新型哑铃型钢管混凝土拱肋施工阶段水化热温度试验研究.pdf

2 0 1 1 年 第 8 期 (总 第2 6 2 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 01 1 ( T o t a 1 No 2 6 2) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 PRACTI CAL TECHNoLoGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 8 0 4 6 新型哑铃型钢管混凝土拱肋施工阶段 水化热温度试验研究 林春姣 ，林春伟 ，欧伟 ( 1 广西 大学 土木建筑工程学 院，广两 南宁 5 3 0 0 0 4 ；2 广西建筑工程质量检测中心 ，广西 南 宁 5 3 0 0 1 1 ) 摘要： 通过对某新型哑铃 型钢管混凝土拱桥的拱肋施工过程温度效应 的现场实测 ， 显示该截面类型的钢管混凝 土拱肋在施工 阶段的水 化热 升温显著 ， 先浇筑 弦管升温 与等直径单 圆管一致 ， 后浇筑 弦管升温高于先浇筑弦管 。 试验结果为后期结构温度效应及结构基准温度 的 确定 提供了参考依据 。 关键 词 ： 钢管混凝土拱桥 ；新 型哑铃 型截 面；水化 热；温度 中图分类号 ： T U5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编 号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 8 一 O l 3 8 一 O 2 Ex per i men t al r es e ar ch on h ydr a ul i c t e m p er a t ur e e ffec t s dur i ng c on s t r u c t i on o f c onc r e t e f i l l e d s t e e l t ubul a r ar c h br i dge w it h ne w t ype dumbbel l - s hap ed s e c t i on L NC h u n -j i a o ， L I NC h t m w e i ， OU We i ( 1 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g a n dAr c h i t e c t u r e ， Gu a n g x i Un i v e r s i t y ， Na n n i n g 5 3 0 0 0 4 ， C h i n a ； 2 G u a n g x i C o n s t r u c t i o n T e s t in g C e n t e r ， Na n n i n g 5 3 0 0 1 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Te s t e d o n t he h y d r a t i o n t e mpe r a tur e e f f e c t s d u r i n g c o n s t r u c t i o n o f a c o n c r e t e fil l e d s t e e l tubu l a r a r c h Br i d g e wi th n e w t y p e Du mb b e l l s h a p e d s e c t i o n， i t s h o we d t h a t t h e h i g h t e mp e r a tur e o n d u mb b e l l - s h a p e d s e c t i o n c a u s e d b y Hy d r a t i o n h e a t wo u l d b e o b v i o u s An d the t e mp e r a tur e o n fir s t c a s t i n g t u b u l a r wa s s i mi l a r t o t h a t o n the s a m e d i a m e t e r s i n g l e