周大為，鄧年春, 2, 3，郭曉, 2

低溫灌注條件下鋼管混凝土水化熱應(yīng)力試驗(yàn)研究

周大為1，鄧年春1, 2, 3，郭曉1, 2

(1. 廣西大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，廣西 南寧 530004; 2. 廣西防災(zāi)減災(zāi)與工程安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530004; 3. 廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530004)

為研究青藏高原地區(qū)低溫環(huán)境下鋼管混凝土拱肋混凝土灌注后水化放熱溫度分布及溫度效應(yīng)，以川藏鐵路拉林段雅魯藏布江特大橋以工程背景，采用恒溫實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行低溫環(huán)境的模擬，對(duì)與實(shí)橋同尺寸的1.6 m管徑的鋼管混凝土構(gòu)件進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。引入等效齡期對(duì)低溫條件下核心混凝土水化放熱規(guī)律、混凝土應(yīng)變時(shí)程變化、管內(nèi)混凝土水化溫度分布及溫度效應(yīng)計(jì)算方法進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：摻入外加劑的混凝土具有約4 h的水化誘導(dǎo)期，該誘導(dǎo)期對(duì)混凝土溫度及熱應(yīng)力的變化影響較大；混凝土水化結(jié)束后縱向與徑向具有較大的殘余應(yīng)變，對(duì)合龍溫度影響較大；引入等效齡期的雙曲線式水化放熱模型能夠較好地反應(yīng)鋼管混凝土水化溫度分布規(guī)律；水化溫升加快管內(nèi)混凝土力學(xué)性能的發(fā)展，使得管內(nèi)混凝土產(chǎn)生較大的徑向與環(huán)向應(yīng)力，計(jì)算水化溫度效應(yīng)應(yīng)計(jì)入溫度對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響；水化溫度應(yīng)力控制應(yīng)著眼于降溫初始階段。

