一种超长混凝土结构无缝施工方法

技术领域

本发明属于混凝土施工技术领域，具体而言，涉及一种超长混凝土结构无缝施工方法。

背景技术

超长混凝土结构是伸缩缝间距超过规范规定的最大间距的钢筋混凝土结构，或伸缩缝间距虽然未超过规范限值但结构温差变化较大、混凝土收缩较大、结构竖向抗侧构件对楼屋盖约束较大的钢筋混凝土结构。

公开号为CN102235091A的中国发明专利(申请号：CN201010153591.8)公开一种超长混凝土结构的施工方法，包括：对所述超长混凝土结构进行分块，所述超长混凝土结构被分成若干混凝土块；在所述混凝土块边界设置施工缝和后浇带，所述施工缝和所述后浇带间隔设置；对所述施工缝和后浇带两侧的混凝土结构进行浇捣；对所述施工缝和后浇带进行临时封闭；对所述混凝土块进行收缩应力释放；对所述施工缝和后浇带进行清理和湿润；对所述施工缝和后浇带分别进行浇捣。

上述发明在对所述超长混凝土结构进行分块时无法将每块混凝土块的尺寸大小与混凝土强度的关系达到最优比，不能最大限度提高超长混凝土结构的强度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种超长混凝土结构无缝施工方法能够有效解决每块混凝土块的尺寸大小与混凝土强度的关系达到最优比的问题，最大限度提高超长混凝土结构的强度。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种超长混凝土结构无缝施工方法，其中，包括以下步骤：

S01：将超长混凝土结构划分为若干个面板，所述面板尺寸利用博弈算法进行计算；

S02：确定所述面板整体的递推流水施工方向，每块所述面板的递推流水施工方向从一头向另一头连续递推进行；

S03：计算相邻两个所述面板之间的浇筑时间间隔；

S04：确定混凝土的配合比，确定所述混凝土梁与所述面板内的最大水化热升温与降温速率；

S05：计算所述面板的混凝土梁在混凝土水化热升温与降温过程中受到的最大轴力，保证每一所述面板的所述混凝土梁受到的最大轴力不超过所述混凝土梁当时的承载力；

S06：根据所述步骤S04确定好的混凝土的配合比、递推流水施工方向、浇筑时间间隔以及最大水化热升温与降温速率；

S07：按照所述步骤S01划分的面板尺寸安装隔板，在隔板中开始浇筑混凝土，完成超长混凝土结构的递推流水施工。

通过将超长混凝土结构分割成多个面板，使先浇筑的混凝土在经过短期应力释放后，经过一定收缩变形，再用柔性混凝土其连接浇筑成整体，依靠柔性混凝土形变抵抗后期混凝土收缩、温度应力；

通过使用博弈算法计算面板尺寸，计算出最适合的面板混凝土块的大小，使面板强度和混凝土尺寸达到最右解，提高超长混凝土结构的施工质量。

在上述技术方案的基础上，本发明的一种超长混凝土结构无缝施工方法还可以做如下改进:

其中，所述步骤S01中利用博弈算法对面板尺寸进行计算的具体方法为：

第一步：以所述面板强度最大为目标函数，建立考虑水泥强度、水灰比、骨料、外加剂的上层面板强度模型；

第二步：以每块所述面板面积最大为目标函数，建立考虑混凝土热胀冷缩影响的下层面板尺寸模型；

第三步：以所述上层面板强度模型建立以为领导者、所述下层面板尺寸模型为从者的主从博弈模型；

第四步：分别确定所述上层面板强度模型和所述下层面板尺寸模型的目标函数约束条件；

第五步：分别在所述上层面板强度模型和所述下层面板尺寸模型的约束条件下，将数据输入所述主从博弈模型并求解，输出最优面板尺寸方案；

第六步：以所得到的所述最优面板尺寸方案对所述超长混凝土结构按照尺寸分割成面板；

其中，所述上层面板强度模型的目标函数为：

式中，σ为水泥熟料砂浆理论强度由

u为凝胶材料强度贡献率由u＝(u

f

所述下层面板尺寸模型的目标函数为：

F

式中，l为所述楼板的长度，h为楼板的厚度；z为楼板的宽度，n一般取2～3。

进一步的，所述上层面板强度模型的约束条件包括：

mf

f

其强度的最小值尚应满足下式要求：

f

式中：

mf

f

σ

f

进一步的，所述下层面板尺寸模型的约束条件包括：h≤700m；z≥40m；l×z≥1600m

式中，l为所述楼板的长度，h为楼板的厚度；z为楼板的宽度。

进一步的，求解所述主从博弈模型的方法为利用Gurobi求解器与粒子群优化算法相结合的方法，将所述面板尺寸作为所述例子群优化算法的粒子的位置和所述粒子群优化算法初始速度为0。

