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A类央企信托-416号盐城大丰非标政信
优质知识分享:
当室外日平均气温连续5天稳定低于5℃时,即进入冬期施工混凝土结构工程应采取冬期施工措施,并应采取气温突然下降的防冻措施
一、冬季混凝土工程施工的一般原理 混凝土拌合物浇筑后之所以逐渐凝结和硬化,直至获得最终强度,是由于水泥水化作用的结果
而水泥水化作用的速度除与混凝土本身组成材料和配合比有关外,主要是随着温度的高低而变化的
当温度升高时,水化作用加快,强度增长液较快;而当温度降低到0℃时,存在于混凝土中的水有一部分开始结冰,逐渐由液相(水)变成固相(冰)
这时参与水泥水化作用的水减少了
因此,水化作用减慢,强度增长相应较慢
温度继续下降,当存在于混凝土中的水完全变成冰,也就是完全液相变为固相时,水泥水化作用基本停止,此时强度就不在增长
水变成冰后,体积约增大9%,同时产生约2500 kg/平方厘米的膨胀应力
这个应力值常常大于水泥石内部形成的初期强度值,使混凝土收到不同程度的破坏(即早起受冻破坏)而降低强度
此外,当水变成冰后,还会在骨料和钢筋表面上产生颗粒较大的冰凌,减弱水泥浆与骨料和钢筋的粘结力,从而影响混凝土的抗压强度
当冰凌融化后,又会在混凝土内部形成各种空隙,而降低混凝土的密实性及耐久性
由此可见,在冬季混凝土施工中,水的形态变化是影响混凝土强度增长的关键,国内外许多学者对水在混凝土中的形态进行大量的试验
研究结果表明,新浇筑混凝土在冻结前有一段预养期,可以增加其内部液相,减少固相,加速水泥的水化作用
试验研究还表明,混凝土受冻前预养期愈长,强度损失愈小
混凝土化冻后(即处在正常温度条件下)继续养护,其强度还会增长,不过增长的幅度大小不一
对于预养期长,获得初期强度较高(如达到R28的35%)的混凝土受冻后,后期强度几乎没有损失
而对于安全预养期短,获得初期强度比较低的混凝土受冻后,后期强度都有不用程度的损失
由此可见,混凝土冻结前,要使其在正常温度下有一段预养期,以加速水泥的水化作用,使混凝土获得不遭受冻害的最低强度,一般称临界强度,即可达到预期效果
对于临界强度,各国规定取值不等,我国规定为不得低于设计强度等级的30%,也不得低于35千克每平方厘米
混凝土冻害的危害: 1、降低混凝土强度 2、造成混凝土裂缝 3、混凝土中钢筋的锈蚀 4、降低混凝土耐久性能 施工前的准备工作: (1)混凝土浇筑前应清除模板和钢筋上的冰雪及垃圾,尤其是新老混凝土交接处(如梁柱交接处),但不得用水冲洗
(2)浇筑前应准备好混凝土覆盖用保温材料,如塑料薄膜、彩条布、棉毡和草帘等,做好相应的防冻保温措施
并采取必要的挡风、封闭措施,以提高保温效果
(3)不得在冻土层上进行混凝土浇筑,浇筑前,必须设法升温使冻土消融
混凝土接槎时,应预热旧槎,浇筑后加强保温,防止接槎受冻
(4)如果混凝土的坍落度过小,不能满足施工要求时,可在混凝土公司技术人员的指导下,使用外加剂调整,严禁用加水的办法调整混凝土坍落度
混凝土浇筑: (1)为保证混凝土的浇筑质量,防止温度发生变化影响质量,混凝土运至施工单位浇筑地点后应尽快浇筑,宜在90min内卸料;采用翻斗车运输时,宜在60min内卸料
(2)冬施期间泵车润管水不得放入模板内;润管用过的砂浆也不得放入模板内,更不准集中浇筑在构件结构内
(3)在浇筑过程中,施工单位应随时观察混凝土拌合物的均匀性和稠度变化
当浇筑现场发现混凝土坍落度与要求发生变化时,应及时与混凝土公司联系,以便及时进行调整
进入浇筑现场的混凝土严禁随意加水,更应杜绝边加水边泵送浇筑的行为发生
(4)当楼板、梁、墙、柱一起浇筑时,先浇筑墙柱、混凝土沉实后,再浇筑梁和楼板
