專利名稱：一種混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混凝土防裂技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，我國正處在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的一個(gè)高潮階段，各地區(qū)正在規(guī)劃和建設(shè)一批重大工程項(xiàng)目，其中已出現(xiàn)以及可能出現(xiàn)許多熱點(diǎn)問題，它們直接關(guān)系著工程的效益發(fā)揮，并影響國家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的長遠(yuǎn)發(fā)展。在這些熱點(diǎn)問題中，混凝土結(jié)構(gòu)開裂既是一個(gè)老問題，也是一個(gè)頗受各方關(guān)注的新技術(shù)課題。自從混凝土材料出現(xiàn)以來，裂縫普遍存在于各類混凝土結(jié)構(gòu)中，比如大壩、橋梁、隧洞襯砌、水閘、泵站、地涵、港工、基礎(chǔ)等。
混凝土開裂原因與材料性質(zhì)、環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工過程等很多因素緊密相關(guān)，其中除了環(huán)境條件以外，其它因素都是可以人為控制的。我國的大部分地區(qū)自然環(huán)境條件較差，屬于大陸干旱性氣候，降雨量少，日照強(qiáng)，晝夜溫差大，某些區(qū)域的晝夜溫差達(dá)到 20°C以上。近年來，隨著全球變暖的影響，極端氣候很有可能出現(xiàn)的頻率越來越高。這樣的環(huán)境條件對(duì)混凝土工程施工而言可謂相當(dāng)惡劣，因此，采用合適的防裂方法對(duì)混凝土工程結(jié)構(gòu)非常重要。除了環(huán)境因素的影響外，現(xiàn)在各種新材料和新的施工方法、施工工藝不斷地應(yīng)用到混凝土結(jié)構(gòu)工程建設(shè)中，比如發(fā)熱量大的高性能混凝土、流動(dòng)性高的泵送混凝土等， 這些新材料和新技術(shù)的使用在帶來進(jìn)步的同時(shí)，也對(duì)混凝土的開裂產(chǎn)生了新的不利影響。 因此，混凝土的裂縫問題也引起學(xué)術(shù)界和工程界越來越多的關(guān)注，且仍然沒有得到很好解決。
對(duì)于裂縫的預(yù)防和控制，人們可以從不同的方面采用相應(yīng)的措施。材料研究部門通常在保證混凝土材料強(qiáng)度、耐久性、防滲性和抗凍性等要求的前提下，調(diào)整混凝土各成分摻量，比如減少水泥用量，摻入礦渣或粉煤灰，從而降低水化熱溫升；或摻入氧化鎂等外加劑，減小混凝土的自身體積收縮等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部門通常從減小混凝土結(jié)構(gòu)的長度或體積的角度進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)分縫，以人工設(shè)縫的方法減少危害性裂縫的產(chǎn)生；對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理配筋，配筋雖不能明顯提高混凝土本身的抗拉強(qiáng)度，但可以有效控制裂縫的擴(kuò)展。施工部門可以在施工期采用有效的溫度控制措施進(jìn)行防裂，比如降低澆筑溫度，采用合適的模板，進(jìn)行表面保溫和內(nèi)部水管冷卻降溫等，在結(jié)構(gòu)方面的措施有設(shè)置施工縫，采用合理的施工順序等。事實(shí)證明，施工期的溫控措施是防裂工作中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
目前，材料研究部門和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部門已經(jīng)能夠在混凝土防裂方面作出比較充分和深入的研究，能夠從各自的角度提出具有科學(xué)依據(jù)的防裂方案。施工部門科研能力相對(duì)較弱，往往只是依據(jù)規(guī)范或者經(jīng)驗(yàn)，提出施工期防裂方案。已經(jīng)施工的很多工程案例表明，在溫控防裂方面，規(guī)范的規(guī)定和工程的經(jīng)驗(yàn)在很多時(shí)候并不可靠。施工企業(yè)需要提升自身科研能力，針對(duì)不同的工程應(yīng)提出具有科學(xué)依據(jù)的施工期溫控防裂方案。因此，開發(fā)一個(gè)實(shí)用的施工期溫控防裂措施優(yōu)化技術(shù)，將對(duì)施工企業(yè)加強(qiáng)科研能力，提高技術(shù)水平，保證工程質(zhì)量非常有幫助。
