探討瀝青高溫攤鋪對鋼筋混凝土箱梁的影響

朱傳勇 劉泰赟(濟南匯通聯合市政工程有限責任公司,山東濟南 250000)

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探討瀝青高溫攤鋪對鋼筋混凝土箱梁的影響

朱傳勇 劉泰赟
(濟南匯通聯合市政工程有限責任公司,山東濟南 250000)

【摘 要】瀝青混凝土在攤鋪時,溫度通常會達到150℃左右,這一溫度必定會造成橋梁結構中產生不利的溫度場。瀝青攤鋪對鋼筋混凝土箱梁影響是多方面原因形成的結果。大多鋼筋混凝土箱梁在調平層施工完成后,沒有進行瀝青攤鋪前,主梁表層狀況較好,在瀝青攤鋪后在主梁腹板、頂板以及翼板中產生裂縫。這些裂縫有可能是因為橋梁施工品質的原因導致而成,也有可能是因為瀝青攤鋪溫度效應引起。

【關鍵詞】瀝青 高溫攤鋪 鋼筋混凝土 箱梁

1 攤鋪溫度場的分布規律

瀝青層溫度由于外界因素所影響而逐漸降低，瀝青表面溫度降低過程與瀝青層內溫度下降過程具有差別。將攤鋪到斷面的時間為零進行對比，兩個斷面的瀝青層表面及地面溫度變化相似，不同斷面溫度變化規律相同。瀝青高溫攤鋪作用下，箱梁中腹板、邊腹板以及頂板溫度場的轉變規律為:(1)頂板在調平層頂面溫度達到最高時最不利，而腹板及底板縱向在調平層在最高溫度出現30min左右時最不利，攤鋪2h中是瀝青攤鋪效果不利的時期，瀝青攤鋪作用不利的影響深度是30cm。由于日照及攤鋪作用的疊加作用，綜合深度約為50cm。(2)不同高度處最高溫度顯著不同。梁高不同位置測點所能獲取的最高溫度顯然不同，由于調平層頂面距離的增多，所有測點所能獲得的最高溫度降低，調平層頂面實測最高溫是76℃，瀝青高溫攤鋪對橋梁結構溫度場的分布影響較大，調平層頂層測點所提高的溫度程度已貼近新橋規規定的日照作用中的最大值。(3)依照梁高各點實現最大值的時間也具有較大差別。由于深度的增加，所有位置測點實現最大溫度值的滯后時間也有所增加，構成線性關系，通過數據結合處相應曲線。(4)箱梁所有位置的升溫速率。對于瀝青攤鋪而言，測點通過了升溫及降溫兩個變化，升溫速率顯著超過降溫速率。由于深度的增加，升溫速率在逐步降低，大多為冪函數遞減，到達深度為50cm處升溫速率為0。(5)中腹板、頂板及邊腹板溫度場分布規律比較。頂板及腹板在調平層頂面測點上升至最大值時，豎向溫度分布相同，可是由于時間的增加，同高度頂板降溫速率低于腹板，使得同高度頂板溫度值超過腹板。這是由于腹板以下為混凝土熱傳導，而頂板以下為空氣熱傳導，空氣導熱系數低于混凝土[1]。(6)瀝青攤鋪作用中的橫向溫度分布。攤鋪中使用梯形攤鋪，左右兩臺攤鋪機械前后距離為15m，實測體現在內側攤鋪完成而外側攤鋪開始前橫向溫度分布差別明顯，在全斷面攤鋪完成后，橫向與高度的溫度差別快速降低，同高溫的溫度逐步貼近，梯形攤鋪引發的橫向溫度效應較低[2]。

