铁路斜拉桥承台大体积混凝土水化热温度-应力场研究.pdf

第 8卷第 2期 2 0 1 1年 4月 铁道科学与工程学报 J OURNAL OF RAI L A Y SCI E NCE AND ENGI NEERI NG Vo1 8 A p r NO 2 2 Ol 1 铁 路斜拉桥承 台大体 积混凝 土水化 热 温 度 一应 力场 研 究 翟建平 ， 秦红禧 ， 何旭辉 ( 1 南广铁路有限责任公 司， 广西 南宁 5 3 0 0 2 2 ； 2 中南大学 土木建筑学院 ， 湖南 长沙 4 1 0 0 7 5 ) 摘要： 基于现场试验得到的混凝土物理及热特性参数， 建立有限元仿真模型， 获得理论水化热温度 一应力场。结合有限 元数值模拟及现场 实测 ， 得到 了混凝 土水化热发展 的时程 曲线及一般规律 ， 并研 究 了混凝 土 内部温度梯 度沿承 台厚度 方向 和 平面长度方 向随龄期增长的 变化情况 ， 以及承 台边缘部位 混凝土 的热应 力分布规律 。数 值分析 和现场 实测结果验证 了 预先制定的温控措施的适用性， 对于相近结构的设计、 施工以及提 高工程的可靠性和耐久性具有参考价值。 关键词 ： 大体积混凝 土； 水化热 ； 热应 力； 温度 裂缝 ； 温控 中图分类号 ： T U 3 7 5 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2 7 0 2 9 ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 0 2 7 0 7 St u d y o n t e mp e r a t u r e t h e r ma l s t r e s s f i e l d o f h y d r a t i o n h e a t o f r a i l wa y c a b l es t a y e d b r i d g e p i l e c a p Z H A I J i a n p i n g ， Q I N H o n g x i ， HE X u h u i ( 1 N a n n i n gG u a n g z h o u R a i l w a y C o L t d ，N a n n i n g 5 3 0 0 2 2 ，C h in a ； 2 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ，C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y ，C h a n g s h a 4 1 0 0 7 5 ，C h i n a ) Ab s t r a c t： Ba s e d o n t he p hy s i c a l a n d t h e r mo d y n a mi c pa r a me t e r s a c q u i r e d b y e x p e r i me n t ，FEM c a l c u l a t i o n mo d e l i s e s t a b l i s h e d a nd t h e t he o r e t i c a l h y d r a t i o n h e a tt he r ma l s t r e s s fie l d wa s o bt a i n e d W i t h t h e t h e o r e t i c a l s i mu l a t i o n a n d t h e mo n i t o rin g r e s ul t s，t h e r e g u l a r l a w a n d t i meh i s t o r y c ur v e o f h y d r a t i o n h e a t wa s o b t a i n e d，a n d t h e v a ria t i o n o f i n n e r t e mp e r a t u r e g r a d i e n t a l o n g t he he i g ht d i r e c t i o n a s we l l a s t h e l o n g i t u d i