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在混凝土易裂縫、防裂可靠性低和防裂通用性差等缺陷。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述問題，提出一種混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法，以實(shí)現(xiàn)防裂可靠性高和防裂通用性好的優(yōu)點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法， 主要包括⑴在大體積混凝土澆筑塊體的表面布置溫度探頭，測量大體積混凝土澆筑塊體的內(nèi)外溫差、降溫速度及環(huán)境溫度；⑵基于步驟⑴的測量結(jié)果，建立溫控施工方案的計(jì)算模型；⑶采集包括冷卻水管信息、澆注層信息和環(huán)境溫度信息的施工現(xiàn)場參數(shù)，輸入步驟⑵ 所得計(jì)算模型，進(jìn)行溫控仿真計(jì)算；⑷將步驟⑶所得溫控仿真計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)輔助專家系統(tǒng)進(jìn)行比較，當(dāng)步驟⑶所得溫控仿真計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)輔助專家系統(tǒng)不匹配時(shí)，多次返回步驟(2)調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，對(duì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)設(shè)的混凝土溫控防裂施工方案進(jìn)行優(yōu)化，直至得到混凝土溫控防裂的最優(yōu)施工方案。
進(jìn)一步地,步驟⑴具體包括①溫度探頭的布置范圍，以所選混凝土澆筑塊體平面圖對(duì)稱軸線的半條軸線為測溫區(qū)，在測溫區(qū)內(nèi)溫度測試點(diǎn)呈平面布置；當(dāng)所選混凝土澆筑塊體為長方體時(shí)，選取該長方體較短的對(duì)稱軸線；②在測溫區(qū)內(nèi)，根據(jù)混凝土澆筑塊體內(nèi)溫度場的分布情況及溫控的要求確定溫度探頭的位置；③在基礎(chǔ)平面半條對(duì)稱軸線上，溫度測試點(diǎn)(即溫度探頭安裝位置)的點(diǎn)位不宜少于4處；④沿混凝土澆筑塊體厚度方向，每一點(diǎn)位的測點(diǎn)數(shù)量，宜不少于5點(diǎn)；⑤保溫養(yǎng)護(hù)效果及環(huán)境溫度測試點(diǎn)(即溫度探頭安裝位置)數(shù)量，應(yīng)根據(jù)具體需要確⑥凝土澆筑塊體底表面的溫度，應(yīng)以混凝土澆筑塊體底表面以上50mm處的溫度為準(zhǔn)； 混凝土澆筑塊體的外表溫度，應(yīng)以混凝土外表以內(nèi)50mm處溫度為準(zhǔn)。
進(jìn)一步地,步驟⑴具體還包括測溫元件的選擇應(yīng)符合下列規(guī)定測溫元件的測溫誤差應(yīng)不大于O. 3°C，測溫元件安裝前，必須在浸水24h后，按上述①-⑥的要求進(jìn)行篩選。
進(jìn)一步地,步驟⑴具體還包括測溫元件的安裝及保護(hù)應(yīng)符合下列規(guī)定測溫元件安裝位置應(yīng)準(zhǔn)確，固定牢固，并與結(jié)構(gòu)鋼筋及固定架金屬體絕熱；測溫元件的引出線應(yīng)集中布置，并加以保護(hù)；混凝土澆筑過程中，下料時(shí)不得直接沖擊測溫元件及其引出線.振搗時(shí)，振搗器不得觸及測溫元件及其引出線。
進(jìn)一步地,步驟⑴具體還包括溫度監(jiān)控方案，即溫度測試采用精度較高的自動(dòng)建筑電子測溫儀(分辨率O. rc)，對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控，監(jiān)控參數(shù)包括混凝土入模溫度、混凝土內(nèi)部溫度及環(huán)境溫度；根據(jù)大體積混凝土早期升溫較快，后期降溫較慢的特點(diǎn)，采用先頻后疏的測溫方案；具體測溫頻率為前4天每2h測溫一次，5 8天內(nèi)每4h測溫一次，9 13天內(nèi)每6h測溫一次，14天后每12h測溫一次，基礎(chǔ)底板混凝土溫度基本穩(wěn)定后停止監(jiān)控。
進(jìn)一步地,步驟⑵具體包括應(yīng)用開發(fā)的混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工專家系統(tǒng)，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模，有限元模型的建立主要是通過建立超單元的方法進(jìn)行。
