預應力混凝土箱梁水化熱及溫度場試驗研究

1、20鐵道建筑RailwayEngineering文章編號：1003—1995(2013)04—0020—03預應力混凝土箱梁水化熱及溫度場試驗研究樊簡，郭凡，張棟梁(1四川內威榮高速公路開發(fā)有限公司，四川I內江641000；2西南交通大學，四川成都610031)摘要：通過對白水沖特大橋箱梁混凝土水化熱及溫度場觀測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，研究箱梁水化熱階段的溫度分布和變化，以及實際環(huán)境下的溫度場，并與現(xiàn)行規(guī)范取值比對，為研究水化熱階段箱梁混凝土

2、溫度應力及溫度裂縫控制提供參考。關鍵詞：混凝土箱粱水化熱溫度場溫度應力中圖分類號：U44835文獻標識碼：ADOI：103969／jissn1003—199520130406大體積混凝土在澆筑完成后的硬化過程中，水化熱不斷累積，混凝土內部最高溫度可達70qC以上。由此產(chǎn)生的溫度梯度可導致溫度應力超過混凝土抗拉強度，在結構內部與外部約束、周邊環(huán)境溫差作用下引起混凝土開裂。實踐及理論研究均表明，水化熱引起的溫度應力是造成大體積混凝土開裂的主

3、要原因之一。溫度裂縫常發(fā)生在橋梁墩臺這樣的大體積實體結構中，現(xiàn)代大跨度預應力混凝土箱梁整體及局部尺寸都很大，水化熱發(fā)展過程具有了大體積混凝土特點。同時，由于箱梁的混凝土強度高、單方水泥用量大，以及添加摻合料、外加劑等因素的影響，水化熱歷程更加復雜。而現(xiàn)行橋規(guī)并未涉及水化熱計算與控制尺度，一些建筑施工手冊給出的也只是大體積混凝土內部和表面最高溫度的半理論半經(jīng)驗計算公式，混凝土內部實際的溫度分布難以準確量度，給溫度裂縫控制帶來困難。因此，有

4、必要對箱梁水化熱及溫度場的發(fā)展和分布做深入研究。本文結合白水沖特大橋箱梁的水化熱及溫度場試驗情況，分析了水化熱階段箱梁混凝土內部不同位置的溫度分布，以期為箱梁設計、施工控制好溫度裂縫提供參考。1試驗概況白水沖特大橋主橋為(85215085)m預應力混凝土四跨雙幅連續(xù)剛構，單幅橋面凈寬115m。主梁采用單箱單室截面，三向預應力體系。三個主墩為復合式橋墩，最大墩高105nl，墩頂以下75m范圍為雙柱式薄壁墩身，雙薄壁墩下部30m為混凝土剛性

5、薄壁箱墩，基礎采用樁基承臺。設計荷載等級為汽車一收稿日期：20120828；修回日期：2012—12—28作者簡介：樊簡(1969一)，男，四川江安縣人，工程師。超20級，掛車一120級。該橋是有較大縱坡且超高變化較大的平彎橋，其結構行為較常規(guī)直橋更加復雜。2試驗方法選取大橋主梁右幅13塊和左幅15塊的中間斷面進行混凝土水化熱和溫度場試驗，測試斷面為所選節(jié)段的中間位置處，每個梁段的測試斷面分別埋置25個溫度傳感器，溫度傳感器的布置如圖1

6、所示。]。39061O090圖1右幅13塊(左幅15塊)溫度傳感器布置示意(單位：cm)混凝土內部溫度測量元件采用一線溫度傳感器DS1820S。測溫范圍為一55oC～125oC，精度為05oC，分辨率為01℃。數(shù)據(jù)采集儀為DZT100型一線數(shù)字巡檢儀，分辨率為01％。3試驗結果與分析表1僅列右幅13塊試驗部分原始數(shù)據(jù)。31混凝土水化熱分析從測試數(shù)據(jù)可以看出，右幅13塊在整個試驗過程中環(huán)境溫度變化不大，左幅l5件塊除最后一次測試外，環(huán)境溫

7、度也比較穩(wěn)定，用這些數(shù)據(jù)分析混凝土水化熱散發(fā)過程是可行的。右幅13塊和左幅l5一塊各測點混凝土水化溫度隨時間變化曲線分別如圖2和圖322鐵道建筑右幅l3塊澆筑后865h，所有測點溫度都下降到接近環(huán)境溫度(160℃)，除測點3和20的溫度分別為222℃和231qC外，其余測點溫度在160～193℃之間，表明水化熱已接近完全散發(fā)。而左幅15塊澆筑后865～1535h，所有測點溫度都下降到接近環(huán)境溫度(190oC)，也表明此時水化熱已接近完全

