預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁水化熱及溫度場(chǎng)試驗(yàn)研究

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

2、溫度應(yīng)力及溫度裂縫控制提供參考。關(guān)鍵詞：混凝土箱粱水化熱溫度場(chǎng)溫度應(yīng)力中圖分類號(hào)：U44835文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(nèi)部最高溫度可達(dá)70qC以上。由此產(chǎn)生的溫度梯度可導(dǎo)致溫度應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部與外部約束、周邊環(huán)境溫差作用下引起混凝土開裂。實(shí)踐及理論研究均表明，水化熱引起的溫度應(yīng)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(tái)這樣的大體積實(shí)體結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)代大跨度預(yù)應(yīng)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(diǎn)。同時(shí)，由于箱梁的混凝土強(qiáng)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(fù)雜。而現(xiàn)行橋規(guī)并未涉及水化熱計(jì)算與控制尺度，一些建筑施工手冊(cè)給出的也只是大體積混凝土內(nèi)部和表面最高溫度的半理論半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，混凝土內(nèi)部實(shí)際的溫度分布難以準(zhǔn)確量度，給溫度裂縫控制帶來困難。因此，有

4、必要對(duì)箱梁水化熱及溫度場(chǎng)的發(fā)展和分布做深入研究。本文結(jié)合白水沖特大橋箱梁的水化熱及溫度場(chǎng)試驗(yàn)情況，分析了水化熱階段箱梁混凝土內(nèi)部不同位置的溫度分布，以期為箱梁設(shè)計(jì)、施工控制好溫度裂縫提供參考。1試驗(yàn)概況白水沖特大橋主橋?yàn)?85215085)m預(yù)應(yīng)力混凝土四跨雙幅連續(xù)剛構(gòu)，單幅橋面凈寬115m。主梁采用單箱單室截面，三向預(yù)應(yīng)力體系。三個(gè)主墩為復(fù)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(chǔ)采用樁基承臺(tái)。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)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(jí)，掛車一120級(jí)。該橋是有較大縱坡且超高變化較大的平彎橋，其結(jié)構(gòu)行為較常規(guī)直橋更加復(fù)雜。2試驗(yàn)方法選取大橋主梁右幅13塊和左幅15塊的中間斷面進(jìn)行混凝土水化熱和溫度場(chǎng)試驗(yàn)，測(cè)試斷面為所選節(jié)段的中間位置處，每個(gè)梁段的測(cè)試斷面分別埋置25個(gè)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(nèi)部溫度測(cè)量元件采用一線溫度傳感器DS1820S。測(cè)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(yàn)結(jié)果與分析表1僅列右幅13塊試驗(yàn)部分原始數(shù)據(jù)。31混凝土水化熱分析從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，右幅13塊在整個(gè)試驗(yàn)過程中環(huán)境溫度變化不大，左幅l5件塊除最后一次測(cè)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(cè)點(diǎn)混凝土水化溫度隨時(shí)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(cè)點(diǎn)溫度都下降到接近環(huán)境溫度(160℃)，除測(cè)點(diǎn)3和20的溫度分別為222℃和231qC外，其余測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)溫度都下降到接近環(huán)境溫度(190oC)，也表明此時(shí)水化熱已接近完全

8、散發(fā)。32梁體溫度場(chǎng)分析梁體溫度場(chǎng)分布對(duì)于分析結(jié)構(gòu)受力和施工控制都有重要的意義。本次試驗(yàn)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(rèn)為真實(shí)地反映了由于環(huán)境變化引起的梁體溫度變化。從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)于右幅13塊，最后一次測(cè)試時(shí)(10月12日16：30)，天氣條件為陰；左幅15塊，最后一次測(cè)試時(shí)(10月23日16：30)，天氣條件為晴。這兩次測(cè)試分別反映了兩種典型氣候條件下梁體溫度場(chǎng)分布情況。梁體溫度場(chǎng)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(chǎng)分布(單位：℃)右幅l3塊測(cè)試時(shí)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(shì)，極個(gè)別溫度有微弱偏差，認(rèn)為是由于殘余水化熱干擾所致。對(duì)于左幅15件塊，測(cè)試時(shí)天氣條件為晴，且在下午4時(shí)，從圖5可以明顯看出，由于此時(shí)太陽輻射較強(qiáng)，頂板溫度明顯要高于底板溫度，這種溫度分布模式在設(shè)計(jì)中更為小心。對(duì)圖5的數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，將同一高度的溫度測(cè)量值做算術(shù)平均，得到

10、溫度場(chǎng)。根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD602004)第4310條關(guān)于溫度梯度模式的規(guī)定，得到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)溫度梯度與規(guī)范計(jì)算的結(jié)果對(duì)比，如圖6所示(由于尚未鋪設(shè)鋪裝層，規(guī)范計(jì)算時(shí)取梁頂?shù)诇夭顬?5℃)?？梢钥闯觯F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果與規(guī)范吻合較好。同時(shí)，仍需指出的是，由于試驗(yàn)在秋季進(jìn)行，且試驗(yàn)前數(shù)天為陰雨天氣，雖然試驗(yàn)當(dāng)天天氣晴朗，但太陽輻射仍不是很強(qiáng)烈，規(guī)范規(guī)定的溫度梯度模式是否能表征夏季強(qiáng)輻射天氣下的實(shí)際溫度梯度還有待學(xué)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(chǎng)(b)實(shí)測(cè)與規(guī)范計(jì)算對(duì)比圖6現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)溫度梯度模式與規(guī)范溫度梯度模式對(duì)比4結(jié)論通過以上分析可知，箱梁由于其壁厚尺寸相對(duì)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(cè)點(diǎn)處溫度在試驗(yàn)過程中一直呈線性下降趨勢(shì)。從試驗(yàn)結(jié)果分析可以看出，在混凝土澆筑完成大約24h后，梁體所有測(cè)點(diǎn)溫度都呈線性下降趨勢(shì)，而在混凝土澆筑完成大約72h后，梁體所有測(cè)點(diǎn)溫度都接近環(huán)境溫度，表明此時(shí)混凝土水化熱已接近完全

12、散發(fā)。對(duì)比承臺(tái)和橋墩的水化熱試驗(yàn)，主梁的混凝土水化熱散發(fā)速度比承臺(tái)和橋墩遠(yuǎn)為迅速(承臺(tái)和橋墩在澆筑后72h，仍存在內(nèi)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(chǎng)試驗(yàn)表明，對(duì)于陰雨天氣，梁體溫度比較均勻，接近環(huán)境溫度，則結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)表現(xiàn)為整體升降溫效應(yīng)。而對(duì)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(chǎng)實(shí)測(cè)溫度場(chǎng)梯度模式與《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD602004)第4310條的相關(guān)規(guī)定吻合較

13、好。參考文獻(xiàn)[1]馮德飛，盧文良混凝土箱梁水化熱溫度試驗(yàn)研究[J]鐵道工程學(xué)報(bào)，2006(8)：62—67[2]朱伯芳大體積混凝土溫度應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土箱梁水化熱溫度及應(yīng)變的試驗(yàn)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(yùn)專線箱梁水化熱溫度、應(yīng)變變化及裂縫控制[J]北方交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2002(1)：85—87，92[5]馬少雄，劉