[发明专利]一种圆形断面衬砌混凝土施工期内部最高温度的计算方法

说明书

本发明公开了一种圆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，计算获得对应该温控措施方案施工期混凝土内部最高温度。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，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，可以推广在实际工程中应用，特别是初步设计和施工期实时快速设计计算。

技术领域

本发明涉及工程结构混凝土温控防裂技术领域，具体的说是一种圆形断面衬砌混凝土施工期内部最高温度的计算方法。

背景技术

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

T_b＝T₀+(T₁-T₂)(θ₁+θ₂) (1)

式中：T_b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＝T_b+θ_pτ(T₁-Tb) (2)

式中：T₀表示混凝土浇筑温度，℃；T₁表示外界气温，℃；T_b表示混凝土入仓温度，℃；θ_p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)。