是混凝土收缩产生的不规则表面分布裂缝,大部分的裂缝深度为10~15毫米之间,应属无害裂缝范畴。
我对桥梁进行的承载力验算显示:103吨重载车通过时,理论上抗弯强度安全系数有2.0,斜截面抗剪强度安全系数有1.7,裂缝开展宽度为0.28毫米。最关键的一点是:这是一座钢筋混凝土悬臂梁桥,根据结构特点和我的经验,这种桥梁的危险截面位于中部预制12.6米主梁的两端与悬臂梁的铰接节点处;而在该处我并没有找到荷载应力集中引起的开裂裂缝,这表明当时的桥梁运行是安全正常的,通过103吨重载车技术上应该没有问题。就在我经过桥梁结构理论检算和现场裂缝调查研究,对103吨重载车通过限载80吨的蕰藻浜大桥虽然有主次裂纹九十余条,但我心中有底,上海交通部门、吴淞和宝山有关方面的领导来宝钢工程指挥部表示了他们的担忧:万一桥毁人亡,将使交通要道全面瘫痪。其后果不堪设想,他们提出了如果出问题时一切法律责任应由宝钢承担的要求,最后有我来承担,此事压力之大,可想而知。
虽然宝钢的领导相信我,全力支持我,表示宝钢愿意承担一切责任,但我也必须做一个万无一失的通行实施方案得到地方交通部门的认可和放行。考虑到各种有可能出现的不利情况和不可预计的因素,经过慎重优化,我最后确定的通行方案是:道路交通临时封锁,只允许重载车以每小时5公里的速度单车缓慢通过。鉴于现有三辆拖车和五台主机部件的现状,选择不同的道路交通临时封锁日期分批分次通过;第一批三辆超载车,分三次先后通过,等第一辆103吨超载车顺利通过后再放第二、三辆通过;第二批三辆超载车,分两次先后通过。选择合适的车道,通过桥面现浇钢筋混凝土板的分布作用,让桥梁的6根主梁都不同程度受力。超载车通过时,我被悬吊在桥梁下面观测超载车通过时裂缝最宽处的动态反应,一方面如发现问题可及时采取相应的对策避免事故,另一方面可以实际检验桥梁结构是否会受到损伤而减少使用寿命。
1979年5月18日下午3时,蕰藻浜大桥两端临时封锁,上海市交通局、宝钢、吴淞、宝山等相关领导和人在桥头。我被悬吊在桥8米,双手紧握老式刻大件过桥时观测裂缝一条最宽0.5-1毫米的一辆103吨超载车在我时,仔细观察了大桥的
员约200多人聚集顶板底下,离水面度放大镜,决心对的动态变化,对准裂缝进行观测,第头上的桥面通过裂缝,裂缝扩展只
有0.1毫米,车通过后,裂缝恢复原状,没有什么预料不到的问题发生。放行第二辆超载车通过,也没有什么问题发现;接着通过了第三辆103吨超载车。第一批超载车的顺利通
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1979王铁梦蕰藻浜大桥工作照
过,既证实了原先的评估判断,也打消了很多人的担心。我在桥下观测到的结果是:发现裂缝开合呈弹性,也未发现新的裂缝出现。这说明这次超载车的通过,蕰藻浜大桥并未受到实质性的损伤。第二批也按计划临时封锁道路交通后运到了宝钢工地。事后,我对蕰藻浜大桥的运行状况进行了长期的跟踪观测,发现裂缝有动态变化,既有扩展也有闭合,属于裂缝的弹性稳定性运动,不影响使用。蕰藻浜大桥通过103吨超载车后又使用了10余年。1992年,蕰藻浜大桥第五次重建,主桥桥梁跨度90米,荷载450吨。大桥建成后,经上海市地名委员会批准,定名为吴淞大桥。10年后,更换新桥时,我检查了拆卸下来报废的主梁,梁上的裂缝宽度均小于0.2-0.3毫米,绝大部分裂缝也已经闭合,大部分裂缝呈弹性工作状态。普通混凝土桥梁含90条裂缝经过40年长期疲劳荷载作用,保持弹性工作。
桥梁的关键的铰接节点合作用,耐久疲劳和耐梁破坏事故的源泉。吴处铰接节点。
承受剪弯联久性差,是桥淞大桥有两
通过103吨超载车的吴淞大桥 检查关键节点裂缝状况
1979宝钢一期工程炼钢厂300吨氧气顶吹转炉,中国最大的转炉,采用了长90.8 米,宽31.3米,厚2.5米的整体筏式C20混凝土基础,基础下面布有253根长60米直径914毫米的钢管桩,混凝土量高达7105立方米。日方专家提出转炉基础采用分三段施工的垂直