浇筑墙、柱等较高构件时,一次浇筑高度以混凝土不离析为准,一般每层不超过500mm,捣平后再浇筑上层,浇筑时更注意振捣到位,使混凝土充满试模,不在显著下沉,无明显气泡排出
(5)分层浇注厚大的整体式结构混凝土时,已浇注层的混凝土温度在未被上一层混凝土覆盖前不应低于2℃
采用加热养护时,养护前的温度不得低于2℃
(6)混凝土的入模温度不得低于5℃,浇注后,对混凝土结构易冻部位,必须加强保温以防冻害
适时合理的抹压: (1)冬期混凝土初凝时间一般为8~12小时,终凝为12~16小时
因此应适当把握好抹面时机,并在初凝前(用手轻按表面可留下指痕)进行二次抹面,可以减少表面裂缝
混凝土墙、柱等边模的拆模时间应适当延长,以避免表面发生脱皮等影响外观质量
(2)混凝土初凝前用刮尺赶平,用木抹子第一次抹面,初凝后到终凝前用铁抹子碾压表面数遍,将表面不均匀、不规则裂缝闭合,最后用收光抹子第二次抹面,闭合收水裂缝,随后立即在混凝土表面覆盖塑料薄膜,使混凝土内蒸发的游离水积在混凝土表面进行保温养护,在薄膜上再盖草帘子
混凝土的养护: (1)混凝土经过相关施工工艺处理后,应及时覆盖塑料薄膜并加盖草帘、棉毡等保温养护,以保证混凝土初凝前不受冻
根据施工工程部位及气温情况,可参照以下方法进行覆盖: 当气温在0℃~5℃时,盖一层棉毡或草帘和一层塑料薄膜; 当气温在-5℃~0℃时,盖两层棉毡或草帘和一层塑料薄膜; 当气温在-10℃~-5℃时,盖三层棉毡或草帘和一层塑料薄膜; 当气温低于-10℃时,盖四层棉毡或草帘和一层塑料薄膜; 低于-15℃时应采用加温和其他材料(如岩棉、苯板等)进行保温,其保温层厚度,材质应根据计算确定
(2)养护初期,派专人负责测温并详细记录整个养护期的温度变化,每昼夜最少四次测量混凝土和环境温度以便发现问题及时采取措施补救
(3)在模板外部保温时,除基础可随浇筑随保温外,其它结构须在设置保温材料后方可浇筑混凝土
钢模表面可先挂草帘、麻袋等保温材料并扎牢然后再浇筑混凝土
(4)混凝土终凝后应立即进行覆盖保温养护,按国家标准要求养护时间不得少于14天,若早期养护不到位,其28天强度将受很大影响
(5)拆模后的混凝土也应及时覆盖保温材料,以防混凝土表面温度骤降而产生裂缝
模板牢固,适时加荷、拆模: (1)拆模时混凝土必须达到规定的拆模强度,过早拆模、承重会导致混凝土表面撕裂产生裂缝等质量问题
在混凝土未达到1.2MPa前,不准在幼龄混凝土上面踩踏、支模和加荷
不要过早在楼板上进行施工作业或堆放重物,以减少或避免结构产生收缩变形裂缝
(2)混凝土拆模时要注意拆模式时间及顺序,特别对于梁、墙板等结构应适当延长拆模时间,拆模后应继续进行养护
(3)模板和保温层,应在混凝土冷却到5℃后方可拆除
未冷却的混凝土有较高的脆性,所以结构在冷却前不得遭受冲击或动力荷载的作用
当混凝土与外界温差大于20℃时,拆模后的混凝土表面,应临时覆盖,使其缓慢冷却
(4)根据同条件养护的试块强度决定拆模时间
二、冬季混凝土施工方法 1、冬季混凝土施工方法选择从上述分析可以知道,在冬季混凝土施工中,主要解决三个问题: 1)如何确定混凝土最短的养护龄期; 2)如何防止混凝土早期冻害; 3)如何保证混凝土后期强度和耐久性满足要求 实际工程中,要根据施工时的气温情况,工程结构状况(工程量、结构厚大程度与外露情况),工期紧迫程度,水泥的品种及价格,早强剂、减水剂、抗冻剂的性能及价格,保温材料的性能及价格,热源的条件等,来选择合理的施工方法
一般来说,对于同一个工程,可以有若干个不同的冬季施工方案
一个理想的方案,应当用最短的工期、最低的施工费用,来获得最优良的工程质量,也就是工期、费用、质量最佳化
目前基本上采用4种方法