n a l d i r e c t i o n wi t h t he c o nc r e t e a g e we r e s t u d i e d Be s i d e s ，t h e di s t r i b u t i o n l a w o f t h e rm a l s t r e s s i n p i l e c a p S e d g e a r e a wa s a n a l y z e d T he f e a s i b i l i t y o f t e mp e r a t u r e c o n t r o l me a s u r e s wa s v e rifie d b y n u me r i c a l a n a l y s i s a nd o bs e rve d d a t a，a n d t h e r e s u i t s c a n i m p r o v e s t r u c t u r a l r e l i a b i l i t y a n d p r o v i d e r e f e r e n c e f o r d e s i g n a n d e n g i n e e ri n g o f t h e s i m i l a r p r o j e c t s Ke y wor ds： ma s s c o n c r e t e；h y d r a t i o n h e a t ；t h e rm a l s t r e s s；c r a c k；t e mp e r a t u r e c o n t r o l 混凝土结构出现裂缝是一个非常普遍的现象 ， 近代土木工程学关于混凝土强度的微观研究 ， 以及 大量工程实践所提供的经验都 已表明 ， 混凝土结构 出现裂缝是不可避免的， 科学的要求是将其有害程 度控制在允许范 围内 。高标号 、 大体积混凝土 的裂缝控制问题是一项 国际性的技术难题。由于 水化速率高， 导热性能差， 内部水化热不易散发， 常 常造成大体积混凝土 因内外温差过大而产生温度 应力 ， 导致其结构表面出现有害裂缝 。温度应力引 起 的裂缝具有裂缝宽 、 上下贯通等特点 ， 对结构的 防水性能 、 承载能力以及工程耐久性等都会产生很 大的影响 ， 这也是降低结构的耐久性和结构稳定性 的重要原 因 。因此 ， 需要对 大体积混凝土温度 场的分布规律进行理论探讨 ， 分析大体积混凝土的 温度场及温度应力的分布和发展 ， 并对大体积混凝 土结构在施工初期的水泥水化热温度场进行理论 预测和现 场监测 。本文 以在建 的郁 江双线 特大 桥双塔双索面钢桁梁斜拉桥 的 2 8 3号桥墩承 收稿 日期： 2 0 1 1 0 1 1 8 作者简介： 翟建平( 1 9 6 6 一) ， 男， 湖南常德人， 高级工程师， 从事土木工程管理与科研工作 2 8 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 2 0 1 1年4月 台为工程背景 ， 基于混凝土材料的现场试验数据 ， 建立承台混凝土结构三维有限元仿真模型 ， 对其水 化热温度场及温度应力进行理论分析。郁江双线 特大桥主塔采用 C 5 0钢筋混凝土结构 ， 塔高 1 0 2 5 m； 其中， 2 8 3号主墩位于江水 中， 桥墩承 台厚度为 5 0 I 1 3 ， 平面尺寸为 3 8 m 2 4 8 m， 属超大体积混 凝土， 混凝土设计标号为 C d 0 ， 采用一次性推进式 浇筑方案 ， 总浇筑方 量达到 4 0 5 3 m 。现场施 工 时， 通过水化热 的实时监测并及时采取必要的温控 措施 ， 保障了施工的如期 、 圆满完成。 目前 ， 承台结 构整体性能 良好 ， 无可见裂缝产生。承台构造图如 图 1 所示 西 1 单位 ：c m 口 口 口 堑l亘 图 1 2 8 3号桥墩承 台构造 图 Fi g 1 S t r u c t u r a l c h a r t o f 2 8 3 b r i d g e p i e r p i l e c a p 1 大体积、? 