程國(guó)祥

摘 要：隨著近年來(lái)大型工程的增多，大體積混凝土水化熱的溫度控制問(wèn)題變得越來(lái)越重要。在橋梁的設(shè)計(jì)、施工中對(duì)大體積混凝土水化熱溫度場(chǎng)進(jìn)行研究，對(duì)其進(jìn)行有限元模擬和溫度控制是很必要的。文章以石武客運(yùn)專(zhuān)線跨南水北調(diào)總干渠特大橋?yàn)槔?，討論了冷卻水管對(duì)大體積混凝土澆注后的降溫作用和冷卻水管的合理布置。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；溫度場(chǎng)；冷卻水管；數(shù)值模擬

1 大體積混凝土溫度監(jiān)控的目的和意義

由于橋梁、大壩等大體積混凝土結(jié)構(gòu)處在不同的環(huán)境中，水化熱不容易及時(shí)散發(fā)，內(nèi)部溫度將會(huì)很高，可能會(huì)引起溫度分布與規(guī)范規(guī)定有較大的差異，產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，導(dǎo)致溫度裂縫。因此有必要對(duì)橋梁、大壩混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用有限元計(jì)算分析方法確定其溫度場(chǎng)的分布和應(yīng)力的大小，從而為研究、預(yù)測(cè)、分析溫度場(chǎng)以及溫度裂縫控制設(shè)計(jì)、制定合理的抗裂措施提供了依據(jù)。

人們最早關(guān)注大體積混凝土是在大壩的施工中出現(xiàn)因?yàn)闇囟犬a(chǎn)生裂縫問(wèn)題，隨著橋梁建設(shè)規(guī)模的加大，越來(lái)越多的橋梁承臺(tái)和橋墩采用大體積混凝土一次性澆注，所以橋梁施工中也出現(xiàn)了由于溫度而產(chǎn)生裂縫的問(wèn)題。比較常見(jiàn)的就是在橋梁的承臺(tái)和橋墩的施工過(guò)程中，由于水化熱導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度過(guò)高、內(nèi)外溫度差異過(guò)大，而導(dǎo)致溫度裂縫的出現(xiàn)。目前，許多橋梁的橋墩采用箱型截面的結(jié)構(gòu)形式，箱型截面橋墩的底層的尺寸較大，屬于大體積混凝土，且采用較高標(biāo)號(hào)的混凝土澆注，因而產(chǎn)生水化熱較多，容易出現(xiàn)溫度裂縫的問(wèn)題。

有關(guān)大體積混凝土溫度效應(yīng)受到了越來(lái)越多的關(guān)注，但問(wèn)題并沒(méi)有得到很好的解決，其原因是影響混凝土溫度的因素較多，仿真計(jì)算的變遷跟不上建設(shè)計(jì)劃，材料參數(shù)選擇復(fù)雜，仿真分析的程序和步驟繁瑣，從而仿真結(jié)果與實(shí)際工程有較大的差距。

2 冷卻水管降低大體積混凝土最高溫升的可行性

采取人工冷卻措施是降低大體積混凝土最高溫升的有效手段，比較常用，其中效果較好的冷卻方法是冷卻水管法。影響冷卻水管冷卻效果的因素很多，對(duì)其進(jìn)行計(jì)算分析較復(fù)雜，主要表現(xiàn)在：

（1）冷卻水管內(nèi)的水溫沿水流動(dòng)的方向是逐步升高的。

（2）施工中混凝土采用分層澆注，各層之間的混凝土的水化熱相互影響。

（3）冷卻水管在降溫的同時(shí)，大體積混凝土的表面也在散熱，溫度場(chǎng)是實(shí)時(shí)變化的。

（4）研究對(duì)象往往采用分層澆注，各澆注層之間間歇時(shí)間不同。

由于以上原因，使得該問(wèn)題用有限單元法來(lái)計(jì)算比較方便和準(zhǔn)確。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

4 結(jié)束語(yǔ)

總結(jié)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和有限元分析水化熱溫度變化規(guī)律，可以得出以下結(jié)論：

（1）實(shí)測(cè)的最高溫度值均在澆注后的第3到4天中出現(xiàn)。

（2）混凝土澆注后的升溫速率非?？?，而降溫速率則較慢，最高溫度持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

（3）測(cè)點(diǎn)的實(shí)際溫度和運(yùn)用MIDAS有限元軟件進(jìn)行仿真模擬得到的理論值的變化規(guī)律相似，且測(cè)點(diǎn)溫度值比較接近。

（4）承臺(tái)長(zhǎng)邊方向的預(yù)設(shè)測(cè)點(diǎn)測(cè)出的溫度均略低于短邊方向上測(cè)點(diǎn)的溫度值，主要是因?yàn)槌叽缧?yīng)對(duì)溫度場(chǎng)的影響。

（5）模擬值與實(shí)測(cè)值也是存在差異的：大部分測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)溫度峰值出現(xiàn)時(shí)間與模擬溫度峰值出現(xiàn)時(shí)間相當(dāng)，部分測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)溫度最大值的時(shí)間與運(yùn)用MIDAS有限元軟件進(jìn)行仿真模擬得到的時(shí)間存在差異，但是一般差異在10h之內(nèi)；實(shí)測(cè)溫度最大值要比理論值要高出1～7℃，這主要是由于運(yùn)用MIDAS有限元軟件進(jìn)行仿真模擬中混凝土表面系數(shù)的取值較小，當(dāng)然還有施工條件的復(fù)雜性也不可忽略。另一個(gè)原因是在有限元的分析過(guò)程中沒(méi)有考慮模板的溫度。

參考文獻(xiàn)

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