o n e， a n d the t e m p e r a t u r e o n po s t c a s t i n g tub u l a r wa s h i g h e r t h a n t h e fir s t c a s t i n g Th e r e s u l t s wo ul d be a s r e f e r e n c e f o r the s i mi l ar b r i d g e s Ke y w or ds ： c o nc r e t e fil l e d s t e e l tub ul a r a r c h b r i d g e； ne w t y pe d u mb b e l l s h a p e d s e c t i o n； h y d r a t i o n h e a t ； t e mpe r a tur e 0引言 1 工程概 况 哑铃形截面是钢管混凝土拱桥常用的截面形式 1 ， 其中包括 传统哑铃型截面和新型哑铃型截面。 传统哑铃型截面是指由上 下两个 圆钢管混凝土 和两块联接钢板 ( 腹板 ) 及板 内的混凝土组 成的截面； 新型哑铃型截面在腹腔内不灌混凝土而型钢加劲 。 研究表明， 钢管混凝土拱结构水化热残余的温度应力很大 程度影响该结构的计算合龙温度和后续的温度效应分析 。 传 统的哑铃型钢管混凝土截面的水化热温度明显高于相同管径 的单圆管截面5 _ q ， 在确定其计算合龙温度时， 应充分考虑其较 高水化热的影响。 新型哑铃型钢管混凝土拱肋的腹腔内未灌注 混凝 土 ， 从形式上看其 水化热温度变化相 当于独立 的两个单 圆 管 ， 往往不容易引起重视。 事实上， 每个新型哑铃型截面钢管混 凝土拱肋由上下弦管组成 ， 上下弦管之间距离较近， 与完全分 离的两根单管有所不同， 而且上下弦管内混凝土浇筑时间不同， 【 犬 j 此其相互影响的可能性比较大， 尤其是先浇弦管对后浇弦管 的水化热升温有一定的影响， 这也会影响到拱肋结构的计算合 龙温度。 本试验研究了新型哑铃型截面钢管混凝土拱肋成型过程 中的水化热温度分布， 为其后续温度效应分析提供试验数据。 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 2 2 7 基金项 目：广西大学科研基金项 目( X 0 9 l 0 l 3 ) 1 38 广西南宁市的一座大型桥梁分为左右两幅桥 ， 由两座并列 的中承式钢管混凝土系杆拱桥组成。 桥梁主跨跨径 1 1 1 5 m， 主 拱拱肋形式为等截面新型哑铃型 ， 截面高度 3 0 m， 上下弦管直 径 1 2 0 0 I T l I n ， 壁厚 1 8 m m， 腹板问距 6 6 6 mm， 壁厚 1 8 mm， 弦 管内灌注 C 5 0微膨胀混凝土， 腹腔内设加劲型钢， 不灌注混凝土 ( 图 1 ) 。 拱肋? 昆 凝土灌注顺序为先灌上弦管 ， 后灌下弦管。 由于 拱肋钢管的管径较大， 对该桥拱肋进行了实桥水化热温度试验。 2 试验测试及 结果分析 2 1 测试截 面与测点布置 试验选择主桥北面一跨进行测试 。 测试截面分别选择 拱脚 截面 和拱 顶截 面。 其 中每个测试截 面上布 置 6个温度测 点 。 截 面测点布置如图 1 所示。 试验测试 昆 凝土浇筑后的结构温度 、 大气温度变化情况。 在 混凝土硬化早期约每 6 h左右测读数据 1 次， 温度变化高峰期过 后每天测读 2次， 直到水化热影响基本结束。 2 2 温度 曲线分析 图 2 4为混凝土灌注后拱顶及拱脚截面上各测点的温度 7 0 6 O 5 0 芝4 o 蔷 3 0 20 1 O 图 1 拱肋截面温度测点布置 图( 单位 ： mm) 40 8 0 1 20 1 60 时间 ， h 图 2 拱顶截面温度变化 时间历程 曲线 0 4 0 8 O 1 2 0 1 6 0 时 间 ， h 图3 南拱脚截面温度变化时间历程曲线 7 O 60 5 0 芝4 o 3 0 2 O l 0 200 0 4 0 8 0 1 2 0 1 6 0 2 0 0 时间 h 图4 北拱脚截面温度变化时间历程曲线 变化曲线。 图中横坐标为时间， 以混凝土浇筑完成作为时间起点， 以小时( h ) 为单 位 ； 纵坐标为测试得到 的温度值 ， 以摄 氏度 ( ) 为单位 。 