2 外界因素分析

對瀝青混凝土攤鋪中橋梁構造溫度場分布因素產生影響中，除卻本身熱特征外，還包含了太陽輻射強度及風速，也就是環境因素、瀝青鋪裝層厚度，乃至所有介質的溫度差值。

(1)太陽輻射強度的影響。對溫度場分布而言，重點在于最大溫度梯度分布狀況。因為瀝青混凝土攤鋪引發溫度變化在短期內實現最大值，太陽輻射作用變化較小，計算時可以將太陽輻射當做形成箱梁溫度變化給予考量。(2)瀝青混凝土攤鋪起始時間的影響。因為日照溫差的影響，因此不同攤鋪起始時間，箱梁中初始溫度分布形式不同。為了對比其作用，可以在8:00、14:00、18:00進行測量梁體溫度，當做初始條件創建模型，并進行對比，其中瀝青與大氣熱交換系數為15.0.通過三個不同時間的溫度分布，以及不同初始溫度環境中的計算情況可以看出，在14:00攤鋪時，溫度梯度最大，對結構最具影響。造成最大差值不同的重要因素為梁體自身初始溫度梯度形成，因此進行瀝青攤鋪引發最不利溫度梯度作用中，僅進行梁體施加均勻溫度的核算。(3)梁體初始溫度影響。梁體初始溫度的差異是通過季節溫差形成的，瀝青混凝土攤鋪引發的最大溫度梯度分析中發現，瀝青與大氣熱交換系數為15.0。梁體初始溫度提高10℃，溫度梯度最大溫度差值降低3℃。梁體初始溫度對影響較小。以最大溫度梯度溫度變化率可以發現，距調平層頂的距離是15cm，這區間的變化速率較大，15至40cm之間的變化較慢。(4)風速的影響。風速對瀝青混凝土及大氣的熱交換素的的影響則為熱交換系數大小。不同熱交換系數并不會對溫度梯度最大溫度差造成顯著影響。熱交換系數由10至40變化中，最大溫差值相差42℃。由于交換系數的提高，對深度的影響逐步降低。影響深度會由于熱交換系數的增加而降低線性，最大影響深度為34cm。通過最大溫度梯度的變化率，在距調平層距為15cm內的變化速率較大，在15至40cm區間變化較慢[3]。(5)瀝青混凝土攤鋪厚度的影響。瀝青混凝土攤鋪厚度會將熱交換時間增多，熱傳遞深度提高。調平層頂端直接與瀝青鋪裝接觸，對調平層頂端所能實現的最大溫度幾乎不具影響，對調平層以下的溫度分布影響較低，對最大溫度差值的作用稍有提高。通過溫度下降速率可以發現，基本只對15cm以內的影響較大。

3 瀝青高溫攤鋪對鋼筋混凝土箱梁的分析

3.1 提出瀝青攤鋪溫度梯度模式

(1)最大溫差取值。影響最大溫差值的因素包含了瀝青攤鋪的始末時間、太陽輻射情況、日溫差、瀝青攤鋪層厚度以及瀝青下料溫度。瀝青高溫攤鋪作用中梁體溫度梯度應當分成攤鋪前梁體日照溫差及攤鋪引發的溫度。攤鋪前梁體日照溫差與當日陽光輻射狀況、大氣溫度及攤鋪始末時間相關。攤鋪引發的溫度大多與攤鋪梁體初始溫度、瀝青層厚度以及瀝青攤鋪下料溫度相關。(2)最大溫差梯度豎向變化形式。溫差曲線指數體現的是最大溫差梯度曲線的緩和狀況，其與梁體材料的熱物理參數及梁體溫差值有關，而前者體現出梁體熱傳導能力的強弱，后者可以對梁體傳熱速率造成影響。

3.2 瀝青攤鋪溫度模式的試驗驗證

為驗證所提出溫度模式的有效性，通過新模式核算出試驗橋溫度分布曲線并與實測最大溫差梯度曲線進行比對，可以發現溫度梯度模式核算中最不利溫度分布與實測數據吻合度較高，特別對于高溫范圍而言，變化規律與實驗值相符。這也體現出，溫度模式較為合理，可通過試驗驗證后，在相同鋼筋混凝土箱梁中進行推廣。

4 結語

瀝青攤鋪高溫對鋼筋混凝土的影響較大，因此在設計當中，需考量瀝青攤鋪溫度效應。瀝青攤鋪溫度易導致梁體產生裂縫，為了阻止這一現象的產生，則需符合結構的耐久性標準，對頂板橫向鋼筋、腹板縱向防裂鋼筋等構造進行強化。在技術許可的環境下，需降低瀝青攤鋪施工的下料溫度，降低此溫度效應對梁體形成的不利作用。

參考文獻:

[1]鄭為明.大跨徑連續剛構箱梁橋橫向分析[J].福建建筑,2011.(07):96-98.

[2]趙紅軍.混凝土箱梁橋存在若干問題分析[J].黑龍江科技信息, 2010.(03):230.