進(jìn)一步地，在步驟⑶中，在所述施工現(xiàn)場參數(shù)中，冷卻水管信息包括水管布設(shè)間距、水管內(nèi)半徑、放熱系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、通水溫度和通水時(shí)間，澆筑層信息包括澆筑層澆筑范圍即澆筑厚度、澆筑時(shí)間、澆筑溫度；獲取環(huán)境溫度信息的操作，包括通過高端設(shè)備獲取精確的絕熱溫升曲線、比熱、導(dǎo)溫系數(shù)，或通過現(xiàn)場原型試驗(yàn)反演獲取混凝土的部分熱學(xué)參數(shù)，或通過試驗(yàn)室大型試塊溫度值反演獲取混凝土的部分熱學(xué)參數(shù)。
進(jìn)一步地，在步驟⑶中，所述溫控仿真計(jì)算的操作，具體包括溫度場計(jì)算，即通過混凝土溫度場有限單元法或不穩(wěn)定溫度場的有限元隱式解法，求解所需溫度場仿真結(jié)果；溫度場和應(yīng)力場計(jì)算，即通過混凝土應(yīng)力場的有限單元法或應(yīng)力場的有限單元法隱式解法，求解所需應(yīng)力場仿真結(jié)果。
在前處理完成后，即網(wǎng)格剖分完畢，計(jì)算參數(shù)輸入結(jié)束，點(diǎn)擊“溫度場計(jì)算”或“溫度場和應(yīng)力場計(jì)算”后程序就開始在后臺(tái)計(jì)算，從輸出窗口可以看到計(jì)算過程的進(jìn)度。
進(jìn)一步地，在步驟⑷中，所述預(yù)設(shè)輔助專家系統(tǒng)，包括幾類典型結(jié)構(gòu)的溫控措施， 針對(duì)未達(dá)到防裂目標(biāo)的仿真計(jì)算結(jié)果給出指導(dǎo)的措施調(diào)整原則；根據(jù)輔助專家系統(tǒng)后處理功能可以根據(jù)溫度探頭測溫、和采取防裂措施的計(jì)算結(jié)果給出的混凝土澆筑塊的溫度歷史曲線、應(yīng)力歷時(shí)曲線、溫度和應(yīng)力等值曲線、溫度切片等圖像；施工單位根據(jù)這些圖像可以清楚的知道混凝土內(nèi)部溫度和應(yīng)力的分布大小是否在混凝土抗裂的應(yīng)力范圍內(nèi)；如大于混凝土的應(yīng)力范圍，則此部位混凝土可能開裂，應(yīng)重新調(diào)整防裂施工方案。
本發(fā)明各實(shí)施例的混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法，由于主要包括⑴在大體積混凝土澆筑塊體的表面布置溫度探頭，測量大體積混凝土澆筑塊體的內(nèi)外溫差、降溫速度及環(huán)境溫度；⑵基于所得測量結(jié)果，建立溫控施工方案的計(jì)算模型采集包括冷卻水管信息、澆注層信息和環(huán)境溫度信息的施工現(xiàn)場參數(shù)，輸入所得計(jì)算模型，進(jìn)行溫控仿真計(jì)算； ⑷將步驟⑶所得溫控仿真計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)輔助專家系統(tǒng)進(jìn)行比較，當(dāng)步驟⑶所得溫控仿真計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)輔助專家系統(tǒng)不匹配時(shí)，多次返回步驟⑵調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，對(duì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)設(shè)的混凝土溫控防裂施工方案進(jìn)行優(yōu)化，直至得到混凝土溫控防裂的最優(yōu)施工方案；可以使施工企業(yè)能夠在相對(duì)低成本的條件下使用該技術(shù)，為更多的實(shí)際工程服務(wù)，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量，同時(shí)還有利于提高施工企業(yè)的科研水平和技術(shù)能力；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中混凝土易裂縫、防裂可靠性低和防裂通用性差的缺陷，以實(shí)現(xiàn)混凝土不易裂縫、防裂可靠性高和防裂通用性好的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。