进一步的，求解所述主从博弈模型的步骤包括：

步骤1：输入面板强度与面板尺寸的已知相关参数；

步骤2：设置粒子群优化算法的相关参数、求解的迭代次数；

步骤3：利用粒子群优化算法初始化面板尺寸；

步骤4：利用Gurobi求解下层面板尺寸与上层面板强度优化策略，并计算双方面板尺寸，得到起始最优策略；

步骤5：令迭代次数r＝1，进入迭代优化部分；

步骤6：根据当前下层面板尺寸使用策略，利用粒子群优化算法生成新的面板尺寸策略；

步骤7：根据当前上层面板强度策略，利用Gurobi求解下层面板尺寸；

步骤8：计算此段面板尺寸，保存当前迭代最优解；

步骤9：判断当前迭代次数是否大于最大迭代次数R，若未达到最大迭代次数，重复步骤6-8的迭代过程，直到达到最大迭代次数R的时候，输出当前最优解。

其中，步骤S07的具体操作方法包括一下步骤：

第一步：将地面按照所述步骤S01中划分的面板尺寸使用所述隔板进行分隔，每个所述隔板之间具有空隙；

第二步：将分隔后的所述面板进行浇筑；

第三步：对浇筑好的混凝土进行防裂处理；

第四步：在浇筑完成不小于七天时，拆除所述隔板；

第五步：在所述隔板形成的所述空隙中浇筑柔性混凝土。

进一步的，所述第三步中所述防裂处理的方法包括一下步骤：

第一步：选取所述面板作为实验数据；

第二步：根据典型框架结构等效连续性约束的地基水平阻力系数，计算典型框架结构最大约束应力和基于等效连续性约束的框架结构最大约束应力；

第三步：给出不同间歇时间对框架结构最大约束应力降低比例的对应关系，得出相应的间歇影响系数；

第四步：计算相应间歇时间下的框架结构最大约束应力；

第五步：根据所述间歇影响系数和所述框架结构最大约束应力，制定所述面板间歇施工中间歇时间。

进一步的，所述第一步中选取所述面板作为实验数据的具体步骤为：将所述面板的混凝土收缩过程分为前期、中期和后期三个阶段，计算所述前期中水化热温差ΔT1、所述中期、所述后期中干缩当量温差和环境温差，回归混凝土内部温差变化和环境温差变化之间的经验关系。

其中，在所述面板的框架梁的梁厚的中部、梁厚的1/4位置、梁厚的1/8位置、所述框架梁的模板表面内2cm处分别安装有四个第一温度传感器，所述第一温度传感器用于测量混凝土梁的平均温度，沿所述面板内部埋设有第二传感器，所述第二传感器用于测量面板的平均温度。

与现有技术相比较，本发明提供的一种超长混凝土结构无缝施工方法的有益效果是：通过将超长混凝土结构分割成多个面板，使先浇筑的混凝土在经过短期应力释放后，经过一定收缩变形，再用柔性混凝土其连接浇筑成整体，依靠柔性混凝土形变抵抗后期混凝土收缩、温度应力；

通过使用博弈算法计算面板尺寸，计算出最适合的面板混凝土块的大小，使面板强度和混凝土尺寸达到最右解，提高超长混凝土结构的施工质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供一种超长混凝土结构无缝施工方法的流程图；

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1所示，是本发明提供的一种超长混凝土结构无缝施工方法的第一实施例，在本实施例中，包括以下步骤：

S01：将超长混凝土结构划分为若干个面板，面板尺寸利用博弈算法进行计算；

S02：确定面板整体的递推流水施工方向，每块面板的递推流水施工方向从一头向另一头连续递推进行；

S03：计算相邻两个面板之间的浇筑时间间隔；

S04：确定混凝土的配合比，确定混凝土梁与面板内的最大水化热升温与降温速率；

S05：计算面板的混凝土梁在混凝土水化热升温与降温过程中受到的最大轴力，保证每一面板的混凝土梁受到的最大轴力不超过混凝土梁当时的承载力；

S06：根据步骤S04确定好的混凝土的配合比、递推流水施工方向、浇筑时间间隔以及最大水化热升温与降温速率；

S07：按照步骤S01划分的面板尺寸安装隔板，在隔板中开始浇筑混凝土，完成超长混凝土结构的递推流水施工。

柔性混凝土可以使用公开号为CN105236891B发明公开的一种嵌缝用柔性混凝土，该柔性混凝土包括以下质量分数配比的组分：无机胶凝材料15-25％、膨胀材料1.0-2.0％、填料4-8％、石子40-60％、砂子15-30％、高强度特种纤维0.3-1.0％、高分子添加剂3-6％，其余为水；该一种嵌缝用柔性混凝土选用的原料价格低廉，不仅能完全满足与面板与面板之间的粘结要求，提供良好的防水性能，此外，由于提高了混凝土的柔性和膨胀性，为面板膨胀提供了伸缩空间。