8、散發(fā)。32梁體溫度場分析梁體溫度場分布對于分析結構受力和施工控制都有重要的意義。本次試驗的最后一次讀數(shù)，由于水化熱已接近完全散發(fā)，其溫度讀數(shù)可以認為真實地反映了由于環(huán)境變化引起的梁體溫度變化。從測試數(shù)據(jù)可以看出，對于右幅13塊，最后一次測試時(10月12日16：30)，天氣條件為陰；左幅15塊，最后一次測試時(10月23日16：30)，天氣條件為晴。這兩次測試分別反映了兩種典型氣候條件下梁體溫度場分布情況。梁體溫度場分布如圖5。圖5右幅

9、13塊(左幅15塊)澆筑后865h混凝土溫度場分布(單位：℃)右幅l3塊測試時天氣條件為陰，太陽輻射很小。從圖5可以看出，梁體溫度與環(huán)境溫度接近，且沿梁高呈均勻分布態(tài)勢，極個別溫度有微弱偏差，認為是由于殘余水化熱干擾所致。對于左幅15件塊，測試時天氣條件為晴，且在下午4時，從圖5可以明顯看出，由于此時太陽輻射較強，頂板溫度明顯要高于底板溫度，這種溫度分布模式在設計中更為小心。對圖5的數(shù)據(jù)進一步分析，將同一高度的溫度測量值做算術平均，得到

10、溫度場。根據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTGD602004)第4310條關于溫度梯度模式的規(guī)定，得到現(xiàn)場實測溫度梯度與規(guī)范計算的結果對比，如圖6所示(由于尚未鋪設鋪裝層，規(guī)范計算時取梁頂?shù)诇夭顬?5℃)?？梢钥闯觯F(xiàn)場實測結果與規(guī)范吻合較好。同時，仍需指出的是，由于試驗在秋季進行，且試驗前數(shù)天為陰雨天氣，雖然試驗當天天氣晴朗，但太陽輻射仍不是很強烈，規(guī)范規(guī)定的溫度梯度模式是否能表征夏季強輻射天氣下的實際溫度梯度還有待學界同仁做廣泛深入的

11、研究。溫度／℃溫度／~C(a)左幅15塊溫度場(b)實測與規(guī)范計算對比圖6現(xiàn)場實測溫度梯度模式與規(guī)范溫度梯度模式對比4結論通過以上分析可知，箱梁由于其壁厚尺寸相對較小，混凝土水化熱能比較迅速地散發(fā)，除梗腋位置外，其余測點處溫度在試驗過程中一直呈線性下降趨勢。從試驗結果分析可以看出，在混凝土澆筑完成大約24h后，梁體所有測點溫度都呈線性下降趨勢，而在混凝土澆筑完成大約72h后，梁體所有測點溫度都接近環(huán)境溫度，表明此時混凝土水化熱已接近完全

12、散發(fā)。對比承臺和橋墩的水化熱試驗，主梁的混凝土水化熱散發(fā)速度比承臺和橋墩遠為迅速(承臺和橋墩在澆筑后72h，仍存在內部混凝土因水化熱未散發(fā)而引起的混凝土溫度偏高的現(xiàn)象)。兩種典型天氣的溫度場試驗表明，對于陰雨天氣，梁體溫度比較均勻，接近環(huán)境溫度，則結構的溫度效應表現(xiàn)為整體升降溫效應。而對于晴朗天氣，由于受陽光直射，梁頂面溫度高于底面溫度，現(xiàn)場實測溫度場梯度模式與《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTGD602004)第4310條的相關規(guī)定吻合較

13、好。參考文獻[1]馮德飛，盧文良混凝土箱梁水化熱溫度試驗研究[J]鐵道工程學報，2006(8)：62—67[2]朱伯芳大體積混凝土溫度應力與溫度控制研究[M]北京：中國電力出版社，1999[3]程俊瑞，季文玉預應力混凝土箱梁水化熱溫度及應變的試驗研究[J]公路交通科技，2003，20(6)：76—79[4]雷加艷，季文玉秦沈客運專線箱梁水化熱溫度、應變變化及裂縫控制[J]北方交通大學學報，2002(1)：85—87，92[5]馬少雄，劉