下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中圖1為超單元模型示意圖；圖2為本發(fā)明混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，提供了一種混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法，S卩，提供了一種利用TCAS軟件對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的各種擬定溫控方案進(jìn)行仿真計(jì)算(仿真計(jì)算中可以模擬混凝土氣候條件、澆筑溫度控制、外部保溫、分縫分塊等措施)對(duì)比分析，優(yōu)選出經(jīng)濟(jì)有效的溫控防裂措施，減少混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，提高混凝土機(jī)構(gòu)安全的施工方法。一般地，對(duì)于裂縫的預(yù)防和控制，人們可以從不同的方面采用相應(yīng)的措施。材料研究部門通常在保證混凝土材料強(qiáng)度、耐久性、防滲性和抗凍性等要求的前提下，調(diào)整混凝土各成分摻量，比如減少水泥用量，摻入礦渣或粉煤灰，從而降低水化熱溫升；或摻入氧化鎂等外加劑，減小混凝土的自身體積收縮等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部門通常從減小混凝土結(jié)構(gòu)的長度或體積的角度進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)分縫，以人工設(shè)縫的方法減少危害性裂縫的產(chǎn)生；對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理配筋，可以有效控制裂縫的擴(kuò)展。施工部門可以在施工期根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)特征、施工現(xiàn)場氣候條件、材料屬性、施工機(jī)具設(shè)備、工程施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行混凝土溫控施工方案設(shè)計(jì)，比如降低澆筑溫度，采用合適的模板，進(jìn)行表面保溫和內(nèi)部水管冷卻降溫等，在結(jié)構(gòu)方面的措施有設(shè)置施工縫，采用合理的施工順序等。
如圖2所示，本實(shí)施例的一種混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法，主要包括步驟1:在大體積混凝土澆筑塊體的表面布置溫度探頭，測量大體積混凝土澆筑塊體的內(nèi)外溫差、降溫速度及環(huán)境溫度；具體如下預(yù)先定位溫度探頭⑴大體積混凝土澆筑塊體溫度測試點(diǎn)(即溫度探頭安裝位置)的布置。以能真實(shí)反映出混凝土塊體的內(nèi)外溫差、降溫速度及環(huán)境溫度為原則，一般可按下列方式布置1)溫度探頭的布置范圍以所選混凝土澆筑塊體平面圖對(duì)稱軸線的半條軸線為測溫區(qū) (對(duì)長方體可取較短的對(duì)稱軸線)，在測溫區(qū)內(nèi)溫度測試點(diǎn)呈平面布置；2)在測溫區(qū)內(nèi)，溫度探頭的位置可根據(jù)混凝土澆筑塊體內(nèi)溫度場的分布情況及溫控的要求確定； 3)在基礎(chǔ)平面半條對(duì)稱軸線上，溫度測試點(diǎn)(即溫度探頭安裝位置)的點(diǎn)位不宜少于4 處；4)沿混凝土澆筑塊體厚度方向，每一點(diǎn)位的測點(diǎn)數(shù)量，宜不少于5點(diǎn)；5)保溫養(yǎng)護(hù)效果及環(huán)境溫度測試點(diǎn)(即溫度探頭安裝位置)數(shù)量應(yīng)根據(jù)具體需要確6)凝土澆筑塊體底表面的溫度，應(yīng)以混凝土澆筑塊體底表面以上50mm處的溫度為準(zhǔn)； 乃混凝土澆筑塊體的外表溫度，應(yīng)以混凝土外表以內(nèi)50mm處溫度為準(zhǔn)。
⑵測溫元件的選擇應(yīng)符合下列規(guī)定測溫元件的測溫誤差應(yīng)不大于O. 3°C，測溫元件安裝前，必須在浸水24h后，按上述的要求進(jìn)行篩選。
⑶測溫元件的安裝及保護(hù)應(yīng)符合下列規(guī)定1)測溫元件安裝位置應(yīng)準(zhǔn)確，固定牢固，并與結(jié)構(gòu)鋼筋及固定架金屬體絕熱；2)測溫元件的引出線應(yīng)集中布置，并加以保護(hù)；3)混凝土澆筑過程中，下料時(shí)不得直接沖擊測溫元件及其引出線.振搗時(shí)，振搗器不得觸及測溫元件及其引出線。
⑷溫度監(jiān)控方案I)溫度測試采用精度較高的自動(dòng)建筑電子測溫儀(分辨率O. 1°C )。對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控，監(jiān)控參數(shù)包括混凝土入模溫度、混凝土內(nèi)部溫度及環(huán)境溫度。
