馬磊

摘要：隨著高速鐵路的快速發(fā)展，箱梁預(yù)制數(shù)量越來越多，箱梁預(yù)制質(zhì)量存在的“共性問題”卻一直未解決——龜裂、溫度應(yīng)力對(duì)箱梁壽命的影響。本文通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并結(jié)合并熱學(xué)理論知識(shí)，闡述溫度應(yīng)力對(duì)箱梁質(zhì)量的影響，提出水循環(huán)法“分割”大體積混凝土可以有效降低溫度應(yīng)力對(duì)箱梁質(zhì)量的影響。

Abstract： With the rapid development of high-speed railways， the number of prefabricated boxes and beams is increasing. The "common problem"， that is the influence of crack and temperature stress on the life of box girder， of prefabricated quality of box girder has not been solved. In this paper， the influence of temperature stress on the quality of box girder is explained by the field measured data combined with thermal theory. It is proposed that the "segmentation" of mass concrete by water circulation method can effectively reduce the influence of temperature stress on the quality of box girder.

關(guān)鍵詞：簡(jiǎn)支箱梁;水循環(huán);溫度控制

Key words： simple supported box girder;water circulation;temperature control

中圖分類號(hào)：U445.471 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）15-0092-04

0 ?引言

溫度應(yīng)力（thermal stress）對(duì)箱梁質(zhì)量的影響越來越突出。“分割”大體積混凝土并及時(shí)將混凝土的水化熱能排出，能降低溫度對(duì)箱梁混凝土質(zhì)量的影響。

本文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)選取滬昆客運(yùn)專線6標(biāo)段麻江制梁廠。麻江縣2012年9月中旬至2012年12月中旬，測(cè)溫工具為北京建工混凝土技術(shù)發(fā)展中心生產(chǎn)，測(cè)溫線JDC-2型。麻江縣屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)區(qū)氣候區(qū)，冬無嚴(yán)寒、夏無酷暑、雨量充沛，年平均氣溫14～16℃，年降雨量1200～1500mm，相對(duì)濕度80%左右，無霜期長(zhǎng)達(dá)270～301d。

澆筑箱梁混凝土產(chǎn)生的水化熱是箱梁熱量最主要的來源，這一點(diǎn)已經(jīng)形成共識(shí)。熱傳遞有三種方式，即熱輻射、熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流，當(dāng)熱位于不同的介質(zhì)時(shí)，其熱傳遞方式有主次之分。箱梁屬于空間殼體結(jié)構(gòu)，頂板、底板、腹板的空間位置不同（主要指上下位置）、厚度不同，導(dǎo)致各處溫度不同，溫度不同產(chǎn)生的溫差是溫度應(yīng)力形成的原因。熱傳導(dǎo)主要體現(xiàn)在梁體某部位芯部與表面的熱量傳遞，芯部溫度高于表面溫度。熱輻射有強(qiáng)烈方向性特點(diǎn)，根據(jù)梁體溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，梁體頂板溫度高于梁體底板溫度，梁體頂板與腹板交界處溫度最高。熱輻射主要體現(xiàn)在梁腔內(nèi)各部位之間的熱量傳遞，梁體上方熱量向下熱輻射。熱對(duì)流在流體介質(zhì)里面是最主要的熱傳遞方式。梁腔（相對(duì)封閉環(huán)境）里面熱量對(duì)流。根據(jù)以上推斷，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際記錄，繪出梁體內(nèi)熱量傳遞示意圖，如圖1。

1 ?預(yù)制箱梁溫度點(diǎn)的選擇和溫度記錄

如圖2所示，選定5個(gè)點(diǎn)位，圖中表示出具體位置。

點(diǎn)位選擇說明：根據(jù)設(shè)計(jì)說明、設(shè)計(jì)交底、現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，混凝土的水化熱溫度隨著混凝土的厚度增加而升高，并且不呈現(xiàn)線性比列關(guān)系。根據(jù)梁體斷面圖，找出混凝土最厚的部分，即如圖所示的5個(gè)點(diǎn)位所在的位置。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表1，繪制出溫度曲線圖3。

2 ?數(shù)據(jù)分析

由圖2，圖3和表1得出如下結(jié)論：

①溫度最大值的大小由該點(diǎn)所處在周圍混凝土包圍厚度和空間位置有直接關(guān)系。如圖2，圖3和表1，2點(diǎn)所處周圍混凝土包圍厚度最厚，其空間位置基本也最靠上。兩者影響因素以混凝土包圍厚度為主要因素，空間位置為次要因素，因?yàn)榛炷了l(fā)的水化熱主要以對(duì)流形式散播，空間越靠上，能量來源及聚集越多。

②觀察表2得出，箱梁溫度變化的規(guī)律如下：

1）在混凝土澆筑完0-4小時(shí)內(nèi)，溫度變化很小，基本不變的。

2）在混凝土澆筑完4-28小時(shí)內(nèi)，溫度快速增長(zhǎng)，其曲線近似于二次拋物線，在混凝土澆筑完28小時(shí)左右溫度值達(dá)到最大值，混凝土水化熱快速釋放，釋放速度遠(yuǎn)大于混凝土的散熱速度是導(dǎo)致混凝土溫度快速增長(zhǎng)的主要原因。

3）在混凝土澆筑完28-76小時(shí)內(nèi)，混凝土溫度在經(jīng)過快速增長(zhǎng)后，芯部混凝土釋放的水化熱與散熱溫度基本維持平衡，混凝土溫度在受環(huán)境影響不大下在最高值左右徘徊。