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分缝、水平分层的混凝土浇注方案避免混凝土基础产生裂缝;但这个施工方案在避免裂缝的同时,也产生了施工缝处理工作量较大,既难保证工程质量,又延长工期,浪费大量人力财力的问题。能不能既控制有害裂缝,又不进行垂直分缝、水平分层浇注施工成了我思考和研究的问题。根据我在武钢施工现场总结的大体积混凝土浇注经验,我运用在此以前推导出来的混凝土温度变形的主拉应力及主拉应变的工程近似计算式,相对本工程,钢管桩基提高了对基础的约束度,我补充计算了钢管桩的影响,约束度增加20%。对连续无缝浇注混凝土的施工方案和原材料的质量进行了详尽严谨的分析计算。理论检算表明:施工控制中如果能做到采取一系列综合措施,如:减少水化热,可以把混凝土水化热里表温差控制在25℃以下;优化配合比,可以降低混凝土的收缩程度;养护时严密控制混凝土浇注后混凝土中心的降温速度为每天降温1℃左右。这样在理论上混凝土抗裂验算的结果是:一次性降温近似计算时,混凝土内部受到的最大抗拉力可以控制在0.74MPa,混凝土抗裂安全系数为1.7;分台阶降温近似计算时,混凝土内部受到的最大抗拉力控制在0.4MPa,混凝土抗裂安全系数为3.2。1.7~3.2的抗裂安全系数就满足了混凝土抗裂验算时安全系数要大于1.15的必要条件。虽然我通过理论检算后可以说明连续无缝浇注混凝土的施工方案是完全可行的,安全余地较高,但我提出的连续无缝浇注混凝土的施工方案是针对我国第一次引进300吨氧气顶吹转炉炼钢厂,是宝钢的重点工程,未来将承受高温和动力作用,既没有国内外的施工先例,也不符合当时混凝土结构设计规范中每20~30米必须设置伸缩缝的规定。日方现场专家则对此不置可否。我对此方案充满信心。
1979年5月,我配合上海市建筑三公司采取了一整套结合实际、合理采用了相互联系而又相互制约的综合技术措施。如:选用中低热矿渣硅酸盐水泥,减少水泥用量,增大粗、细骨料粒径,减少用水量,控制含泥量,掺加大粒径骨料(5~40),控制混凝土的出机及浇注温度,准备好塑料薄膜和保温麻袋,在基础不同部位设置了70个测温点监测控制混凝土降温速度。5月30日上午9时一声令下,由四个混凝土集中搅拌站同时供应的商品混凝土源源不断地进入浇注现场,8台混凝土泵车同时开动,沿着90米的长度方向均匀地把一车接一车混凝土填满基坑,坍落度控制在12±2cm,现场加强了振捣,既不超振也不漏振,分层放坡浇筑,31日中午13时,转炉混凝土基础浇注工作顺利结束。整整28个小时的连续浇注期间,我几乎没有合过眼,时刻关注着混凝土浇注的每一个环节。混凝土浇注的完成只是裂缝控制的第一步,随后的养护工作我也不敢有丝毫大意。基础上表面用木蟹抹平后立即通知施工人员盖上草袋浇水养护,在基础混凝土周围形成密不透风的围护层。我当时根据实践的经验,对超长大体积混凝土的温度收缩应力是主要控制温度梯度,避免快速降温和快速收缩,绝对温升的高低对温度应力影响较小,关键是温度差,所以采用保温保湿养护。转炉基础混凝土在水化热作用下快速升温。6月1日下午,天公不作美,气温突然下降,由于采取了在混凝土基础四周围上了挡风墙,加厚保温棚顶,脚手架下用碘钨灯加温的技术手段,继续严格保温,温度比较均匀的上升,我意识到温度梯度,温度差,气
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温骤降是引起裂缝的主要因素。6月29日养护结束拆模板。浇注两个月后检查,7105立方米混凝土基础通体上下没有一条有害裂缝。这个首创的不留缝连续浇注大体积混凝土施工成功的案例为宝钢后续工程大体积混凝土施工的全面推广提供了全新的经验和依据,它既冲破了国内每20~30米必须设置伸缩缝的规定,又突破了国外惯用的“垂直分缝、水平分层必须埋设冷却水管”施工方案;获得了上海市科技成果奖,是1987年获得国家科学进步特等奖的组成部分。我们编制了块体大体积混凝土施工规范。