2)根據(jù)大體積混凝土早期升溫較快，后期降溫較慢的特點(diǎn)，采用先頻后疏的測溫方案。具體測溫頻率為前4天每2h測溫一次，5 8天內(nèi)每4h測溫一次，9 13天內(nèi)每6h 測溫一次，14天后每12h測溫一次，基礎(chǔ)底板混凝土溫度基本穩(wěn)定后停止監(jiān) 控；步驟2 :基于步驟I的測量結(jié)果，建立溫控施工方案的計(jì)算模型；該步驟是否整個(gè)溫控仿真輔助分析方法的關(guān)鍵步驟，以后的參數(shù)輸入及計(jì)算都基于這個(gè)計(jì)算模型。這個(gè)模型也是混凝土澆筑時(shí)的建筑結(jié)構(gòu)模型。
應(yīng)用開發(fā)的混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工專家系統(tǒng)軟件對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模，有限元模型的建立主要是通過建立超單元的方法進(jìn)行，為了便于計(jì)算，模型網(wǎng)格盡可能剖分成為六面體單元。基礎(chǔ)網(wǎng)格劃分操作窗口如下添加超單元，這里添加超單元節(jié)點(diǎn)的編號(hào)是有規(guī)定的，必須按此規(guī)定添加坐標(biāo)，注意剖分方向和坐標(biāo)軸的相對(duì)關(guān)系，具體參見圖1。
節(jié)點(diǎn)1—8 :按照?qǐng)D1的順序輸入超單元節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；單元材料號(hào)現(xiàn)階段可以隨便輸，后續(xù)工作中用戶可以手動(dòng)添加材料號(hào)并輸入材料特征，這里可以進(jìn)行選擇；剖分單元類型目前采用8節(jié)點(diǎn)單元類型，填8，后續(xù)可以考慮剖20節(jié)點(diǎn)的；XYZ軸劃分?jǐn)?shù)某個(gè)超單元沿X、Y、Z三個(gè)方向劃分的份數(shù)。
是否均分某個(gè)方向是否平均分為η份，點(diǎn)選；劃分大小均分就不填，不均分此欄填入各段的比例因子，由空格隔開；以下是一個(gè)例子第一步，輸入超單元和劃分信息第二步，點(diǎn)擊“下一個(gè)”:彈出現(xiàn)在的單元數(shù)與節(jié)點(diǎn)數(shù)，開始添加下一個(gè)超單元。
注意，無論是否有下一個(gè)超單元，均需點(diǎn)擊“下一個(gè)”，因?yàn)辄c(diǎn)擊后本步輸入的數(shù)據(jù)才會(huì)存到文件中，供后續(xù)步驟使用；第三步，點(diǎn)擊選項(xiàng)“讀入新劃分”第四步，點(diǎn)擊“全部劃分”:將數(shù)據(jù)寫入兩個(gè)文件C0EL1. in和HFl. in，并同時(shí)運(yùn)行動(dòng)態(tài)庫生成WG. out,屏幕顯示如下信息；后臺(tái)輸出結(jié)果如圖(下圖中的矩形只是超單元的示意圖，用于提示超單元的節(jié)點(diǎn)排列順序，真正的模型和網(wǎng)格顯示是在主框架窗口中)按順序輸入超單元節(jié)點(diǎn)；第五步，點(diǎn)擊讀入已有剖分讀入已經(jīng)剖分好的WG. out文件屏幕顯示信息成功讀取數(shù)據(jù)！第六步，點(diǎn)擊“退出”此時(shí)，網(wǎng)格顯示在黑色背景的屏幕上，缺省顯示的網(wǎng)格模型可能較小，可以用放大，旋轉(zhuǎn)等功能查看。
如果要讀取一個(gè)以前建立的老模型，直接從上述步驟的第五步開始做即可；步驟3 :采集包括冷卻水管信息、澆注層信息和環(huán)境溫度信息的施工現(xiàn)場參數(shù)，輸入步驟2所得計(jì)算模型，進(jìn)行溫控仿真計(jì)算；在步驟3中，在所述施工現(xiàn)場參數(shù)中，冷卻水管信息包括水管布設(shè)間距、水管內(nèi)半徑、 放熱系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、通水溫度和通水時(shí)間，澆筑層信息包括澆筑層澆筑范圍即澆筑厚度、 燒筑時(shí)間、燒筑溫度；獲取環(huán)境溫度信息的操作，包括通過高端設(shè)備獲取精確的絕熱溫升曲線、比熱、導(dǎo)溫系數(shù)，或通過現(xiàn)場原型試驗(yàn)反演獲取混凝土的部分熱學(xué)參數(shù)，或通過試驗(yàn)室大型試塊溫度值反演獲取混凝土的部分熱學(xué)參數(shù)。
