單索面斜拉橋承臺大體積混凝土水化熱分析

（重慶交通大學土木工程學院， 重慶 南岸區 400074）

單索面斜拉橋承臺大體積混凝土水化熱分析

張 奇

（重慶交通大學土木工程學院， 重慶 南岸區 400074）

本文以清遠市在建單索面斜拉橋為依托，通過MIDAS/FEA對該橋主塔承臺大體積混凝土水化熱進行水化熱仿真分析，并結合現場實測數據對比分析，掌握水化熱的發展規律，從而有效指導現場施工。

超寬單索面；水化熱；仿真分析；現場實測

1 工程概況

清遠市某在建斜拉橋是城市主干道清暉路跨越北江的一座特大橋，工程范圍為江上橋梁段、兩邊引道接地端 ，采用一級公路兼城市主干道的技術標準，設計行車速度60km/h,起訖樁號：K1+760.000～K3+632.262，總長1872.262m（其中橋梁長1512m,引道長約360m），采用三級航道標準。主橋為100+218+100m雙塔單索面斜拉橋，采用塔梁固結、墩梁分離的支承形式，主梁采用鋼箱梁與混凝土箱梁相結合的混合梁。主墩下設16根?2.2m嵌巖樁，樁基礎與橋墩之間通過17.5× 17.5×5m承臺連接。承臺混凝土標號為C40。

2 承臺水化熱有限元分析

2.1 計算參數

由于施工現場試驗人員未做C40混凝土的熱物理性質試驗，數值模型參數依據相關文獻來進行取值：C40混凝土的比熱容取0.993(kJ·(kg·K)-1)，熱傳導率取2.925(W·(m·k)-1)，對流系數取1193(kJ·(m·h·k)-1)，28d抗壓強度取40Mpa，20d彈性模量取3.25×107(kN·m-2)，混凝土抗壓強度系數取（a=4.5，b=0.95），熱膨脹系數為1×10-5，泊松比取0.2，水泥用量為410(kg·m)-3，環境溫度常量取25℃，冷凝管管徑為0.039m，冷凝管對流系數取1373(kJ·(m·h·k)-1)，冷凝管流量取1.2(m3·h-1)，最大絕熱溫升為58.1℃。

2.2 有限元模型

承臺尺寸為17.5×17.5×5m，采用MIDAS/FEA建立主墩承臺有限元模型。由于承臺結構具有對稱性，可取1/4結構建立模型。考慮承臺高度過大高，為有效降低水化熱，施工方決定將承臺分兩次澆筑，每次澆筑高度為2.5m。模型按照實際施工方案，分兩個施工階段模擬澆筑過程。根據混凝土內部溫度場布設冷卻水管，在單個承臺混凝土內部，根據澆筑的厚度，先后共布置3層冷卻水管。該承臺有限元模型共有28052個節點，25088個單元。

2.3 模型結果分析

通過計算可知，承臺混凝土中心點處的水化熱溫度在澆筑的第42個小時達到最高，最高溫度為70.44℃。有結果可知，承臺初期水化熱溫度升高迅速，在達到最大值時溫度開始下降，下降速率放緩。承臺體心處溫度如圖1所示。

圖1

3 現場實測

3.1 傳感器布置

溫度測點的布置按照突出重點、兼顧全局的原則，在滿足監測要求的前提下，以適當數量的測點獲得所需的全部監測資料。

根據承臺的對稱性和溫度與應力變化的一般規律，監測時只考慮1/4結構即可。本次承臺混凝土溫度監測，測點布置在承臺相互垂直的兩個中心斷面及對角斷面上的一側。每個主墩承臺的溫度測點分豎向兩層布置，分別布置于各次澆筑層的中心位置，每層19個，共38個，用來監測每次混凝土澆筑時，承臺溫度在平面內的變化情況及分布規律。由于靠近表面區域溫度梯度較大，因此測點布置較密。同時，為了測試澆筑層混凝土溫度的豎向變化和分布規律，在每個澆筑層的承臺軸線位置處從上至下增加布置4個溫度傳感器，共8個。考慮到關鍵測點損壞的可能，在各澆筑層層高1/2處承臺軸線位置額外增加1個測點，共4個。

3.2 實測結果分析

由監測結果可以看出，在混凝土溫度監測期間，大氣溫度約為21.3℃～33.1℃。混凝土入模溫度約為27.2℃～28.2℃，基本滿足溫控標準≤28℃。冷卻水管進水溫度約為24.9℃～25.4℃，出水溫度約為29.5℃～30.2℃，進出水溫差約為4.1℃～5.3℃，處于溫控標準≤10℃范圍內，冷卻水管通水降溫工作正常。除表面區域外，其他測點區域歷時40h左右均陸續達到溫度峰值，最高溫度為71.6℃，在溫控標準≤75℃范圍內。而接近表面的測溫點區域由于受周圍環境水流和大氣溫度影響顯著，歷時20h左右即達到溫度峰值，最低溫度峰值為37.6℃。各測溫點均在快速升溫至溫度峰值后，隨之進入緩慢降溫階段。各測溫點溫度峰值過后，平均降溫速率約為1.0℃/d，小于溫控標準≤2℃/d范圍，降溫平緩穩定。

4 結論

通過模型結果與實際結果對比分析，模型中中心點最高溫度為70.44℃，實際工程中承臺中心點最高溫度為71.6℃，并且都是在混凝土澆筑完成后的40h左右溫度達到最高值，中心測點溫度曲線圖走勢基本吻合。說明水化熱建模分析對實際工程有一定的指導意義。在獲取實際工程的配合比以及混凝土的熱物理性質等參數后，通過建立模型，對大體積混凝土進行建模分析，通過事先的模擬分析，對存在隱患進行有效的排除，再加上施工過程中從原材料選擇、配合比設計、混凝土拌合、運輸、澆筑、振搗到通水、養護、保溫等方面采取積極的溫控措施，兩者相輔相成，從而避免了溫度裂縫的產生，保證了大橋工程質量。

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1007-6344（2017）08-0321-01