时快速设计计算。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工程结构混凝土温控防裂
，具体的说是一种门洞形断面衬砌混凝土施工期内部最高温度的计算方法。
技术介绍
近些年建设的大断面高强度地下水工衬砌混凝土，只要不采取有效的温控措施，无一例外地都产生了大量裂缝，而且大多是施工期产生贯穿性的温度裂缝(参见图1a和图1b)。危害性裂缝的存在严重影响着工程结构的整体性、安全性、施工进度工期、导致渗漏甚至渗透破坏、耐久性和寿命、工程造价和美观，还可能诱发其它病害的发生和发展。因此，地下水工混凝土施工期温度裂缝的控制成为工程界十分关心的重要问题，开展了系列而深入的研究，在工程中采取了较为严厉的温控防裂措施。《水工混凝土结构设计规范》在4.1.2(3)要求“对使用上要求进行裂缝控制的结构构件，应进行抗裂或裂缝宽度验算”，在4.1.8规定“建筑物在施工和运行期间，如温度的变化对建筑物有较大影响时，应进行温度应力计算，并宜采用构造措施和施工措施以消除或减少温度应力”。《水工隧洞设计规范》(DL/T5195-2004)仅在11.2.6条要求“温度变化、混凝土干缩和膨胀所产生的应力及灌浆压力对衬砌的影响，宜通过施工措施及构造措施解决。对于高温地区产生的温度应力，应进行专门的研究”。对使用上要求控制裂缝的地下工程衬砌混凝土(如高流速泄洪洞、发电洞引水段等)在施工期的温控防裂设计计算和内部最高温度的计算，目前一般采用有限元法和参考大体积混凝土最高温度计算(以下称为大体积混凝土最高温度计算法)的方法。有限元法，在完成结构设计和混凝土配合比和大量性能参数试验后，对于具体的温控措施方案通过仿真计算。这样做，精度较高，但需要先进行混凝土配合比和大量性能参数试验，试验和仿真计算需要花费较多的时间、资金；对于没有确定施工配合比和没有混凝土性能试验时无法进行；不能适用于初步设计阶段和施工中方案快速调整。大体积混凝土最高温度计算法，首先根据拟定混凝土出机口温度或者商品混凝土出机口温度计算入仓温度Tb＝T0+(T1-T2)(θ1+θ2)(1)式中：Tb表示混凝土入仓温度，℃；θ1表示混凝土装、卸和转运等系数；θ2表示混凝土运输过程中的温度变化系数，θ2＝A×t，A取0.002，t值为运输时间；T1表示外界气温，℃；T2表示出机口温度，℃。然后计算混凝土浇筑温度T0＝Tb+θpτ(T1-Tb)(2)式中：T0表示混凝土浇筑温度，℃；T1表示外界气温，℃；Tb表示混凝土入仓温度，℃；θp表示混凝土浇筑过程中倒灌系数，缺乏资料时可取0.002～0.003/min；τ表示铺料平仓振捣至上层混凝土覆盖前的时间(min)。最后根据水泥的水化热计算混凝土的最终绝热温升和内部最高温度混凝土最终绝热温升：Tc＝(Q0*ω)/(ρ*α)(3)混凝土内部最高温度：Tmax＝T0+ξ*Tt(4)式中：Q0表示每kg水泥的总发热量，kJ/kg；ω表示每1m3混凝土的水泥用量，kg/m3；α表示混凝土的比热，kJ/kg·℃；ρ表示混凝土表观密度，kg/m3。Tmax表示混凝土内部中心最高温度，℃；T0表示混凝土浇筑温度，℃；Tt表示在t龄期时的混凝土的绝热温升，℃；ξ表示不同浇筑层厚和不同龄期的降温系数。大体积混凝土最高温度计算法，由于有大量系数取值，人为性强，而且有的大体积系数对于地下工程衬砌混凝土不一定适用，如不同浇筑层厚和不同龄期的降温系数ξ，因此误差经常较大。综合以上情况说明，目前衬砌混凝土施工期最高温度的计算方法并不完善，有限元法，需要先进行混凝土配合比和大量性能参数试验，试验和仿真计算需要花费较多的时间、资金，不能适用于初步设计阶段和施工中方案快速调整。大体积混凝土最高温度计算法，误差经常较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种门洞形断面衬砌混凝土施工期内部最高温度的计算方法。为了解决上述技术问题，本专利技术以溪洛渡水电站水工隧洞门洞形断面结构衬砌混凝土200多仓现场温控观测成果为基础，采用如下技术方案进行研究。