環(huán)境溫度參數(shù)設(shè)計(jì)上圖中的開始澆筑時(shí)刻為一年中的第219天，這里將I月I日O點(diǎn)為開始澆筑當(dāng)年的第O天這個(gè)時(shí)刻，一年以365天計(jì)。年最高氣溫時(shí)間為第6. 8月這個(gè)時(shí)刻，這里也是以I月 I日O點(diǎn)為開始澆筑當(dāng)年的第O月這個(gè)時(shí)刻。日最高氣溫時(shí)刻為每天中午12時(shí)出現(xiàn)。
材料(混凝土)熱學(xué)參數(shù)的獲取(材料容重、泊松比、膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)、材料彈性模量)⑴通過高端設(shè)備獲取精確的絕熱溫升曲線、比熱、導(dǎo)溫系數(shù)具體方法在專業(yè)的混凝土實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制作專門的試塊，采用有關(guān)微機(jī)自動(dòng)控制的混凝土熱學(xué)設(shè)備直接獲取混凝土熱學(xué)參數(shù)。
優(yōu)點(diǎn)無需通過反演計(jì)算，可直接獲取有關(guān)熱學(xué)參數(shù)，精度高。
缺點(diǎn)材料運(yùn)輸、試驗(yàn)等成本相對(duì)較高。
⑵通過現(xiàn)場原型試驗(yàn)反演獲取混凝土的部分熱學(xué)參數(shù)具體方法在施工現(xiàn)場預(yù)埋溫度探頭，通過一段時(shí)間的溫度測量，將獲取的氣溫、風(fēng)速、 混凝土內(nèi)部溫度等數(shù)據(jù)通過本發(fā)明軟件進(jìn)行反演分析，獲取混凝土絕熱溫升、冷卻水管、表面熱交換系數(shù)等計(jì)算參數(shù)。
優(yōu)點(diǎn)參數(shù)更接近施工現(xiàn)場實(shí)際情況，有利于得出更符合實(shí)際的計(jì)算結(jié)果；缺點(diǎn)現(xiàn)場工作人工成本較高，溫度探頭更容易發(fā)生損壞。
⑶通過試驗(yàn)室大型試塊溫度值反演獲取混凝土的部分熱學(xué)參數(shù)具體方法在施工現(xiàn)場或試驗(yàn)室內(nèi)制作大型試塊，預(yù)埋溫度探頭，通過一段時(shí)間的溫度測量，將獲取的氣溫、風(fēng)速、混凝土內(nèi)部溫度等數(shù)據(jù)通過本發(fā)明軟件進(jìn)行反演分析，獲取混凝土絕熱溫升、冷卻水管、表面熱交換系數(shù)等計(jì)算參數(shù)。
優(yōu)點(diǎn)便于在施工前獲取工程現(xiàn)場的熱學(xué)參數(shù)，大型試塊的成果可靠性高。
缺點(diǎn)大型試塊的試驗(yàn)成本相對(duì)較高，現(xiàn)場人工成本較高。
在步驟3中，所述溫控仿真計(jì)算的操作，具體包括溫度場計(jì)算，即通過混凝土溫度場有限單元法或不穩(wěn)定溫度場的有限元隱式解法，求解所需溫度場仿真結(jié)果；溫度場和應(yīng)力場計(jì)算，即通過混凝土應(yīng)力場的有限單元法或應(yīng)力場的有限單元法隱式解法，求解所需應(yīng)力場仿真結(jié)果。
在前處理完成后，即網(wǎng)格剖分完畢，計(jì)算參數(shù)輸入結(jié)束，點(diǎn)擊“溫度場計(jì)算”或“溫度場和應(yīng)力場計(jì)算”后程序就開始在后臺(tái)計(jì)算，從輸出窗口可以看到計(jì)算過程的進(jìn)度。具體地在前處理完成后，即網(wǎng)格剖分完畢，計(jì)算參數(shù)輸入結(jié)束，點(diǎn)擊“溫度場計(jì)算”或“溫度場和應(yīng)力場計(jì)算”后程序就開始在后臺(tái)計(jì)算，從輸出窗口可以看到計(jì)算過程的進(jìn)度。
混凝土仿真計(jì)算就是對(duì)施工過程、環(huán)境條件、材料性質(zhì)變化和防裂措施等因素進(jìn)行盡可能精確準(zhǔn)確細(xì)致的數(shù)值仿真模擬計(jì)算，以得到與實(shí)際情況相符合的數(shù)值解?；炷潦欠謱訚仓模一炷恋臏囟扔?jì)算參數(shù)和變形與應(yīng)力計(jì)算參數(shù)是隨齡期變化的，所以計(jì)算時(shí)必須充分準(zhǔn)確地考慮這些因素對(duì)計(jì)算的影響。
3.1混凝土溫度場有限單元法求解 3.1.1不穩(wěn)定溫度場的基本理論在計(jì)算域R內(nèi)任何一點(diǎn)處，不穩(wěn)定溫度場T (x, y, z, t)須滿足熱傳導(dǎo)連續(xù)方程
權(quán)利要求