该桥灌注拱肋混凝土顺序为先上后下 ， 上 、 下弦管混凝土 灌注时间差为 4 d 。 因此 ， 拱肋的水化热温度曲线总体上表现为 驼峰形状 ： 第一个波峰为灌注上弦管混凝土后的结构温度变化， 第二个波峰为灌注下弦管混凝土后的结构温度变化 。 具体来 说， 上弦管灌注混凝土后， 该圆管内的测点温度迅速升高， 达到 最高温度后逐渐下降， 经过约 6 0 8 0 h后， 结构温度逐渐接近但 仍然稍 高于大气温度 ， 而下弦管 内测 点温度基 本不受影 响 ， 与 大气温度保持一致 ； 浇筑下弦管混凝土后， 下弦管内测点的温 度变化过程与上弦管测点大体相同， 在急剧升温后再逐渐下降， 但下弦管温度变化幅度整体比上弦管温度升高 1 0左右( 拱顶 截面处高 7) ， 上弦管则受到下弦管的影响减慢了温度下降速 度。 上、 下弦管水化热温度持续时间大致相同。 此后结构温度主 要受环境温度影响。 上弦管水化热温度升温幅度最大为拱顶截面 ， 截面中心( a 点 ) 温度达 到 7 5以上 ， 拱脚截 面中心温度接 近 5 0 ； 下弦管温 度升高幅度最大仍为拱顶截面， 其截面中心最高温度超过上弦 管 达到 8 3以上， 拱脚截面中心温度则达到接近 6 0。 测试 结果表明该结构水化热升温非常显著， 而且后浇筑的弦管水化 热升温幅度要高于先浇弦管的升温幅度。 在拱肋纵向， 拱顶截面与拱脚截面升温幅度相差较大， 拱顶 截面上、 下弦管中心最高温度均较拱脚截面中心最高温度高 2 5 左右 。 在相关文献研究 中， 曾提出在不考虑 自然环境竖 向不均匀 温度场时认为拱肋的结构温度沿纵向均匀分布口， 但在实桥中 测试发现水化热温度在纵向的不均匀分布仍然不可忽视。 横截面温差 ： 拱顶截面上弦管( 先灌注) 截面中心温度与边 缘温度最大相差 1 0， 拱脚截面中心温度与边缘温度最大相差 8； 拱顶截面下弦管( 后灌注) 截面中心温度与边缘温度最大 相差 2 0左右 ， 拱脚截面中心温度与边缘温度最 大相差 1 3。 测试结果表明， 后灌注弦管( 下弦管) 的截面温差值要稍大于先 灌注弦管 ( 上 弦管 ) 的截面温差 。 对上述结果分析原因 ： 在大气温度变化不大的情况 下 ， 由于 钢管导热性能好， 对先浇筑混凝土的散热未形成阻隔作用 ， 先浇 弦管散热较快， 因此上弦管升温幅度相当于单圆管截面的水化 热升温 ， 截面温差也基本由单圆管管径决定 ； 而下弦管的水化 热在散热过程中， 上弦管混凝土已经成型， 一定程度上降低了 其散热效率， 因此下弦管的升温幅度大于上弦管， 其截面温差 也大于上弦管。 3 水化热 温升 对管混凝 土拱桥 结构和施 工的 影 响 为了充分发挥材料和结构的优越性能， 钢管混凝土拱桥的 拱肋混凝土一般采用高强混凝土。 有研究认为， 水化热产生的高 温对混凝土强度发展有较大的影响， 因此过高的水化热也会在 一 定程度上影响钢管混凝土结构的强度 。 此外 ， 过大的截面温差 也极易使管内混凝土产生裂缝从而降低结构性能。 另一方 面 ， 由于施工工 艺不 同 ， 水化热作 用对钢管 混凝 土 拱桥基准温度的产生了重要的影响， 其计算合龙温度问题仍是 一 个有待进一步研究的问题 ， 而包括新型哑铃型截面在内的其 他截面形式的钢管混凝土拱肋使得该问题更为复杂 。 钢管混凝土拱肋成型时截面上往往残余有水化热温度内 力 和温度应 力 ， 其大小对钢管混凝土拱桥计算合龙 温度 的确定 起 到关键作用 l2 _ 。 对 于圆截面钢管混凝 土拱肋来 说 ， 拱 肋混凝 土一次灌注完成， 结构成型后， 由残余在拱肋截面上的温度内 力和结构温度即可推算出其基准温度。 而对于哑铃型截面的钢 管混凝土拱肋来说 ， 其成型过程需要经历先后两次混凝土灌注， 出现两次水化热温度作用， 因而在拱肋的上、 下弦管中残余的 温度内力和温度应力也不同， 所以结构的计算合龙温度还不能按 照单圆管截面形式的方法进行确定， 应进一步研究其确定方法。 由于钢管高强混凝土的水泥含量比较大， 产生的水化热升 温幅度和截面温度梯度都 比较高， 对拱肋结构的不利影响较大。 因此建议在设计和施工中采取适当的措施控制结构的水化热升 温幅度和截面温差， 有效降低拱的基准温度 ， 有利于钢管混凝土 拱桥的受力， 同时也有利于防止管内混凝土产生温度裂缝。 下转第 1 4 3页 1 39 加 如轴如 加m 0 、 赠