鋼管混凝土；等效齡期；水化熱；徑向應(yīng)力；環(huán)向應(yīng)力

自20世紀(jì)90年代四川旺蒼東河大橋的成功建造運(yùn)營(yíng)，鋼管混凝土作為鋼-混組合材料因其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)性能、較低的建材消耗，在我國(guó)橋梁建設(shè)中得到迅速發(fā)展[1-2]。伴隨當(dāng)前國(guó)家對(duì)中西部地區(qū)交通建設(shè)的大量投入，鋼管混凝土拱橋因其針對(duì)山區(qū)、丘陵地區(qū)特有的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，其跨徑不斷得以突破[3-5]。拱肋混凝土灌注質(zhì)量是鋼管混凝土拱橋施工建設(shè)過(guò)程中的關(guān)鍵所在，已建成跨徑530 m的合江一橋單根弦管管徑達(dá)1.32 m，在建世界第一跨鋼管混凝土拱橋-平南三橋單根弦管管徑達(dá)1.4 m，在建川藏鐵路雅魯藏布江大橋單根弦管管徑更是高達(dá)1.6 m，隨著橋梁跨徑的不斷突破，拱肋管徑也在不斷加大。大跨度鋼管混凝土拱橋，因其管徑巨大，使得內(nèi)部混凝土具有大體積混凝土水化放熱特性[6]。一方面，混凝土內(nèi)部溫度場(chǎng)在水化過(guò)程中受其影響，使得截面溫度應(yīng)力劇烈變化[7]，當(dāng)核心混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到峰值后開(kāi)始降低，混凝土發(fā)生收縮變形，混凝土和鋼管黏結(jié)面產(chǎn)生拉應(yīng)力減小二者黏結(jié)力[8]，可能導(dǎo)致鋼管混凝土脫黏和混凝土開(kāi)裂問(wèn)題；另一方面，鋼管混凝土拱橋在拱肋成橋過(guò)程中，由于管內(nèi)混凝土水化熱、日照及環(huán)境溫度的影響，在空鋼管合龍的基礎(chǔ)上積累了一部分溫度應(yīng)力，故不可采用空鋼管的合龍溫度作為鋼管混凝土拱橋計(jì)算溫度效應(yīng)的基準(zhǔn)溫度，整個(gè)混凝土水化過(guò)程的溫度變化對(duì)于合龍溫度的研究至關(guān)重要。宋穎彤等[9-11][10]研究認(rèn)為，混凝土硬化過(guò)程中其抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量等物理性能的發(fā)展是齡期和溫度的函數(shù)。大管徑鋼管混凝土水化放熱過(guò)程中，同齡期內(nèi)外溫差極大，使得管內(nèi)不同位置混凝土在水化放熱速率、強(qiáng)度發(fā)展以及彈性模量等物理性能的發(fā)展差異較大。目前針對(duì)鋼管混凝土水化放熱的研究多集中于截面溫度分布規(guī)律[12-13]，且均未考慮內(nèi)部混凝土力學(xué)性能發(fā)展受溫度的影響。針對(duì)管內(nèi)混凝土水化熱應(yīng)力及灌注質(zhì)量的研究則更為少見(jiàn)，王江龍[14]在其碩士論文中對(duì)一座啞鈴型截面鋼管混凝土拱肋水化放熱應(yīng)力進(jìn)行了有限元計(jì)算，其計(jì)算過(guò)程中水化放熱模型、材料熱物理參數(shù)的選取中未考慮溫度的影響，難以真實(shí)反映管內(nèi)混凝土真實(shí)溫度和應(yīng)力分布情況。本文依托川藏鐵路拉林線雅魯藏布江特大橋，對(duì)與實(shí)橋同管徑的足尺寸鋼管混凝土拱肋構(gòu)件，采用恒溫試驗(yàn)箱模擬低溫環(huán)境下管內(nèi)混凝土灌注至成型全過(guò)程，并對(duì)其水化溫度及混凝土應(yīng)變進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)。在此基礎(chǔ)上引入等效齡期概念，采用有限單元法建立大管徑鋼管混凝土水化放熱計(jì)算模型，對(duì)低溫條件下灌注的鋼管混凝土拱肋溫度場(chǎng)及溫度效應(yīng)進(jìn)行研究，并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

1 拱肋混凝土水化放熱計(jì)算理論

1.1 水化放熱計(jì)算模型

管內(nèi)混凝土灌注且經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)期后，水泥發(fā)生劇烈水化反應(yīng)釋放大量熱量，使得管內(nèi)混凝土各部分發(fā)生劇烈溫變。朱伯芳[15]研究發(fā)現(xiàn)，水泥絕熱溫升與齡期有關(guān)，提出可用指數(shù)式、復(fù)合指數(shù)式和雙曲線式計(jì)算模型對(duì)其溫變過(guò)程進(jìn)行描述，見(jiàn)式(1)~(3)：

其中，混凝土水化放熱可由式(4)進(jìn)行計(jì)算[16]：

1.2 基于等效齡期的水化放熱模型

表1匯總了現(xiàn)有部分針對(duì)鋼管混凝土水化熱進(jìn)行分析的文獻(xiàn)及其相關(guān)分析方法。為獲得最為準(zhǔn)確的水泥水化放熱計(jì)算公式，在無(wú)實(shí)測(cè)值的條件下，由表中經(jīng)驗(yàn)，本文絕熱溫升計(jì)算公式采用雙曲線式水化計(jì)算模型。

Nurse等[23-24]在研究混凝土強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)條件及齡期的關(guān)系時(shí)認(rèn)為，在其他養(yǎng)護(hù)條件(如：濕度、配比等)一致的情況下，混凝土的力學(xué)性能與溫度和齡期有關(guān)，并提出N-S成熟度方程以表征之間的函數(shù)關(guān)系，見(jiàn)式(5)：

