袁瑞

摘 要：文章主要針對(duì)某斜拉橋主墩承臺(tái)大體積砼水化熱問題，通過對(duì)比分析未采取控溫措施及采取控溫措施設(shè)置冷凝管兩種工況下空間有限元仿真計(jì)算結(jié)果，表明采用冷凝管的控溫措施對(duì)大體積砼承臺(tái)澆筑過程降低水化熱效應(yīng)明顯，最后結(jié)合分析結(jié)果提出具體合理的控溫措施，以確保大體積砼承臺(tái)澆筑過程的安全可靠。

關(guān)鍵詞：大體積砼；水化熱；冷凝管；控溫措施

砼硬化過程中產(chǎn)生水化熱作用，直接導(dǎo)致砼內(nèi)部升溫，又在環(huán)境溫度作用下逐漸下降，直至達(dá)到穩(wěn)定。由于砼導(dǎo)溫系數(shù)小，大體積砼整體降溫及非線性溫度場，受內(nèi)外部邊界約束影響較大，產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力。當(dāng)溫度應(yīng)力超出同齡期砼的抗拉強(qiáng)度，可能導(dǎo)致溫度裂縫。為了更清楚地了解大體積砼水化熱對(duì)承臺(tái)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，以某斜拉橋主墩承臺(tái)大體積砼工程為研究背景，采用空間有限元軟件MIDAS對(duì)比分析未采取控溫措施及采取控溫措施設(shè)置冷凝管兩種工況下空間有限元仿真溫度和應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 工程概況

依托工程橋梁主墩承臺(tái)設(shè)計(jì)采用兩層，上承臺(tái)高2.0m，為梯形棱臺(tái)結(jié)構(gòu)，頂面尺寸為17.0×10.0m，底部尺寸為21.0×14.0m，下承臺(tái)高4.0m，為矩形結(jié)構(gòu)，尺寸為23.6×18.6m。總砼用量2220立方米。承臺(tái)施工過程中，采用冷凝管進(jìn)行整體控溫。冷卻管材質(zhì)選用鑄鐵管，具有導(dǎo)熱性好、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，公稱直徑30mm。（圖1）

2 建立計(jì)算模型

承臺(tái)采用實(shí)體溫度單元，定義砼的熱性能參數(shù)（導(dǎo)溫系數(shù)K=9.34kJ/m·h·℃，比熱C=0.98kJ/m·h·℃），根據(jù)砼配合比屬性定義熱源函數(shù)[1]。選取單元邊長進(jìn)行網(wǎng)格化處理，結(jié)合實(shí)際施工流程，模擬實(shí)際對(duì)流、水化熱及施加荷載，確定邊界條件[2][3]。

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 溫度云計(jì)算

溫度云計(jì)算結(jié)果表明：（1）在有無設(shè)置管冷環(huán)境下，最高溫度點(diǎn)位置均出現(xiàn)在承臺(tái)內(nèi)部核心。（2）最高溫度均發(fā)生在砼澆注后20h左右。（3）由溫度云圖（無管冷）可看出首層砼澆筑20h后內(nèi)部達(dá)到最高溫度為60.5℃。溫度云圖（設(shè)置管冷）可看出首層砼澆筑20h后內(nèi)部達(dá)到最高溫度為29.0℃。（圖2）

3.2 應(yīng)力計(jì)算

分析主墩承臺(tái)各溫度特征點(diǎn)的應(yīng)力云圖，在未設(shè)置循環(huán)水冷卻環(huán)境下砼澆筑20h后承臺(tái)表面拉應(yīng)力最大為1.72MPa，大于C35砼抗拉強(qiáng)度應(yīng)力設(shè)計(jì)值1.52MPa。在設(shè)置循環(huán)水冷卻環(huán)境下砼澆筑20h后承臺(tái)表面的拉應(yīng)力最大為0.26MPa，未超過抗拉強(qiáng)度應(yīng)力設(shè)計(jì)值。（圖3）

4 結(jié)論

（1）依托工程主墩承臺(tái)體積較大，受砼水化熱影響較高，未設(shè)置循環(huán)水冷卻環(huán)境下，砼澆筑24h后內(nèi)部達(dá)到最高溫度為60.5℃。設(shè)置循環(huán)水冷卻環(huán)境下，砼澆筑24h后內(nèi)部達(dá)到最高溫度為29.0℃。冷凝管對(duì)承臺(tái)澆筑過程水化熱降溫效果明顯，建議采用冷凝管方案實(shí)施。（2）根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，主墩承臺(tái)在未設(shè)置循環(huán)水冷卻環(huán)境下由溫度產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于C35砼抗拉強(qiáng)度應(yīng)力設(shè)計(jì)值，不滿足相關(guān)規(guī)范要求。主墩承臺(tái)在設(shè)置循環(huán)水冷卻環(huán)境下由溫度產(chǎn)生的拉應(yīng)力在允許的范圍以內(nèi)。建議采用適當(dāng)?shù)墓芾錅p小承臺(tái)澆筑過程水化熱的影響。

5 結(jié)束語

（1）文章指出的分析方法可以為類似的工程借鑒，在大體積砼澆筑前，通過對(duì)比分析未采取控溫措施及采取控溫措施仿真計(jì)算，最后結(jié)合分析結(jié)果提出具體合理的控溫措施。（2）大體積砼的溫度應(yīng)力和防裂問題是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，特別是混凝土澆筑后三天內(nèi)表層拉應(yīng)力值上升較快，需加強(qiáng)對(duì)砼表面的保溫措施。通過優(yōu)化配合比，采用雙摻技術(shù)，減少水泥用量，改善骨料級(jí)配及調(diào)整施工時(shí)間等可有效緩解混凝土的水化熱作用。

參考文獻(xiàn)

[1]葉見曙.砼箱梁的水化熱溫度分析[J].橋梁建設(shè)，2000（4）：729.

[2]朱伯芳.水工砼結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力與溫度控制[M].北京：水利電力出版社，1976.

[3]陳應(yīng)波.大體積砼澆筑溫度場的仿真分析[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，21（2）：37-39.