一个面板受到混凝土梁的最大拉应力以及最大剪应力进行计算：

最大拉应力的计算公式为：

最大剪应力的计算公式为；

式中，

H(t)表示考虑徐变引起的内力松弛系数；Cx表示水平阻力系数；L表示一个开间内的板长；H表示混凝土换算厚度的平均值；E表示混凝土弹性模量；ε表示楼板的收缩应变。/>

每一面板的混凝土梁受到的最大轴力的计算公式为：

式中

表示框架柱的侧移刚度；

表示框架梁的轴向刚度；E表示混凝土弹性模量；A表示梁截面面积；ΔL表示梁长度方向变形量；L表示梁的初始长；ΔT表示梁的降温值；α表示混凝土热膨胀系数；B

其中，在上述技术方案中，步骤S01中利用博弈算法对面板尺寸进行计算的具体方法为：

第一步：以面板强度最大为目标函数，建立考虑水泥强度、水灰比、骨料、外加剂的上层面板强度模型；

第二步：以每块面板面积最大为目标函数，建立考虑混凝土热胀冷缩影响的下层面板尺寸模型；

第三步：以上层面板强度模型建立以为领导者、下层面板尺寸模型为从者的主从博弈模型；

第四步：分别确定上层面板强度模型和下层面板尺寸模型的目标函数约束条件；

第五步：分别在上层面板强度模型和下层面板尺寸模型的约束条件下，将数据输入主从博弈模型并求解，输出最优面板尺寸方案；

第六步：以所得到的最优面板尺寸方案对超长混凝土结构按照尺寸分割成面板；

其中，上层面板强度模型的目标函数为：

式中，σ为水泥熟料砂浆理论强度由

u为凝胶材料强度贡献率由u＝(u

f

下层面板尺寸模型的目标函数为：F

式中，l为所述楼板的长度，h为楼板的厚度；z为楼板的宽度，n一般取2～3。

混凝土的强度等级是指混凝土的抗压强度。按《混凝土强度检验评定标准》(GB/T50107—2010)的标准，混凝土的强度等级应按照其立方体抗压强度标准值确定。采用符号C与立方体抗压强度标准值(以N/mm

水灰比是指混凝土中水的用量与水泥用量的重量比值。水灰比影响混凝土的流变性能、水泥浆凝聚结构以及其硬化后的密实度，因而在组成材料给定的情况下，水灰比是决定混凝土强度、耐久性和其他一系列物理力学性能的主要参数。对某种水泥就有一个最适宜的比值，过大或过小都会使强度等性能受到影响。

骨料是在混凝土中起骨架或填充作用的粒状松散材料。骨料作为混凝土中的主要原料，在建筑物中起骨架和支撑作用。卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍者为针状颗粒。

天然砂是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的、粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。在拌料时,水泥经水搅拌时,成稀糊状,如果不加骨料的话,它将无法成型,将导致无法使用.所以说骨料是建筑中十分重要的原料。

混凝土外加剂是在搅拌混凝土过程中掺入，占水泥质量5％以下的，能显著改善混凝土性能的化学物质，在混凝土中掺入外加剂，具有投资少、见效快、技术经济效益显著的特点。

进一步的，在上述技术方案中，上层面板强度模型的约束条件包括：

mf

f

其强度的最小值尚应满足下式要求：

f

式中：

mf

f

σ

f

进一步的，在上述技术方案中，下层面板尺寸模型的约束条件包括：

h≤700m；z≥40m；l×z≥1600m

式中，l为所述楼板的长度，h为楼板的厚度；z为楼板的宽度。

进一步的，在上述技术方案中，求解主从博弈模型的方法为利用Gurobi求解器与粒子群优化算法相结合的方法，将面板尺寸作为例子群优化算法的粒子的位置和粒子群优化算法初始速度为0。

Gurobi求解器是由美国Gurobi Optimization公司开发新一代大规模优化器，是综合能力全球排名领先的顶尖数学规划求解器。

粒子群优化算法(PSO)是一种进化计算技术，源于对鸟群捕食行为的研究。该算法最初是受到飞鸟集群活动的规律性启发，进而利用群体智能建立的一个简化模型。粒子群算法在对动物及群活动行为观察的基础上，利用群体中的个体对信息的共享使整个群体的运动在问题求解空间中产生从无序到有序的演化过程，从而获得最优解。