2、冬季混凝土施工方法种类 1)调整配合比方法主要适用于在0℃左右的混凝土施工
具体做法: ①选择适当品种的水泥是提高混凝土抗冻的重要手段
试验结果表明,应使用早强硅酸盐水泥
该水泥水化热较大,且在早期放出强度最高,一般3天抗压强度大约相当于普通硅酸盐水泥的7天强度,效果较明显
②尽量降低水灰比,稍增水泥用量,从而增加水化热量,缩短达到龄期强度的时间
③掺用引气剂
在保持混凝土配合比不变的情况下,加入引气剂后生成的气泡,相应增加了水泥浆的体积,提高拌合物的流动性,改善其粘聚性及保水性,缓冲混凝土内水结冰所产生的水压力,提高混凝土的抗冻性
④掺加早强外加剂,缩短混凝土的凝结时间,提高早期强度
应用较普通的有硫酸钠(掺用水泥用量的2%)和MSF符合早强试水剂(掺水泥用量的5%)
⑤选择颗粒硬度和缝隙少的集料,使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相同
2)蓄热法主要用于气温-10℃左右,结构比较厚大的工程
做法是:对原材料(水、砂、石)进行加热,使混凝土在搅拌、运输和浇灌以后,还储备相当的热量,以使水泥水化放热较快,并加强对混凝土的保温,以保证在温度降到0℃以前使新浇混凝土具有足够的抗冻能力
此法工艺简单,施工费用不多,但要注意内部保温,避免角部与外露表面受冻,且要延长养护临期
3)抗冻外加剂在-10℃以上的气温中,对混凝土拌合物掺加一种降低水的冰点的化学剂,使混凝土在负温下仍处于液相状态,水化作用能继续进行,从而使混凝土强度继续增长
目前常用有氧化钙、氯化钠等单抗冻剂及亚硝酸钠加氯化钠符合抗冻剂
4)外部加热法主要用于气温-10℃以下,而构件并不厚大的工程
通过加热混凝土构件周围的空气,将热量传给混凝土,或直接对混凝土加热,使混凝土处于正温条件下正常硬化
①火炉加热,一般在较小的工地使用,方法简单,但室内温度不高,比较干燥,且放出的二氧化碳会使新浇混凝土表面碳化,影响质量
②蒸汽加热
用蒸汽使混凝土在湿热条件下硬化
此法较易控制,加热温度均匀
但因其需要专门的锅炉设备,费用较高
且热损失较大,劳动条件亦不理想
③电加热
将钢筋作为电极,或将电热器贴在混凝土表面,便电能为热能,以提高混凝土的温度
次方法简单方便,热损失较少,易控制,不足之处是电能消耗大
④红外线加热,以高温电加热或气体红外线发生器,对混凝土进行密封辐射加热
三、冬季混凝土施工技术措施 1、冬季施工混凝土组成材料的要求: 骨料中不得有冰块、雪团和有机物,应清洁、级配良好、质地坚硬
水:采用可饮用的自来水;外加剂:选用防冻剂,防冻剂的作用机理是在规定的负温下显著降低混凝土的液相冰点,使混凝土在液态不结冰,保证水泥的水化作用,在一定的时间内获得预期的强度
防冻剂应通过技术鉴定,符合质量标准,并经实验室试验掌握其性能
水泥:显著活性高、水化热大的普通硅酸盐水泥
2、冬季混凝土搅拌及运输的要求混凝土的搅拌: 混凝土搅拌选用加热水的方法,80℃以上的热水不得与水泥直接接触,先将热水与骨料拌合而后掺入水泥搅拌混凝土,以避免水泥假凝,混凝土搅拌的时间不得少于3分钟
另外,必要时对搅拌机周围进行防护并通暖保温
混凝土的养护:混凝土浇筑完成后马上用塑料布覆盖保持水份,同时在塑料布外侧覆盖保温被进行保温,保温被的覆盖应整齐、严密,使混凝土温度不至于下降过快,避免混凝土冻害的发生
适当延长混凝土养护的时间,以不少于15天为宜
加做两组混凝土同条件试块放在现场环境中,以便随时得到同条件下混凝土的抗压强度
3、冬季混凝土测温的要求混凝土的测温工作: 在混凝土中埋设导线设专人进行测温,包括大气温度、混凝土的出罐、入模温度、混凝土内部温度,如有异常及时采取措施