4）在混凝土澆筑完76-148小時(shí)內(nèi)，混凝土溫度逐漸下降，其曲線近似于二次拋物線，混凝土溫度平均約4小時(shí)降低1℃。在這段時(shí)間內(nèi)，外部混凝土水化熱已經(jīng)基本釋放完，混凝土芯部混凝土水化熱的釋放速度小于表面及外部混凝土散熱速度是該段時(shí)間內(nèi)溫度下降的主要因素。

5）在混凝土澆筑完148小時(shí)后，混凝土水化熱的釋放基本結(jié)束，混凝土溫度在向后的時(shí)間內(nèi)，溫度很緩慢的降低，直至與外界溫度基本相等。

3 ?芯部溫度與孔道溫度的關(guān)系

經(jīng)上述得知，混凝土溫度最大值出現(xiàn)在2點(diǎn)，所以我們把測(cè)芯部溫度的探頭布置在2號(hào)點(diǎn)。芯部探頭（2號(hào)點(diǎn)）與孔道探頭（2點(diǎn)）布置對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖2;芯部溫度與孔道溫度最高溫度記錄如表2。

令孔道溫度為自變量，芯部溫度為因變量，根據(jù)線性回歸方程Y=Ax+B

經(jīng)計(jì)算得A=1.00995，B=4.836

則回歸方程為：Y=1.00995A+4.836

4 ?成果分析

①高速鐵路預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁混凝土溫度的最高值在腹板與頂板的交界中心處出現(xiàn)。

②高速鐵路預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁混凝土芯部溫度與孔道溫度的線性方程為Y=1.00995A+4.836，其中A代表孔道溫度，Y代表芯部溫度，孔道探頭應(yīng)布置于張拉孔道N10或者N9，距梁端1.5米處。

③高速鐵路預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁混凝土溫度不隨客觀天氣變化而變化，溫度應(yīng)力對(duì)箱梁混凝土影響客觀存在。有效及時(shí)排出箱梁混凝土水化熱是箱梁溫度應(yīng)力的關(guān)鍵。

5 ?高速鐵路預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁混凝土溫度控制措施

通過上面分析得知，高速鐵路預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁混凝土溫度與混凝土水化熱的釋放有很大關(guān)系，可以說是溫度影響的主要客觀因素。以下是高速鐵路預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁混凝土溫度控制措施：

①混凝土澆筑完后，一般會(huì)在8-10h內(nèi)抽拔橡膠棒，此時(shí)已經(jīng)證明混凝土已經(jīng)初凝，此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員和工隊(duì)負(fù)責(zé)人應(yīng)及時(shí)觀察溫度情況，梁頂板要保持濕潤(rùn)，防止龜裂。

②在12小時(shí)后，要保持箱內(nèi)一直通風(fēng)，保證混凝土釋放的水化熱及時(shí)排出，不要讓箱內(nèi)形成蒸籠，讓混凝土釋放的水化熱在梁體內(nèi)對(duì)流、輻射，從而導(dǎo)致混凝土溫度過高。及時(shí)箱梁蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)，也應(yīng)保持梁腔內(nèi)熱量外釋，防止梁體內(nèi)外溫差過大，產(chǎn)生溫度應(yīng)力降低箱梁壽命。

③在抽拔完橡膠棒后，通過張拉管道進(jìn)行水循環(huán)散熱。張拉管道內(nèi)充滿循環(huán)水，相當(dāng)于把大體積混凝土分割成許多小塊，從而降低芯部水化熱溫度，進(jìn)而保證芯部溫度與外界溫差過大導(dǎo)致梁體的龜裂。這樣既能保證混凝土釋放的水化熱及時(shí)通過管道循環(huán)水排出，達(dá)到混凝土溫度降低的目的，還能保證張拉管道內(nèi)部因水化熱不能及時(shí)排出導(dǎo)致出現(xiàn)的管道內(nèi)部龜裂。循環(huán)水通過張拉孔道把箱梁大體積混凝土“分割”成數(shù)個(gè)小塊，水化熱被無限“分割”而無法聚集形成高溫，同時(shí)循環(huán)水在循環(huán)過程中帶走混凝土水化熱，有效降低箱梁混凝土芯部溫度，有效降低混凝土芯部、表面、環(huán)境三者之間的溫差，從而達(dá)到降低溫度應(yīng)力對(duì)箱梁質(zhì)量、壽命的負(fù)面影響。

④水循環(huán)裝置設(shè)置簡(jiǎn)單，可操作，本文論述操作要點(diǎn)。高速鐵路預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁常見跨度24m、32m，利用箱梁端頭模模板，模板錨墊板預(yù)留孔洞與自制水龍頭相接，即可實(shí)現(xiàn)箱梁預(yù)應(yīng)力孔道水循環(huán)。自制水龍頭采用電磁石制作，與端頭模模板預(yù)留孔洞對(duì)接后，開動(dòng)電磁石確保水流能順利進(jìn)出孔道。也可單獨(dú)制作養(yǎng)護(hù)裝置（根據(jù)孔道位置，安裝好自制水龍頭），用行吊把養(yǎng)護(hù)裝置就位，啟動(dòng)電磁石，實(shí)現(xiàn)水循環(huán)。電磁石與箱梁預(yù)埋錨墊板通過電磁石強(qiáng)勁吸引力確保連接緊密。

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