进一步的，在上述技术方案中，求解主从博弈模型的步骤包括：

步骤1：输入面板强度与面板尺寸的已知相关参数；

步骤2：设置粒子群优化算法的相关参数、求解的迭代次数；

步骤3：利用粒子群优化算法初始化面板尺寸；

步骤4：利用Gurobi求解下层面板尺寸与上层面板强度优化策略，并计算双方面板尺寸，得到起始最优策略；

步骤5：令迭代次数r＝1，进入迭代优化部分；

步骤6：根据当前下层面板尺寸使用策略，利用粒子群优化算法生成新的面板尺寸策略；

步骤7：根据当前上层面板强度策略，利用Gurobi求解下层面板尺寸；

步骤8：计算此段面板尺寸，保存当前迭代最优解；

步骤9：判断当前迭代次数是否大于最大迭代次数R，若未达到最大迭代次数，重复步骤6-8的迭代过程，直到达到最大迭代次数R的时候，输出当前最优解。

其中，在上述技术方案中，步骤S07的具体操作方法包括一下步骤：

第一步：将地面按照步骤S01中划分的面板尺寸使用隔板进行分隔，每个隔板之间具有空隙；

第二步：将分隔后的面板进行浇筑；

第三步：对浇筑好的混凝土进行防裂处理；

第四步：在浇筑完成不小于七天时，拆除隔板；

第五步：在隔板形成的空隙中浇筑柔性混凝土。

进一步的，在上述技术方案中，第三步中防裂处理的方法包括一下步骤：

第一步：选取面板作为实验数据；

第二步：根据典型框架结构等效连续性约束的地基水平阻力系数，计算典型框架结构最大约束应力和基于等效连续性约束的框架结构最大约束应力；

第三步：给出不同间歇时间对框架结构最大约束应力降低比例的对应关系，得出相应的间歇影响系数；

第四步：计算相应间歇时间下的框架结构最大约束应力；

第五步：根据间歇影响系数和框架结构最大约束应力，制定面板间歇施工中间歇时间。

进一步的，在上述技术方案中，第一步中选取面板作为实验数据的具体步骤为：将面板的混凝土收缩过程分为前期、中期和后期三个阶段，计算前期中水化热温差ΔT

经过对面板在步骤1中各种温差情况下进行SAP2000模拟分析得出框架结构温度变形的约束机理：框架梁所受柱的约束可等效为连续性约束进行计算；

确定典型框架结构等效连续性约束的地基水平阻力系数的取值：

在上部超长混凝土结构收缩过程的前期阶段，框架结构柱梁约束地基水平阻力系数，记为Cx柱梁前，通过SAP2000模拟计算，其取值为：超长混凝土结构跨度为6m时，Cx柱梁前取0.005N/mm2～0.0073N/mm2；超长混凝土结构跨度为8m时，Cx柱梁前取0.006N/mm2～0.0088N/mm2；超长混凝土结构跨度为10m时，Cx柱梁前取0.0068N/mm2～0.012N/mm2；

前期阶段框架结构的板梁约束等效为连续性约束，通过模拟和理论分析，得出板对梁约束的地基水平阻力系数，记为Cx板梁前，取值0.06N/mm

上部超长混凝土结构收缩过程的中后期阶段，经过模拟计算，框架结构柱对梁约束的地基水平阻力系数，记为Cx柱梁中后，其取值为：超长混凝土结构跨度为6m时，Cx柱梁中后取0.008N/mm2～0.01N/mm

步骤c.典型框架结构最大约束应力σxmax的直接计算：

σxmax＝σ柱梁+σ板梁，

其中σ

步骤d.基于等效连续性约束的框架结构约束应力σ

框架结构前期阶段产生的约束应力σ前包括：由框架柱的约束产生的约束应力记为σ

σ

其中，H为梁高，L为梁总的长度，E为混凝土的弹性膜量，α为线性膨胀系数，ΔT

中后期阶段产生的约束应力σ中后包括干缩当量温差产生的约束应力σ干缩当量温差和环境温差产生的约束应力σ环境温差，均由框架柱的约束产生，该框架柱的约束产生的约束应力记为σ柱梁中后，由此得出以下公式：

σ

T

其中，T

最后得出基于等效连续性约束的框架结构约束应力

σ

其中，在上述技术方案中，在面板的框架梁的梁厚的中部、梁厚的1/4位置、梁厚的1/8位置、框架梁的模板表面内2cm处分别安装有四个第一温度传感器，第一温度传感器用于测量混凝土梁的平均温度，沿面板内部埋设有第二传感器，第二传感器用于测量面板的平均温度。

ΔT'＝T

超长混凝土结构上安装有喷淋器，当ΔT'≥15度时，对超长混凝土结构设置加厚保温层，减小水化热收缩引起的裂缝；当ΔT'达到最大值并开始下降时，启动喷淋器，对超长混凝土结构进行喷淋增湿，减小超长混凝土结构的干燥收缩。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。