昆 凝土温度场有限元理论 1 1 三维瞬态温度场求解的基本原理 空间不稳定温度场在区域 月内( 图 2 ) ， T满足 热传导方程： 0 2 T +喀 + + 一 四 ： 0 一= a a ， O z a r a 丁， 在初始瞬时， 应等于给定的温度 ， 定解条件 为： 当 r=0时， T=r 0 ( ， Y ， ) ； 在边界 C 上满足 第一类边界条件 ， 当 7 - 0时 ， T= ； 在边界 C上 满足第三类边界条件 ， 当 丁 0时 ， + z + z ： O T + ( 一 )=0 式 中： 为温度 ； r为时间； 为绝热温升； 为表 面放热系数 ； 为导热系数 ， 为气温 ； T b 为已知 边界温度 。 1 2 边 界条件 混凝土与外界接触时的边界条件可分为以下 4种。 ( 1 ) 第 1 类边界条件。混凝土表面温度 是时 间 r的已知函数 ， 即 ( r )：_厂 ( 7 ) 图 2空间问题 Fi g 2 Sp a t i a l p r o b l e m ( 2 ) 第 2类边界条件 。混凝 土表面的热流量 是时间的已知函数 ， 即 一 A = r ) 式中： A为导热系数 ， k J ( i n h ) ； n为表面外 法线方向。若表面是绝热的 ， 则有 ： OT ： 0 a 凡 即为绝热边界条件。 ( 3 ) 第 3类边界 条件 。假定 经过混凝 土表 面 的热流量与混凝土表面温度 与气温 之差成正 比 ， 即 一A =卢( T一 ) 其 中： 为表面放热系数， k J ( N 1 h o C) 。 ( 4 ) 第 4类边界条件 。当 2种 不同的固体接 触时 ， 如果接触 良好 ， 则在接触面上温度和热流量 都是连续的， 即 _A2 在本文建立的计算模型中， 考虑承台顶面采用 蓄水养护的情况 ， 此时表面温度等于已知的水温， 故按第一类边界条件处理； 考虑到承台的混凝土热 源、 冷却水管及养护等关于承台 自身中心线对称， 且为节省机时 ， 取承台的 1 g作为计算模型 ， 在此 对称面上所采用的即为第二类边界条件 ； 考虑承台 外侧钢围堰内1 2 m厚的压仓混凝土时， 采用第三 类边界条件 ， 根据实际的对流情况 ， 取相应 的对流 系数【 引。 第 2期 翟建平 ， 等 ： 铁路斜拉桥承台大体积混凝土水化热温度 一应力场研究 2 9 2 水化热温度 一 应力场有限元分析 2 1 混凝土原材料及施工配合比 高标号 、 大体积混凝土配合 比的设计关键在于 尽量减少混凝土的水化热温升 ， 使混凝土满足和易 性 、 凝结速度等施工条件 ， 并符合强度 、 耐久性等质 量要求 。经试验室设计 、 试配并最终确定的混凝土 设计配合比， 如表 1 所示 。 表 I 承台 C 4 0混凝土施工配合 比 Tab l e 1 C40 Co n c r e t e c o n s t r uc t i o n mi x p r o p o r t i o n o f p i l e c a p 材料 每方用量 ( k g II 1 I 3 ) 配方 比 2 2有限元模型建立 因计算模 型主要应用于热分析 ， 因此单元类型 采用 8节点空 间等参元。结构离散时尽量使相邻 单元之间均匀变化 ， 防止突变 ， 在测温元件处单元 划分较细， 以便能更好地分析其温度变化情况 ， 并 兼顾到实际中冷却水管的埋设位置。承 台底 面节 点在 ， l ， 和 Z3个 方向上全部约束 ， 由于取 的是 1 4 结构 ， 还应该在对称面上施加对称约束。整个 模型共划分成 1 9 3 8 3个节点 ， 1 7 6 4 0个单元。 承台三维有限元剖分模型如图3所示。 图 3 承 台 1 4有 限元剖分 图 Fi g 3 1 4 FEM pr o fil e o f pi l e c a p 图 4冷却 水管空间布置 示意图 F i g 4 S p a t i a l a r r a n g e me n t o f c o o l i n gwa t e r p i p e s 2 3 温控计算主要技术参数 2 3 1 绝 热温 升 根据 大体积混凝土施工规范 ( G B一5 0 4 9 6 2 0 0 9 ) 的相关规定 ， 混凝土的绝热温升可按下式 计算 ： Q( tr )=Q 。 ( 1一e ) 式中： 丁为混凝土龄期( d ) ； Q( r )为龄期 时混凝 土的绝热温升 ( o C) ； Q 。 