对桥梁车辆设计过程需要考虑的荷载问题进行研究,详细阐述了大跨径桥梁设计荷载过程需要遵循的要求,在总结国内桥梁车辆荷载设计标准的同时,深入分析大跨径桥梁车辆荷载设计的要点
通过分析可知,在设计的过程中,需要从相应设计规范中掌握桥梁的正态变化规律,从而保证桥梁使用状态模拟得到确定,保证设计方案中的荷载参数达到实际交通运行的需要
关键词:大跨径桥梁;设计荷载;桥梁设计 公路桥梁在设计过程中,需要从公路桥梁标准荷载的角度出发,全面分析桥梁工程中的安全性和经济性等因素
桥梁设计过程中所应用的车辆荷载标准是建设完成之后保证桥梁可以正常运行的重要参数,如果其没有达到相关标准的要求,必然会导致桥梁运行的安全性无法保证
因此,车辆荷载是保证桥梁正常使用的关键性技术参数,同时也关乎经济效益与社会效益
在中小跨径桥梁工程中,重载车辆出现的概率会直接影响横向折减系数
伴随着当前我国桥梁跨径尺寸的变化,多车道的横向折减系数也已成为设计人员必须要重视的技术参数
1桥梁设计荷载要求 1.1公路桥梁安全性方面
公路桥梁在设计阶段应重点考虑其安全性,其是公路桥梁的基本性能
桥梁设计技术人员应深入到该地区中进行实地勘察和分析,了解当地的交通运行情况以及荷载数据,并且从荷载的角度实施组合设计,全面提升桥梁运行安全性,有效降低桥梁交通事故的发生率
1.2公路桥梁耐久性方面
当前,我国公路桥梁被广泛的建设和投入使用,建设成本也在不断提升,所以在桥梁设计中应该综合考虑到施工成本、耐久性等方面,选择合理的设计方案,进而延长其使用周期
1.3公路桥梁适用性方面
桥梁需要满足多个方面的需求,因此,在设计过程中,必须要从适用性的角度出发,选择科学合理的设计方案
例如,某些桥梁中需兼具车辆行驶和行人行走,而有些桥梁只会通过车辆,这种桥梁的功能性差异,决定了其设计方案的不同,荷载与组合形式也存在很大的区别【1】
2工程概况 某桥梁处在我国的南方某地区中,整个高速公路项目中共有2座大跨径桥梁,其间隔距离为8km
该地区中分布着多条高速公路,国省干道的数量也比较多,当地经济发展非常快,但是随着社会的发展,重载运输车辆数量持续增加,交通运输量的激增使得该地区中的桥梁荷载无法满足使用要求,造成较大的安全隐患
从该设计方案中可以了解到,该桥梁工程中主体部分使用的是预应力混凝土结构形式,主跨为150m,其他结构尺寸90m+150m+90m,其中,跨中箱梁为4m,墩顶箱梁的标高设定为9m,桥面形式为双向四车道,跨度设定为12.5m
3桥梁荷载设计标准 3.1城市桥梁设计规范
从相应的国家标准和技术规范要求中了解到,对于跨径尺寸在150m以下的桥梁结构来说,其汽车荷载应该符合相应设计规范的要求,同时还应该综合考虑当地的交通运行状况以及车道荷载
在确定桥梁的主体结构时,需要综合考虑到车辆荷载的关键数据,明确各项技术参数,为设计提供基础条件
在计算桥梁结构尺寸过程中,车辆荷载与车道荷载不能重复计算
例如,某城市中的两条道路在设计过程中,根据加载处理方式来计算确定技术参数,并且需要准确判定跨径荷载系数,然后确定均匀荷载标准值q与集中荷载标准值p
在确定桥梁弯矩参数时,应该以均匀荷载qM为基础,设计弯矩结构,要通过确定均匀荷载参数q
如果桥梁的跨度尺寸处于20~150m范围内,则需要设计为四车道以上【2】
3.2公路桥涵设计通用规范
根据公路桥涵设计技术规范的要求进行设计,要考虑到车辆计算图与荷载标准、纵向折减系数确定最终的技术参数:(1)从目前我国技术标准分析可以发现,按照汽车荷载参数可以将公路分为—Ⅰ级以及公路—Ⅱ级
(2)汽车荷载参数是将车辆车载与车道荷载加在一起计算确定,均布荷载、集中荷载是公路设计中的关键性参数,这也是确定桥梁结构形式的重要参数
通过文献【3】可以了解到,在进行桥梁荷载参数计算的过程中,不能重复计算车辆与车道荷载数据