式中：為成熟度；為齡期；()為某齡期時(shí)刻溫度值；ref為參考溫度，本文取標(biāo)養(yǎng)溫度20 ℃為參考溫度。

其中，混凝土養(yǎng)護(hù)過(guò)程中溫度對(duì)混凝土水化的影響采用水化反應(yīng)速率，即Arrhenius公式進(jìn)行表征，見(jiàn)式(6)：

為表征水泥在某時(shí)間段內(nèi)的水化程度，Schutter[25]認(rèn)為，可用該時(shí)刻的水泥絕熱溫升值與最終絕熱溫升值的比值或者某齡期水化放熱量與最終水化放熱量的比值來(lái)進(jìn)行描述，并稱(chēng)其為水化度，見(jiàn)式(7)：

王甲春等[26]研究認(rèn)為，混凝土澆筑完畢后的水化放熱過(guò)程中，其在某齡期的放熱量及放熱速率要低于該齡期下的水泥絕熱放熱量與放熱速率。

為研究混凝土在不同溫度歷程下其力學(xué)性能的發(fā)展，Hansen等[27]提出,以某養(yǎng)護(hù)溫度為參考溫度ref，將不同溫度歷程達(dá)到相同成熟度所需時(shí)間等效轉(zhuǎn)化為該參考溫度下混凝土所需齡期，該齡期即為等效齡期，見(jiàn)式(8)：

將等效齡期帶入雙曲線式水化放熱模型中，就得到了基于等效齡期的水化放熱模型，見(jiàn)式(9)：

(3)膠凝材料協(xié)同固鉛機(jī)理研究：按照(2)所述方法制備凈漿試樣，采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，利用XRD和SEM對(duì)膠凝材料的水化機(jī)理進(jìn)行分析。

表1 水化放熱計(jì)算方法匯總

2 試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)過(guò)程

以進(jìn)藏鐵路拉林線雅魯藏布江大橋?yàn)楣こ桃劳?，?duì)與實(shí)橋同尺寸的管徑1.6 m的鋼管混凝土構(gòu)件，采用廣西大學(xué)恒溫試驗(yàn)箱對(duì)其進(jìn)行從混凝土低溫灌注至成型的全過(guò)程溫度變化進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)，其中管內(nèi)混凝土采用C60號(hào)無(wú)收縮高強(qiáng)混凝土,其配合比見(jiàn)表2。為研究青藏高原地區(qū)的低溫環(huán)境條件對(duì)管內(nèi)混凝土水化放熱狀況的影響，將空鋼管事先置于大型溫度試驗(yàn)箱內(nèi)，混凝土灌注前對(duì)溫度箱溫度調(diào)至0 ℃進(jìn)行預(yù)冷以模擬灌注時(shí)刻較低的環(huán)境溫度，灌注過(guò)程見(jiàn)圖1，其中混凝土入倉(cāng)溫度約為30 ℃。采用無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)管內(nèi)混凝土及溫度箱內(nèi)環(huán)境溫度情況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)見(jiàn)圖2，溫度測(cè)量采用熱敏電阻式溫度傳感器，應(yīng)變采用基康振弦應(yīng)變計(jì)，溫度及應(yīng)變采集系統(tǒng)采用基康無(wú)線采集系統(tǒng)進(jìn)行采集，采集頻率為10分鐘。混凝土內(nèi)部測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖3，其中2號(hào)測(cè)點(diǎn)布置橫向內(nèi)埋式振弦應(yīng)變計(jì)，4號(hào)測(cè)點(diǎn)布置縱向內(nèi)埋式振弦應(yīng)變計(jì)以監(jiān)測(cè)管內(nèi)混凝土水化過(guò)程中的應(yīng)變情況。

