大體積承臺水化熱溫度監測及數值分析

曹少輝，謝 勇

(貴州省質安交通工程監控檢測中心有限責任公司)

1 工程概述

天橋特大橋位于畢節至威寧第七合同段，左幅全長為881.640m，右幅為901.640m。橋型布置左右幅均為106+200+106m預應力砼箱形梁連續剛構。主墩為左9#、左10#和右9#、右10#，主墩下部構造為等截面空心薄壁墩與變截面空心薄壁墩，基礎為16根Ф2.5m的群樁上接承臺，承臺為23.6m×20.6m×6m，單個承臺的混凝土方量為2916.96m3，混凝土標號為C30混凝土。

2 模型的建立

2.1 計算參數的選取

(1)混凝土的入模溫度對水化熱的影響。

承臺水泥用量為241kg/m3，給出三種不同的入模溫度10℃、20℃、30℃，研究對承臺混凝土絕熱升溫的影響。達到絕熱最高溫度的時間越長，且絕熱溫度值偏大，則混凝土入模溫度越低，反之則混凝土入模溫度越高。

(2)大氣溫度對水化熱的影響。

對承臺混凝土內外溫差的影響分析采用三種不同的固定外界溫度，如10℃、15℃、20℃。從圖1中可以看出，溫度越高，混凝土內外溫差越小，但降溫速度相對較慢。

(3)冷卻管內的水溫對水化熱的影響。

對承臺內部5號測點進行分析，不考慮冷卻水管和考慮冷卻水為10℃、20℃、30℃時的情況。從圖2中可以得知在不考慮冷卻管的作用下，最高溫度可達57.9℃，且降溫速度非常慢;三種不同冷卻水的內部最高溫差達2.7℃，對承臺內部溫度的影響比較明顯。

圖1 三種不同外界溫度的作用曲線

經過最終優化出的承臺混凝土配合比:水∶水泥∶粉煤灰∶砂∶小碎石∶大碎石∶外加劑=155∶241∶104∶878∶429∶643∶3.1。

2.2 有限元模型建立

由于承臺長度為20.6m，寬23.6m，高6m，屬對稱結構，建模分析時可取承臺的1/4。模型采用實體單元，共4548個。

圖2 三種不同冷卻水溫下的作用曲線

2.3 溫度場計算結果

通過理論計算，得出承臺結構混凝土5#測點位置澆筑完后60h達到最高溫度為52.4℃。

3 水化熱溫度場測試

3.1 測試元件布置

溫度監測點的布置原則是:真實反映混凝土的內外溫差、環境溫度和降溫速度?？紤]承臺為對稱結構，根據模型計算結果，選取結構的中心截面作為測試對象，在中心截面內布置測點，共布置溫度測點21個，截面測點布置如圖5。測試元件采用半導體類電壓型的JMT-36B型溫度傳感器，其靈敏度0.1℃，精度±1℃，測量范圍-20～110℃，線性誤差為0.5℃。

圖3 溫度測試元件布置圖

3.2 測試方法

故根據承臺混凝土的水化熱放熱時間而采取不同的測試頻率。在澆注完成后的72h內，每2h進行一次溫度采集;待混凝土溫升到最大值后，將監測時間改為每4h采集一次;等混凝土溫度下降均勻后，可每12h采集一次。當大體積混凝土中心溫度與外界溫差小于25℃時停止測溫。

3.3 溫度場測試結果

通過實測得到了大量測試數據，將各層溫度測點的溫度繪制成曲線圖(見圖4～6)，以及將中心測點溫度與靠近兩側模板的測點溫度曲線進行比較(見圖7)。

圖4 第一層溫度測點溫度曲線

圖5 第二層溫度測點溫度曲線

承臺水化熱溫度在混凝土澆筑完后迅速升高。第一層5#測點溫度最高為52.2℃出現在混凝土澆筑完后70h，第二層8#測點溫度最高為51.0℃出現在混凝土澆筑完后40 h，第三層16#測點溫度最高為51.3℃出現在混凝土澆筑完后46h。混凝土表面溫度與中心溫度相差17.6℃。

3.4 實測與計算對比分析

本文選取結構承臺內部混凝土最高溫度6#測點進行分析，通過對比曲線可以看出，實測最高溫度52.2℃出現在混凝土澆筑后60h，計算最高溫度52.4℃出現在混凝土澆筑后56h，實測溫度曲線與計算溫度曲線的發展趨勢相同，表明實測與仿真計算結果吻合較好。

圖6 第三層溫度測點溫度曲線

圖7 內部與靠近模板處混凝土的溫差曲線

圖8 承臺6#測點計算值與實測值結果的對比曲線

4 結論

本文通過對天橋特大橋承臺的數值計算和實測得到以下結論:

(1)數值計算結果為50.2℃，而現場實測最高溫度為50.7℃，可知數值計算能較好的預測承臺水化熱的實際發展規律。

(2)通過參數敏感性分析表明在承臺施工中應優化混凝土配合比、摻配適量粉煤灰等措施來減少水泥用量，采用冷卻管來降低水化熱溫度，采取合適的出機溫度來延長絕熱升溫的時間，可有效的防止承臺溫度裂縫的產生。

［1］張振德.大體積混凝土溫度發展規律和配合比優化研究［D］.濟南:山東科技大學碩士學位論文，2005.

［2］胡碩.大體積混凝土溫度裂縫控制［D］.西安:西安建筑科技大學碩士學位論文，2005.

［3］趙文覺，趙維漢.大體積混凝土水化熱的控制方法及效果［J］.公路，2007，(2):131-133.

［4］梁振西，王解軍.橋梁大體積混凝土承臺施工中的溫度控制［J］.中外公路，2006，(3):226-230.

［5］王解軍，李輝，盧二俠.橋梁混凝土水管冷卻管溫度場有限元分析［J］.中南公路工程，2006，(2):84-89.

［6］石大為.超高墩承臺水化熱溫度測試及數值分析［J］.公路交通科技，2011，(6).

［7］曹少輝，習勇.連續剛構橋合龍段的水化熱溫度監測及數值分析［J］.科技風，2011，(2):247-248.