(3)如果在二级公路设计的过程中,发现该地区中交通运行量比较大,且多为重载车辆,所以在桥梁设计的过程中,需要严格按照-Ⅰ公路进行设计;由于四级以上重载车辆的数据较少,所以确定设计方案的过程中,可以按照-Ⅱ公路进行
对于Ⅰ级公路来说,其荷载分布较为均匀,此时可以将集中荷载pk值确定为10.5kN/m,因此,对于跨径尺寸为5m的桥梁来说,此时作用标准值可以确定为180kN;而对于跨径尺寸在50m以下的桥梁来说,pk参数值的确定应该严格按照360kN来进行;如果跨径桥梁的尺寸在5m~50m范围内,pk值要根据计算数据最终确定
从剪力效应参数值的计算可以确定,pk参数值应该按照1.2倍来计算
公路-Ⅱ工程在设计过程中,从车道均匀荷载参数与集中荷载参数的确定过程中,在确定-Ⅰ级等级0.75倍的同时,能够准确判定工程的技术参数【3】
4大跨径桥梁车辆荷载模型建立 4.1大跨径桥梁交通情况调查
从当地的交通运行状态调查报告可以发现,经过长期交通运输数据统计分析,该地区的桥梁中单日通车数量为77400辆,最大车流量为82290辆,从当前的数据统计分析中六个车道的对比中发现,六车道的车辆运行量最多
从当地的交通运行状况分析可以确定,该地区的荷载模型分析详见表1所示
从表1中的统计数据中不难发现,整个道路中的右车道中行驶的车辆货车已经占到了整个地区货车通行量的60.89%,而中、左车道中总计通行的货车比例分为为35.72%、10.74%,从该数据的分析也可以判定,该桥梁中的载货车辆主要集中在一、六的车道中
因此,在确定桥梁设计方案时,需要将该车道中的车辆通行量的数据作为依据计算荷载参数,然后将其代入到本次实验的模型中,最终可以确定最为合理的桥梁施工方案,满足当地交通运行的需要,达到桥梁工程的质量、耐久性方面的要求,也能够促进当地经济的发展【4】
4.2各类车型车辆荷载标准值计算
本次桥梁的技术参数计算的过程中,确定100年为基础时间段,利用公式FT(x)=【F(x)】×36500可以准确确定相应技术值,进而可以准确计算出该桥梁中的最大车辆荷载参数值,也能够判定该桥梁中通行的车辆荷载标准参数,最终可以明确桥梁结构设计的主要技术参数,以达到当地交通通行量的需要
从上述的分析数据资料中可以确定,本次桥梁在进行设计的过程中,基准周期内部选择效应参数值,然后利用正态分布的方式确定最终的技术参数,以满足桥梁耐久性的使用需要
4.3大跨径桥梁结构设计荷载模型
综合上文中的理论分析资料,并且以及工程实践情况作为基础,将桥梁设计中的均布荷载参数q1+两侧均布荷载q2为主要的基础数据参数,然后可以确定荷载参数,这样就能够判定桥梁两侧荷载数据即均布荷载参数,该参数会因为桥梁跨径尺寸的增大而逐步减少,其也能准确判定重载车辆交通通行量处于峰值时给桥梁所产生的不良影响,进而准确判定桥梁结构中的荷载分布状态,而后明确桥梁在使用过程中的关键性技术数据
根据荷载效应等效基本原理来进行桥梁设计确定,并且结合了相应的技术参数进行计算,可以确定不同跨径技术参数的荷载数值,具体的数据截取范围详见表2所示【5】
5结语 大跨径桥梁在设计的过程中,需要充分考虑到桥梁荷载所产生的影响,综合考虑多个方面的因素,确定最佳的设计方案
正是因为桥梁设计存在较高的复杂性,涉及到的影响因素比较多,所以在开始设计前应该深入了解现场的实际情况,要综合分析当地的交通运行状态,了解重载车辆的行驶规律,最终确定影响桥梁使用寿命的关键因素,进而选取更加科学合理的桥梁设计方案
在设计的过程中,从相应设计规范中可以掌握桥梁的正态变化规律,进而可以实现准确的桥梁使用状态的模拟确定,只有这样才能真正保证设计方案中的荷载参数达到实际交通运行的需要,促进桥梁使用安全性和稳定性的提升,延长使用寿命,为当地的交通发展提供有利的支持