1.一種混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法，其特征在于，主要包括 ⑴在大體積混凝土澆筑塊體的表面布置溫度探頭，測量大體積混凝土澆筑塊體的內(nèi)外溫差、降溫速度及環(huán)境溫度； ⑵基于步驟⑴的測量結(jié)果，建立溫控施工方案的計(jì)算模型； ⑶采集施工現(xiàn)場參數(shù)，輸入步驟⑵所得計(jì)算模型，進(jìn)行溫控仿真計(jì)算； ⑷將步驟⑶所得溫控仿真計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)輔助專家系統(tǒng)進(jìn)行比較，當(dāng)步驟⑶所得溫控仿真計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)輔助專家系統(tǒng)不匹配時(shí)，多次返回步驟(2)調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，對(duì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)設(shè)的混凝土溫控防裂施工方案進(jìn)行優(yōu)化，直至得到混凝土溫控防裂的最優(yōu)施工方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法，其特征在于，步驟⑴具體包括 ①溫度探頭的布置范圍，以所選混凝土澆筑塊體平面圖對(duì)稱軸線的半條軸線為測溫區(qū)，在測溫區(qū)內(nèi)溫度測試點(diǎn)呈平面布置；當(dāng)所選混凝土澆筑塊體為長方體時(shí)，選取該長方體較短的對(duì)稱軸線； ②在測溫區(qū)內(nèi)，根據(jù)混凝土澆筑塊體內(nèi)溫度場的分布情況及溫控的要求確定溫度探頭的位置； ③在基礎(chǔ)平面半條對(duì)稱軸線上，溫度測試點(diǎn)(即溫度探頭安裝位置)的點(diǎn)位不宜少于4處； ④沿混凝土澆筑塊體厚度方向，每一點(diǎn)位的測點(diǎn)數(shù)量，宜不少于5點(diǎn)； ⑤保溫養(yǎng)護(hù)效果及環(huán)境溫度測試點(diǎn)(即溫度探頭安裝位置)數(shù)量，應(yīng)根據(jù)具體需要確定; ⑥凝土澆筑塊體底表面的溫度，應(yīng)以混凝土澆筑塊體底表面以上50mm處的溫度為準(zhǔn)；混凝土澆筑塊體的外表溫度，應(yīng)以混凝土外表以內(nèi)50mm處溫度為準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法，其特征在于，步驟⑴具體還包括 測溫元件的選擇應(yīng)符合下列規(guī)定測溫元件的測溫誤差應(yīng)不大于0. 3°C，測溫元件安裝前，必須在浸水24h后，按上述①-⑥的要求進(jìn)行篩選。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法，其特征在于，步驟⑴具體還包括 測溫元件的安裝及保護(hù)應(yīng)符合下列規(guī)定 測溫元件安裝位置應(yīng)準(zhǔn)確，固定牢固，并與結(jié)構(gòu)鋼筋及固定架金屬體絕熱； 測溫元件的引出線應(yīng)集中布置，并加以保護(hù)； 混凝土澆筑過程中，下料時(shí)不得直接沖擊測溫元件及其引出線.振搗時(shí)，振搗器不得觸及測溫元件及其引出線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法，其特征在于，步驟⑴具體還包括 溫度監(jiān)控方案，即 溫度測試采用精度較高的自動(dòng)建筑電子測溫儀(分辨率0. rc)，對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控，監(jiān)控參數(shù)包括混凝土入模溫度、混凝土內(nèi)部溫度及環(huán)境溫度； 根據(jù)大體積混凝土早期升溫較快，后期降溫較慢的特點(diǎn)，采用先頻后疏的測溫方案；具體測溫頻率為前4天每2h測溫一次，5 8天內(nèi)每4h測溫一次，9 13天內(nèi)每6h測溫一次，14天后每12h測溫一次，基礎(chǔ)底板混凝土溫度基本穩(wěn)定后停止監(jiān)控。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法，其特征在于，步驟⑵具體包括 應(yīng)用開發(fā)的混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工專家系統(tǒng)，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模，有限元模型的建立主要是通過建立超單元的方法進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法，其特征在于，在步驟⑶中，所述施工現(xiàn)場參數(shù)包括澆注層信息和環(huán)境溫度信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法，其特征在于，在步驟⑶中，所述施工現(xiàn)場參數(shù)還包括冷卻水管信息； 