橋墩承臺大體積砼控溫分析

袁瑞

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

關鍵詞：大體積砼；水化熱；冷凝管；控溫措施

砼硬化過程中產生水化熱作用，直接導致砼內部升溫，又在環境溫度作用下逐漸下降，直至達到穩定。由于砼導溫系數小，大體積砼整體降溫及非線性溫度場，受內外部邊界約束影響較大，產生較大的溫度應力。當溫度應力超出同齡期砼的抗拉強度，可能導致溫度裂縫。為了更清楚地了解大體積砼水化熱對承臺結構產生的影響，以某斜拉橋主墩承臺大體積砼工程為研究背景，采用空間有限元軟件MIDAS對比分析未采取控溫措施及采取控溫措施設置冷凝管兩種工況下空間有限元仿真溫度和應力的計算結果進行了對比分析。

1 工程概況

依托工程橋梁主墩承臺設計采用兩層，上承臺高2.0m，為梯形棱臺結構，頂面尺寸為17.0×10.0m，底部尺寸為21.0×14.0m，下承臺高4.0m，為矩形結構，尺寸為23.6×18.6m。總砼用量2220立方米。承臺施工過程中，采用冷凝管進行整體控溫。冷卻管材質選用鑄鐵管，具有導熱性好、強度高等特點，公稱直徑30mm。（圖1）

2 建立計算模型

承臺采用實體溫度單元，定義砼的熱性能參數（導溫系數K=9.34kJ/m·h·℃，比熱C=0.98kJ/m·h·℃），根據砼配合比屬性定義熱源函數[1]。選取單元邊長進行網格化處理，結合實際施工流程，模擬實際對流、水化熱及施加荷載，確定邊界條件[2][3]。

3 計算結果分析

3.1 溫度云計算

溫度云計算結果表明：（1）在有無設置管冷環境下，最高溫度點位置均出現在承臺內部核心。（2）最高溫度均發生在砼澆注后20h左右。（3）由溫度云圖（無管冷）可看出首層砼澆筑20h后內部達到最高溫度為60.5℃。溫度云圖（設置管冷）可看出首層砼澆筑20h后內部達到最高溫度為29.0℃。（圖2）

3.2 應力計算

分析主墩承臺各溫度特征點的應力云圖，在未設置循環水冷卻環境下砼澆筑20h后承臺表面拉應力最大為1.72MPa，大于C35砼抗拉強度應力設計值1.52MPa。在設置循環水冷卻環境下砼澆筑20h后承臺表面的拉應力最大為0.26MPa，未超過抗拉強度應力設計值。（圖3）

4 結論

（1）依托工程主墩承臺體積較大，受砼水化熱影響較高，未設置循環水冷卻環境下，砼澆筑24h后內部達到最高溫度為60.5℃。設置循環水冷卻環境下，砼澆筑24h后內部達到最高溫度為29.0℃。冷凝管對承臺澆筑過程水化熱降溫效果明顯，建議采用冷凝管方案實施。（2）根據應力計算結果，主墩承臺在未設置循環水冷卻環境下由溫度產生的拉應力大于C35砼抗拉強度應力設計值，不滿足相關規范要求。主墩承臺在設置循環水冷卻環境下由溫度產生的拉應力在允許的范圍以內。建議采用適當的管冷減小承臺澆筑過程水化熱的影響。

5 結束語

（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，通過對比分析未采取控溫措施及采取控溫措施仿真計算，最后結合分析結果提出具體合理的控溫措施。（2）大體積砼的溫度應力和防裂問題是一個十分復雜的問題，特別是混凝土澆筑后三天內表層拉應力值上升較快，需加強對砼表面的保溫措施。通過優化配合比，采用雙摻技術，減少水泥用量，改善骨料級配及調整施工時間等可有效緩解混凝土的水化熱作用。

參考文獻

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

[2]朱伯芳.水工砼結構的溫度應力與溫度控制[M].北京：水利電力出版社，1976.

[3]陳應波.大體積砼澆筑溫度場的仿真分析[J].華中科技大學學報，2004，21（2）：37-39.