为混凝土的最大绝热温升 ( ) ， 根据水泥水化热估算得到 ， 取 4 9 5 q C； 为 绝热温升变化系数 ， 是与水泥品种 、 比表面及浇筑 温度 ( 本 文 中 浇 筑 温 度 取 3 0 )有 关 的 常 数 ( d ) ， 取为 0 7 8 d 一。 2 3 2弹性模 量 承台受封底混凝土和桩基约束 ， 约束弹模取值 2 5 X 1 0 MP a ， 弹性模量随时间的增长曲线采用四 参数双指数形式 ， 即 E ( )=E 0+E 】 ( 1一e ) 式中： 为初始弹模 ； E 为最终 弹模与初始弹模 之差 ； 和 为与弹模增长速率有关的 2个参数。 2 3 3徐 变影 响 计算时考虑徐变对混凝土应力的影响， 混凝土 徐变度( 单位为 1 0 MP a ) 如下述所示 ： C ( t ， )= C ( 1+9 2 0 加 ) ( ： 1一e 加 。 ) +C ， ( 1+1 7 0 r 一 。 ) ( 1一e 一 。 ( 一 ) 式 中： C 】=0 2 3 E；C =0 5 2 E； E为混凝土最 终弹模 。 2 3 4对流 系数 承台浇筑完成后 ， 顶面采用蓄水养护 ， 此时表 面温 度 等 于 已 知 的 水 温， 对 流 系 数 取 0 0 6 5 k J ( m h o C) ； 承台侧面钢 围堰 内已有 1 2 m 厚 的压仓老混凝土， 对流系数取 0 0 0 8 3 3 k J ( m h o C) ， 钢围堰外侧 的恒定温度场取为 2 5 c lC。 2 3 5 管冷模拟 计算时考虑冷却水对承台水化热温度场的影 响。冷却水管为蛇形布置 ， 分别 在距 承台底 0 8 ， 1 9 ， 3 0和 4 0 1T I 处设 4层 ， 冷却水 管均为 8 m m x 3 5 mm的薄壁钢管 ， 其水平 间距 为 1 0 m， 其空间布置见图 4 。 冷却管在混凝土浇筑至水管高程后即开始通 水 ， 采用江水冷却。单根水管流量为 2 5 m h ， 流 人 口平均水温取 2 7。 2 3 6其他物理及热特性参数选取 所采用的物理材料特性参数 ， 如弹性模量 、 线 膨胀系数 、 泊松 比等根据 以往经验取值 ； 密度 由现 场试验测得 ； 导热系数和比热通过材料组成估算。 3 0 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 2 0 1 1 年 4月 2 4 仿真计算结果 水化热仿真分析过程模拟了承台一次性浇筑 、 各边界条件 、 混凝土养护 、 环境气温 、 混凝土的抗压 强度及弹模变化、 收缩徐变影响、 冷却水 与混凝土 流固耦合等条件和因素。仿真计算结果表明 ： 混凝 土温度变化过程符合一般规律 ； 温度变化可分为温 升期 、 降温期及稳定期 3个阶段。承台混凝土浇注 后温度上升很快 ， 内部最高温度达到 7 1 3， 温升 峰值 出现在浇注后 的 23 d龄期 内。在 降温 阶 段 ， 混凝土内部在达到温升峰值后 的 2 d内以 2 3 d的速率降温 ， 之后 3 d内的降温速率加快 ， 约 为 4 5 d ， 后续又表现为缓慢降温 ， 降温速率约 为 0 8 5 c c d 。这主要是 由于水 化初期反应剧烈 ， 大量水化热短期聚积 ， 尽管存在冷却水 的冷却 作 用 ， 但降温仍然缓慢 ； 之后冷却水作用表现明显 ， 降 温速度加快 ， 当大部分水化热量被释放后 ， 降温速 率重新又表现为缓慢。降温速率整体表现为 “ 先 缓 、 后急 、 后续再缓” 的降温规律 。 由于混凝土标号高 ， 结构尺寸巨大 ， 因此 ， 早期 阶段内部升温急剧 ， 水化热温升最高达 7 1 3， 内 外温差较大 ， 3 d龄期时结构里表温差最高达到 了 2 6 6 ， 导致混凝 土内部受压 ， 表面受拉 ， 外表面 主拉应力达 到 1 2 2 MP a ， 容易 出现表面裂缝。之 后随着混凝土强度的发展 以及 内部冷却水管的降 温作用 ， 混凝土 内部开始进入受拉 阶段 ， 而外表面 由拉应力转变为压应力状态 ， 2 8 d时内部拉应力 达到 2 7 7 MP a 。承台混凝土在龄期为 3 d和 2 8 d 的温度应力场分布及温度特征值分别 如图 5和表 3所示 。 