根据轴对称结构裂缝实际情况研究了圆形结构和环形结构,温度收缩应力的计算公式。 大型钢厂,包括武钢、太钢(创造了超大型高炉基础,7.4米厚,不掺任何特殊材料,不埋设冷却水管,一次浇筑成功)、鞍钢、宝钢等厂的高炉、转炉、轧钢等大体积混凝土基础施工中积累了丰富的第一手资料,上海电建在火力发电厂,上海建工集团在跨海大桥6米厚桥墩等许多重点工程采用了无缝一次整体浇筑的施工工艺取得成功。经过筛选和研究,我把这些初步研究成果在1984年汇总成了由上海科学技术出版社出版的第一部裂缝控制专著《建筑物的裂缝控制》,该书在1990年获得了中华人民共和国新闻出版署“全国优秀科技图书二等奖”。俗话说“十年磨一剑”,而我这“一剑”却磨了将近60年。后来这本书不知怎么传到台湾,台北博远出版有限公司经改写为繁体字包括著者的名字在台湾出版,畅销于国外,参加了德国法兰克福国际图书展,当宝钢领导同志赴台湾访问中钢带回我的著作时,我决定选著第二本更加全面的《工程结构裂缝控制》。由中国建筑工业出版社出版。1997年8月第一版,至今已出版十四期。获得国家科学技术进步奖二等奖、1999年“全国优秀科技图书奖”暨“科学进步奖(科技著作)”二等奖。
下图是根据现场超大型轴对称结构经常出现裂缝的实践,探索实用计算方法
宝钢轴对称作用的裂缝与某核岛的实际裂缝对比
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大体积混凝土低温浇筑 驾驭混凝土水化热为我所用,逆向思维
宝钢虽然建在长江入海河口处,但初步设计时,考虑海水倒灌,氯离子含量超标,维持钢铁生产所必需的每天数十万吨工业及生活用水却取自距宝钢70公里之远的上海西南郊的淀山湖,投资1.1亿元的取水管线穿越了上海全境。淀山湖引水工程开工建设后不久,即遇到宝钢工程在一片争议声中下马缓建,引水工程也随之停了下来。宝钢缓建期间,上海各界市民对淀山湖引水工程提出意见:淀山湖作为当时上海唯一的清洁水源,但水量有限,事关上海生产的发展和市民的生存。而宝钢这个用水大户取水淀山湖,对上海的淡水供应和下游的生态平衡,宝钢和上海争水,会不会带来严重的影响?宝钢紧靠在长江边,到70公里之外的淀山湖去取水?在等待中央对宝钢工程的决策期间,上海和宝钢方面的科技人员把眼光转向了厂区边上源源不尽的滚滚长江水。经过多方研究论证,长江口氯离子含量1950PPM,超过宝钢淡水标准200PPM,但是氯离子的含量随时间周期性的变化规律,最低含量为15—20PPM,,远低于200PPM,宝钢和上海的专家提出了大胆的设想,改变淀山湖取水路径(当时锭山湖取水工程已开工),在长江边选择一个合适位置围堤筑坝建湖 “避咸蓄淡,建宝山湖,周期性从长江引水”,水库向宝钢长期提供约20PPM淡水资源,宝钢长江引水工程方案,在1983年2月得到了国家计委的开工批准。这是一个在国内外没有先例的用水方案,但这一大胆改变原方案的实施,也使长江引水工程成了一期工程中最晚的开工项目。为了赶上一期工程85.9投产的步伐,整个工期必须缩短在二年半内完成。 宝钢长江引水工程的核心是江心直径43.5米壁厚1.5米的沉井泵房大体积混凝土浇注必须在寒冬季节施工就是在这样的前提下发生的。84年春节前夕,当时连日寒流,长江口的气温已经下降到-9℃,江上温度比岸上温度低1~2℃,是上海建国以来极端最低温度,大体积混凝土在这样温度下浇灌,必然在负温度下停止水化,其强度等于零。混凝土受寒冻裂,庞大的防水工程结构在长江中失去承载力,其后果不堪设想。责任又一次把我推到风口浪尖,我三次到长江边调查分析,权衡各方面的要求和建议,联系我在武钢1米七工程,江边水泵房在冬季施工的测温资料,最后我想到了利用混凝土硬化过程中必然会产生的水化热来解决问题。当时,按混凝土冬季施工规范,现场准备烧锅炉、搭暖棚、采取蒸汽养护,锅炉已运到现场。在大体积混凝土的裂缝控制中,历来对水化热的要求是越小越好,担心水化热引起开裂,一般情况下这是一个必须加以控制的不利因素;而我现在产生一种逆向思维,却要创造条件让水化热为我所用,多一些水化热,助我一臂之力,担心水化热不足。我把利用混凝土水化热抗冻防裂的施工方法称作为“自养护法”。其关键是采用完善的档风密封措施以阻断外界的寒冷侵袭,严密监察,精心保温养护和控制温度措施,增加了两层草袋一层防雨蓬(见照片),确保混凝土在15℃左右环境中硬化,抗裂安全系数提高到1.5。我和上海基础公司技术人员紧密合作将这个有5层楼高的庞然大物,在寒冬里利用水化热自我养护,不用烧锅炉蒸汽养护法,因为该法可使环境温度骤降温度梯度增加,引起断裂。当时采用的是25公里长距离泵送混凝土工艺,水灰比0.6,控制裂缝的
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