在所述施工現(xiàn)場參數(shù)中，冷卻水管信息包括水管布設(shè)間距、水管內(nèi)半徑、放熱系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、通水溫度和通水時(shí)間，澆筑層信息包括澆筑層澆筑范圍即澆筑厚度、澆筑時(shí)間、澆鞏溫度； 獲取環(huán)境溫度信息的操作，包括通過高端設(shè)備獲取精確的絕熱溫升曲線、比熱、導(dǎo)溫系數(shù)，或通過現(xiàn)場原型試驗(yàn)反演獲取混凝土的部分熱學(xué)參數(shù)，或通過試驗(yàn)室大型試塊溫度值反演獲取混凝土的部分熱學(xué)參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法，其特征在于，在步驟⑶中，所述溫控仿真計(jì)算的操作，具體包括 溫度場計(jì)算，即通過混凝土溫度場有限單元法或不穩(wěn)定溫度場的有限元隱式解法，求解所需溫度場仿真結(jié)果； 溫度場和應(yīng)力場計(jì)算，即通過混凝土應(yīng)力場的有限單元法或應(yīng)力場的有限單元法隱式解法，求解所需應(yīng)力場仿真結(jié)果； 在前處理完成后，即網(wǎng)格剖分完畢，計(jì)算參數(shù)輸入結(jié)束，點(diǎn)擊“溫度場計(jì)算”或“溫度場和應(yīng)力場計(jì)算”后程序就開始在后臺(tái)計(jì)算，從輸出窗口可以看到計(jì)算過程的進(jìn)度。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法，其特征在于，在步驟⑷中，所述預(yù)設(shè)輔助專家系統(tǒng)，包括幾類典型結(jié)構(gòu)的溫控措施，針對(duì)未達(dá)到防裂目標(biāo)的仿真計(jì)算結(jié)果給出指導(dǎo)的措施調(diào)整原則； 根據(jù)輔助專家系統(tǒng)后處理功能，根據(jù)溫度探頭測溫、和采取防裂措施的計(jì)算結(jié)果給出的混凝土澆筑塊的溫度歷史曲線、應(yīng)力歷時(shí)曲線、溫度和應(yīng)力等值曲線、溫度切片等圖像；施工單位根據(jù)這些圖像能夠清楚地知道混凝土內(nèi)部溫度和應(yīng)力的分布大小是否在混凝土抗裂的應(yīng)力范圍內(nèi)；如大于混凝土的應(yīng)力范圍，則此部位混凝土可能開裂，應(yīng)重新調(diào)整防裂施工方案。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法，包括⑴在大體積混凝土澆筑塊體的表面布置溫度探頭，測量大體積混凝土澆筑塊體的內(nèi)外溫差、降溫速度及環(huán)境溫度；⑵基于所得測量結(jié)果，建立溫控施工方案的計(jì)算模型；⑶采集包括施工現(xiàn)場參數(shù)，輸入所得計(jì)算模型，進(jìn)行溫控仿真計(jì)算；⑷將步驟⑶所得溫控仿真計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)輔助專家系統(tǒng)進(jìn)行比較，當(dāng)步驟⑶所得溫控仿真計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)輔助專家系統(tǒng)不匹配時(shí)，多次返回步驟⑵調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，對(duì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)設(shè)的混凝土溫控防裂施工方案進(jìn)行優(yōu)化，直至得到混凝土溫控防裂的最優(yōu)施工方案。該混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂施工方法，可以實(shí)現(xiàn)混凝土不易裂縫、防裂可靠性高和防裂通用性好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E02D15/02GK102979307SQ201210535910
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者范吉明, 強(qiáng)晟, 尹曉曦, 王平, 王義民 申請(qǐng)人:新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)金來建設(shè)工程技術(shù)研發(fā)有限責(zé)任公司