表 3 承台混凝土温度及热应 力特征值 Ta bl e 3 Te mp e r a t ur e a n d t h e r ma l s t r e s s e i g e n v a l ue o f p i l e c a p concr et e 注 ： “+” 表示承台温度压力为拉 ； “一” 表示承台温度压力为压 。 为了保证结构不出现有害的温度裂缝 ， 任何龄 期下混凝土容许的抗拉强度与 昆 凝土的温度应力 之间的比值应不小于 1 3 。根据仿真计算 ， 混凝土 结构在不同龄期下的应力安全系数均大于 1 3 ， 因 此 ， 在加强外表面保温及加快内部散热 的合理养护 措施下 ， 混凝土产生有害温度裂缝的可能性较小。 ( a ) 浇筑龄期为 3 d ；( b ) 浇筑龄期为 2 8 d 图5 水化热仿真计算温度应力场分布云图 Fi g 5 Di s t r i bu t i on ne ph o g r a ms o f t he r ma l s t r e s s f i e l d i n s i mu l a t i o n o f h y d r a t i o n h e a t 3 水化热现场施工监测 3 1 温控测点布置 根据温度场计算成果 ， 对承台混凝土水化热进 行实时施工监测 ， 以做到信息化施工 ， 真实反映混凝 土的温控效果， 测量结构不同部位的温度变化过程， 检验不同时期的温度特性和温差标准。当温控措施 效果不佳、 达不到温控标准时， 可及 时采取补救措 施 ； 当混凝土温度远低于温控标准时， 则可减少温控 措施 ， 避免浪费。测点的布置按照重点突出、 兼顾全 局的原则 ， 在满足监测要求的前提下 ， 以尽量少的测 点获得所需的监测资料。根据结构的对称性和温度 变化的一般规律 ， 以一侧的监测数据来指导另一侧 施工。承台共布设4 0个J M T一 3 6 C型温度传感器。 銎 誊 一 擎 堂 窿 季 譬 黪 鹰 第 2期 翟建平 ， 等 ： 铁路斜拉桥承 台大体积混凝土水化热温度 一应力场研究 3 1 由于靠近表面区域温度梯度较大， 因此 ， 测点布置较 密 ； 而中心区域混凝土温度梯度较小， 因此， 测点布 置相应减少。测点布置如图6所示。 此外 ， 基于科研 的目的， 还在 图 6中所示 承台 边缘部位布置了 7个 J Mz X一 2 1 5 A T型应变计。 i 点 簋 勘量 ! i 图 6 承 台混凝土温度测点布置图( 1 4承 台) Fi g 6 L a y o u t o f t e mpe r a t u r e & s t r e s s s e ns o r s i n t h e p i l e c a p ( 1 4 p i l e c a p ) 3 2 温控测试 内容及原则 温度场的监测内容包括混凝土的入模温度 ， 气 温 ， 冷却水管的进 出口水温及各测温点的温度。各 项测试项 目宜在混凝土浇筑后立 即进行 ， 连续 不 断。混凝土的温度监测 ， 混凝土浇筑 6 h后每 0 5 h监测 1 次 ， 峰值出现后每 2 h监测 1 次 ， 持续 5 d ， 然后转入每天监测 12次， 直到温度变化基本趋 于稳定为止。 3 3 现 场温控 措施 该桥承台具体积大 、 混凝土标号 高、 水化放热 量多、 升温速率快等特点 ， 需要特别注意结构里表 温差 的控制。对于大体积混凝土里表温差 ， 除中心 与顶面温差外 ， 还应关注 中心与侧面温差 ， 均控制 在 2 5以下 。施工时应控制混凝土 的入模温度 ， 如实际气温太高时， 则需要考虑对混凝土进行通风 及加冰处理。冷却管在混凝土浇筑 至水管高程后 即开始通水 ， 并以冷却水 出水在钢围堰内部进行 蓄 水养护。混凝土在降温 阶段如气温较低或突遇大 风降温或里表温差大于 2 5 ， 必须对大体积混凝 土加强保温养护 ， 如在潮湿状态下覆罩一层塑料薄 膜蓄热 ， 再外罩一层土工布保温等。 3 4 监测成果分析 3 4 1 承 台 内部 关键 点 温升规律 根据现场监测结果并结合有限元理论分析 ， 得 到关键测点的理论及实测温度时程曲线 ， 如图 7 图 1 0所示。从图 7l 0可以看出 ， 无论理论还是 实测曲线 ， 其共 同特征都是依次经历升温 、 恒温 、 降 温 3个典型阶段 ， 升温阶段较短 ， 降温阶段最长 ， 理 论计算 的最大绝热温升一般出现在浇筑后的 4 8 6 0 h ； 各测点温度上升的初期阶段理论温升速率值 均大于现场实测。