表2 混凝土配合比

圖1 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

圖2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

圖3 測(cè)點(diǎn)布置

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

本實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度采用廣西大學(xué)恒溫試驗(yàn)箱控制恒定為0 ℃，故水化放熱過(guò)程中內(nèi)部測(cè)點(diǎn)溫度分布情況可用1～4號(hào)測(cè)點(diǎn)溫度時(shí)程變化曲線進(jìn)行描述。圖4為混凝土灌注完畢后1～4號(hào)測(cè)點(diǎn)10 d內(nèi)的溫度變化情況，混凝土截面核心溫度峰值發(fā)生時(shí)刻約為灌注完畢后17～21 h，該時(shí)間段內(nèi)核心測(cè)點(diǎn)溫度值基本保持穩(wěn)定，約73 ℃，此時(shí)截面溫差極值約為37 ℃。可以看到，最外側(cè)測(cè)點(diǎn)溫度表現(xiàn)為先迅速下降后迅速上升。

圖5為灌注完畢初始時(shí)刻內(nèi)部混凝土測(cè)點(diǎn)溫度變化情況，本試驗(yàn)所采用復(fù)合膠凝材料因膨脹劑及減水劑等外加劑的摻入，使得其在灌注完畢后存在約4 h的水化誘導(dǎo)期，因外部環(huán)境溫度遠(yuǎn)低于混凝土入倉(cāng)溫度，故灌注完畢初期最外側(cè)測(cè)點(diǎn)溫度迅速下降，至誘導(dǎo)期結(jié)束且該處水化放熱速率大于散熱速率時(shí)溫度開(kāi)始迅速上升。內(nèi)部測(cè)點(diǎn)溫度下降幅度較小，受誘導(dǎo)期和環(huán)境溫度的影響主要表現(xiàn)為2號(hào)測(cè)點(diǎn)溫度上升時(shí)刻較3號(hào)及4號(hào)測(cè)點(diǎn)晚約3 h。圖6為2號(hào)測(cè)點(diǎn)和4號(hào)測(cè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的徑向及縱向混凝土水化應(yīng)變時(shí)程曲線，可以看到，應(yīng)變時(shí)程變化規(guī)律與溫度時(shí)程變化基本一致，表現(xiàn)出先迅速上升后迅速下降。其中灌注初始階段受混凝土誘導(dǎo)期的影響表現(xiàn)為先下降再上升?？梢钥吹焦軆?nèi)混凝土縱向最大應(yīng)變遠(yuǎn)大于徑向應(yīng)變，但混凝土水化放熱基本完畢后縱向殘余應(yīng)變較徑向小，且二者均存在殘余應(yīng)變，表明混凝土處于膨脹狀態(tài)。該結(jié)果表明，鋼管混凝土拱橋混凝土灌注完畢后將產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)力，該橋型合龍溫度取值應(yīng)以其殘余內(nèi)力值反算獲得。

圖4 各測(cè)點(diǎn)溫度時(shí)程曲線

圖5 早期水化溫度變化

圖6 各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變時(shí)程曲線

3 水化溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果分析

針對(duì)鋼管混凝土拱肋混凝土灌注完畢后管內(nèi)混凝土水化放熱規(guī)律進(jìn)行有限元數(shù)值模擬分析。本文研究對(duì)象為1.6 m大管徑鋼管混凝土構(gòu)件，由上述試驗(yàn)結(jié)果分析可知，水化放熱過(guò)程中混凝土內(nèi)部溫度差異較大。采用有限元計(jì)算時(shí)主要分為以下2種方案：方案1：計(jì)算過(guò)程中采用傳統(tǒng)雙曲線式水化計(jì)算模型的影響，僅考慮齡期的影響；方案2：計(jì)算過(guò)程中計(jì)入混凝土等效齡期，即同時(shí)考慮溫度和齡期對(duì)管內(nèi)混凝土水化放熱的影響。以1，4號(hào)測(cè)點(diǎn)為例，溫度時(shí)程計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖7。可以看到，方案2各測(cè)點(diǎn)溫度峰值均大于方案1，且升溫速率更快。由于有限元計(jì)算過(guò)程中未能考慮外加劑對(duì)于混凝土水化放熱誘導(dǎo)期的影響，故而在初始階段外側(cè)測(cè)點(diǎn)與實(shí)測(cè)值有一定的差異。由計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值對(duì)比可知考慮等效齡期的水化放熱模型能夠較好的反映鋼管混凝土內(nèi)部混凝土水化放熱規(guī)律。