一种门洞形断面衬砌混凝土施工期内部最高温度的计算方法，其衬砌混凝土内部最高温度Tmax，其计算公式为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—衬砌混凝土结构厚度(m)；C—衬砌混凝土按90天龄期设计的强度等级(MPa)；T0—浇筑温度(℃)；Ta—衬砌混凝土浇筑施工时洞内空气温度(℃)；Tg＝35-Tw，代表通水温度效应值(℃)；Tw为通水温度(℃)，没有通水冷却时取Tw＝35℃计算Tg＝0。将衬砌结构厚度、混凝土强度等级、浇筑温度、通水冷却及其水温、洞内气温代入式(5)，即可计算获得对应温控防裂方案砌混凝土施工期内部最高温度。必须指出的是，(1)衬砌混凝土采用28天龄期设计的强度等级时，需要按照规范换算为90天龄期设计的强度等级；(2)施工期如果采用挂帘保温，使得地下洞室空气温度提高，则Ta应该采用提高后的洞内空气温度。另外，衬砌混凝土的厚度一般较小，以上通水冷却水管都是单列布置，即各公式适用于单列布置通水冷却水管的情况。所述衬砌混凝土内部最高温度计算公式(5)还可以用于温控防裂方案设计。首先拟定多组可行温控防裂措施方案，分别用式(5)计算衬砌混凝土内部最高温度，在计算值小于允许最高温度和经济、简单可行的条件下优选设计温控防裂方案。所述门洞形断面衬砌混凝土内部最高温度计算方法，可以用于椭圆形、马蹄形及其组合的其它断面形式。所述门洞形断面衬砌混凝土，包括地面上与地面紧贴的板式衬砌、塔式、平台及这些的组合的其它类似结构工程混凝土，即只要将该结构工程混凝土等效厚度、混凝土强度等级、浇筑温度、通水冷却及其水温、气温或者其它环境温度替代Ta代入式(5)，即可以计算得该结构工程混凝土施工期的最高温度或者进行其温控方案优化设计。所述公式(5)是根据如下技术方案获得的。对溪洛渡水电站水工隧洞门洞形断面结构衬砌混凝土200多仓现场温控观测成果，采用线性回归统计分析得到。本专利技术一种门洞形断面衬砌混凝土施工期内部最高温度的计算方法的优点是：本专利技术方法既可以计算具体施工温控措施方案条件下混凝土的内部最高温度，也可以通过对多组拟定温控防裂措施方案内部最高温度的计算，在计算值小于允许最高温度和经济、简单可行的条件下设计温控防裂方案。混凝土内部最高温度计算值与现场测量、有限元法计算成果的误差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种门洞形断面衬砌混凝土施工期内部最高温度的计算方法，其特征在于：衬砌混凝土内部最高温度Tmax，其计算公式为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—衬砌混凝土结构厚度(m)；C—衬砌混凝土按90天龄期设计的强度等级(MPa)；T0—浇筑温度(℃)；Ta—衬砌混凝土浇筑施工时洞内空气温度(℃)；Tg＝35‑Tw，代表通水温度效应值(℃)；Tw为通水温度(℃)，没有通水冷却时取Tw＝35℃计算Tg＝0；将衬砌结构厚度、混凝土强度等级、浇筑温度、通水冷却及其水温、洞内气温代入式(5)计算获得对应温控防裂方案砌混凝土施工期内部最高温度。

【技术特征摘要】
1.一种门洞形断面衬砌混凝土施工期内部最高温度的计算方法，其特征在于：衬砌混
凝土内部最高温度Tmax，其计算公式为
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—衬砌混凝土结构厚度(m)；
C—衬砌混凝土按90天龄期设计的强度等级(MPa)；
T0—浇筑温度(℃)；
Ta—衬砌混凝土浇筑施工时洞内空气温度(℃)；
Tg＝35-Tw，代表通水温度效应值(℃)；
Tw为通水温度(℃)，没有通水冷却时取Tw＝35℃计算Tg＝0；
将衬砌结构厚度、...

【专利技术属性】
技术研发人员：段亚辉，樊启祥，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42