这是由于数值计算时采用单元 生死功能 ， 结构在瞬间激活 ， 无法考虑具体浇筑过 程 的持续时间， 而实 际的浇筑 过程则有一定 的耗 时， 水化反应相对滞后 ， 因此 ， 不同的位置之间存在 浇筑的时间差 ， 在测点被混凝土淹没之前测试得到 的温度为该位置处的空气温度 。 6 O 蕾 4 0 2 0 0 5 O l O 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 时间 I 1 图 7测 点 3与测点 1 8理论及 实测温度 时程 曲线 Fi g7 Ti me h i s t o r y c u r v e s o f t he o r et i c a l a nd mea s u r e d t e mpe r a t u r e a t t e s t i n g po i nt s 3 a n d 1 8 8 。 6 0 薹 4 。 襄 2 0 O 5 O 1 0 0 l 5 O 2 I3 0 2 5 0 3 0 0 时间 h 图 8 测点 1 3与测点 1 5理论及 实测温度 时程 曲线 Fi g8 Ti me hi s t o ry c u r v e s o f t h e o r e t i c a l a n d me a s u r e d t e mp e r a t u r e a t t e s t i n g po i n t s 1 3 a n d 1 5 各关键测点的实测最高温度与理论结果有所 差异 ， 这主要是计算采取的相关物理及热特性参数 与实际情况存在偏差所致。理论分析时整个结构 采用相同的初始温度 ， 将环境温度定义为恒定不变 的常量 ， 而实际浇筑过程中每个位置的初始温度不 尽相同， 环境温度也随时间改变 ， 由现场测试结果 可知 ， 周边环境的昼夜温差最大可：达81 2 o C。同 时 ， 由于塔座 内部钢筋密集 ， 在布 置冷却水管 和测 温元件时位置与理论位置有适 当调整 ， 这也是引起 测点理论值与实测值差别的原因。此外 ， 理论和实 测结果均表明： 中心测点的升温速率 明显快于边缘 测点 ， 这是因为中心部位易积聚水化热量 ， 热量不 净 州 刖 埠 搬 L 蔫 吼 一 一 蟊 一 _ l ： ? 一 地 吾 1 一 赫 3 2 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 2 0 1 1 年4月 易散发， 且中心点升温后达到的温度峰值要高于边 点的温度峰值 。 6 0 r、 螽4 0 赠 2 0 0 5 0 1 f ) 0 l 5 O 2 0 o 2 5 0 3 时f n h 图9测点 2 3与测点 2 5理论及 实测温度时程 曲线 Fi g 9 Ti me h i s t o r y C HI V E S o f t h e o r e t i c a l a n d me a s u r e d t e mp e r a t u r e a t t e s t i n g p o i n t s 2 3 a n d 2 5 6 O 4 0 芝 越 赠 2 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 时间 h 图 1 0测 点 3 8与测 点 4 0理论及 实测 温度 时程 曲线 Fi g 1 0 Ti meh i s t o r y c u r v e s o f t he o r e t i c a l a n d me a s u r e d t e mp e r a t u r e a t t e s t i n g p oi n t s 3 8 a n d 4 0 3 4 2 承 台厚度 方 向温度 变化 承台水化热沿厚度方向的最高温度出现在结 构 中轴线 ( AA )的中上部 ， 表 面和底部温度较 低 ， 中心温度较高 ， 呈现鼓肚形曲线 ， 上表面 0 1 0 5 m范 围内的温度变化速率比底部大 ， 且随混凝 土龄期的增加， 鼓肚形曲线逐渐变得缓和 ， 说 明承 台内外部温度梯度值逐渐降低 。温度梯度较大 的 时刻出现在 4 01 0 0 h ， 所 以， 在施工后 2 d内应迅 速在钢围堰 内蓄水养护。图 l 1 所示为不同龄期 承 台结构中轴线 ( A )处混凝土温度沿高度方向 的分布曲线 ， 图中龄期是指最上层混凝土的龄期。 3 4 3 承 台中心到边缘在平面方向的变化 理论计算及现场实测结果均表明， 承台中心部 位混凝土温度随时问变化较小 ， 在承 台边缘部分 ， 纵向水平断面 中心线 ( BB )温度变化的最大区 域约在 1 2 I l l 之 内， 断面温差最大在 8 5 9 5 c C。 且随混凝土龄期的增加 ， 中心区域与边缘区域的温 度梯度逐渐变缓 ， 断面温差逐渐减小。见图 1 2 。 6 5 4 筵 坐 l O 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 温度， 图 1 1 承 台中轴 线 ( AA )处温度 沿厚度 方向随龄期 的分布 曲线 Fi g 1 1 Di s t r i b ut i on c u r v e s of t e mp e r a t ur e a l on g t h e c e n t r a l l i n e ( AA )o f p i l e c a p a t d i f f e r e n t c o n c r e t e a g e s 8 O 6 () 蟊 4 0 廷 2 I1 0 5 l 0 l 5 2 0 25 ) 距 承台中心 的水平 长度， m 图 1 2承 台平 面 中心 线(8一B ) 处温度沿长度 方向 随龄期 的分布曲线 F i g 1 2 D i s t r i b u t i o n c u r v e s o f t e mp e r a t u r e a l o n g t h e c e n t r a l l i n e( 一曰 )o f p i l e c a p at d i f f e r e n t c o n c r e t e a g e s 3 4 4水化 热应 力 沿承 台厚度 方 向的分 布 由于混凝土 内、 外部所处环境条件 的不同 ， 在 水化反应初期阶段 ， 内部体积膨胀大于表面处的体 积膨胀 ， 导致外表面产生拉应力 ， 内表面产生压应 力 。当水化反应使混凝土达到温升峰值后 ， 混凝土 开始转为降温 ， 此时与水化反应初期阶段相反 ， 内 部的体积收缩大于外表面的体积收缩 ， 导致外表面 产生压应力 ， 而内部产生拉应力。但由于冷去管的 致冷作用 ， 以及周 围钢 围堰的套箍约束 ， 使得水化 热应力场分布较为复杂 ， 规律性并不明显。 经理论计算 和现场实测得到的承台边缘部位 的热应力沿厚度方 向随龄期的变化 曲线 ， 如图 1 3 所示 。 第 2期 翟建平 ， 等 ： 铁路斜拉桥承台大体积混凝 土水化热温度 一 应 力场研究 3 3 图 l 3承 台边缘部位热应 力沿厚度方 向随龄期的 变化 Fi g1 3 Di s t rib u t i o n c u r v e s o f t h e r ma l s t r e s s i n t h e h e i g ht di r e c t i on a t d i f f e r e n t c o nc r e t e a g e s 4 结论 ( 1 ) 对于高标号 、 超大体积混凝 土结构 ， 在浇 注过程水化反应剧烈 ， 水化温升较高， 由于混凝土 是热的不 良导体 ， 具有很大 的热延迟性和热惰性 ， 容易引起较大的里表温差。以水化热仿真分析结 果为依据 ， 合理优化混凝土的施工配合 比， 并采取 合理的温控措施 ， 对于避免产生对结构安全性及耐 久性有害的温度裂缝是非常必要的。 ( 2 ) 对于大体积混凝土的里表温差 ， 除中心与 顶面温差外 ， 还应关注中心与侧面温差 ， 均控制在 2 5 以下。现场实测结果表明 ： 承台各断面上 的 里表温差均小于 2 5 ， 且混凝 土温升在入模 温度 的基础上均小于 5 0， 符合规范的相应要求。 ( 3 ) 承台混凝土实际施工时， 严格按预先制定 的温控措施要求进行 ， 温控效果 良好 ， 承台结构 内 部关键部位的温度实测温度场分布及温度变化规 律与与数值计算结果很接近， 表明理论分析与实际 情况基本相同， 证 明了计算方法和数值模拟的正确 性和有效性 。 ( 4 ) 根据半年的不定期监测和观察 ， 承 台没有 出现温度裂缝 ， 温控措施有效防止 了结构温度裂缝 的产生， 保证 了工程质量， 并缩短了施工周期。 参考文献 ： 1 朱伯芳大体积混凝土温度应力与温度控制 M 北 京 ： 中国电力出版社 ， 1 9 9 8 ZHU Bo f a n gThe rm a l s t r e s s a n d t e mp e r a t ur e c o n t r o l o f m a s s c o n c r e t e M B e ij i n g ： C h i n a E l e c t ri c P o w e r P r e s s ， 1 9 98 2 过镇海， 时旭东钢筋混凝土原理和分析 M 北京： 清华大学出版社 ， 2 0 0 3 GUO Zh e n h a i ，S HI Xu- d o n gRe i nf o r c e d c o n c r e t e t he o r y a n d a n a l y s i s M B e i j i n g ：T s i n g h u a U n i v e r s i t y P r e s s ， 2 0o 3 3 杨秋玲， 马可栓大体积混凝土水化热温度场三维有 限元分析 J 哈尔滨工业大学学报， 2 0 0 4 ， 3 6 ( 2 ) ： 2 6 1 2 63 Y A N G Q i u l i n g ，M A K e s h u a n ， A n a l y s i s o f ma s s i v e c o n c r e t e 3 d i me n s i o n a l fini t e e l e me n t h y d r a t e d he a t t e m- p e r a t u r e fi e l d j J o u r n a l 0 f H a r b i n I n s t i t u t e T e e h n o l o g y ， 2 0 0 4 ， 3 6 ( 2 ) ： 2 6 1 2 6 3 4 刘 明， 曹军， 贾卫华 武广客运专线王灌 冲大桥大 体积砼承台施工技术 J 铁道科学与工程学报， 2 0 1 0 ( 2 )： 8 38 8 L I U Mi n g ，C AO J u n，J 1 A We i h u a L a r g e v o l u me C O il c r e t e pi l e c a p c o n s t r u c t i o n t e c h no l o g y o f W a ng g ua n c h o n g b ri d g e i n Wu g u a n g p a s s e n g e r d e d i c at e d l i n e J J o u r n a l o f R a i l w a y S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g 2 0 1 0 ( 2 ) ： 8 3 8 8 5 G B一 5 0 4 9 6 2 0 0 9 大体积混凝土施工规范 S G B 一5 0 4 9 6 2 o o 9 C o d e f o r c o n s t r u c t i o n o f ma s s c o n c r e t e S 6 李欣然 ， 陈德伟 斜拉桥主塔中下塔柱连接段水化热温 度 一 应 力 场分 析 J 中外公 路 ， ：2 0 1 0 ， 3 0 ( 2 ) ： 1 3 1 1 3 5 LI Xi n r a il，CHEN De we i An a l y s i s o f hy d r a t i o n t e mpe r a t ur e a n d t h e r ma l s t r e s s fie l d i n t he l i n k a g e s e c t i o n b e t we e n t he k i n g t o we r a nd l o we r p y l o n o f c a bl e s t a y e d b ri d g e J J o u r n a l o f C h i n a F o r e i g n H i g h w a y ， 2 0 1 0 ， 3 0 ( 2 ) ： 1 3 1 1 3 5