4 水化溫度效應(yīng)計(jì)算分析

4.1 彈性模量計(jì)算

在計(jì)算鋼管混凝土結(jié)構(gòu)由于水化溫度場(chǎng)引起的溫度效應(yīng)時(shí)，必須考慮彈性模量與混凝土水化齡期的關(guān)系才能得到較為精確的水化溫度效應(yīng)值。當(dāng)前對(duì)于混凝土彈性模量與材齡關(guān)系的描述主要有指數(shù)式、復(fù)合指數(shù)式、雙曲線式以及對(duì)數(shù)式，復(fù)合指數(shù)式模型較其他模型而言具有較高的計(jì)算精 度[15]，見(jiàn)式(10)：

其中：a，b為參數(shù)，其取值為a=-0.806 5；b=0.609 2。

復(fù)合指數(shù)式彈性模量預(yù)測(cè)公式適用于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)溫度(20 ℃)下的彈性模量的預(yù)測(cè)，而混凝土強(qiáng)度及彈性模量的發(fā)展受溫度影響較大。故本文引入等效齡期概念，將管內(nèi)不同位置處的混凝土實(shí)際齡期轉(zhuǎn)化為20 ℃下的等效齡期，將計(jì)算所得等效齡期代入式(10)中，即得管內(nèi)不同位置處彈性模量的預(yù)測(cè)公式，見(jiàn)式(11)

圖8為根據(jù)混凝土澆筑完畢后各測(cè)點(diǎn)溫度時(shí)程變化計(jì)算所得的各測(cè)點(diǎn)實(shí)際齡期與其所對(duì)應(yīng)等效齡期的變化情況，其中參考溫度取20 ℃。等效齡期為混凝土內(nèi)部各測(cè)點(diǎn)在齡期和溫度雙重影響下的實(shí)際齡期換算為在20 ℃標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)溫度下所對(duì)應(yīng)的齡期。圖中可以看到，同一實(shí)際齡期下，越接近截面核心其所對(duì)應(yīng)的等效齡期越大，表明該部分混凝土成熟度越高。其中1號(hào)測(cè)點(diǎn)在后期等效齡期低于實(shí)際齡期，主要是因?yàn)槠涫芡獠康蜏赜绊戄^大，溫度較低情況使得混凝土性能發(fā)展較慢。

圖9 彈性模量發(fā)展

圖9為各測(cè)點(diǎn)考慮溫度和齡期影響的彈性模量與未考慮溫度影響的彈性模量隨時(shí)間變化對(duì)比。圖中可以看到，混凝土內(nèi)部各測(cè)點(diǎn)在水化開(kāi)始后彈性模量受溫度影響上升速度遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的彈性模量發(fā)展，該規(guī)律越接近核心越明顯。其中，在水化后期，1號(hào)測(cè)點(diǎn)的彈性模量的發(fā)展低于標(biāo)養(yǎng)條件下的彈模發(fā)展。在10 d后各測(cè)點(diǎn)彈性模量的發(fā)展趨于最終值。從混凝土等效齡期與彈性模量發(fā)展可以看到，溫度對(duì)大管徑鋼管混凝土水化放熱及混凝土力學(xué)性能發(fā)展的影響不可忽視，尤其低溫灌注條件下。

4.2 計(jì)算結(jié)果分析

圖10(b)可以看到，管內(nèi)混凝土各測(cè)點(diǎn)的環(huán)向應(yīng)力亦呈現(xiàn)時(shí)程變化狀態(tài)。由計(jì)算結(jié)果可知，鋼管混凝土水化放熱階段截面外部測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生拉應(yīng)力，靠近內(nèi)部測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生壓應(yīng)力。主要因?yàn)閮?nèi)部混凝土受熱膨脹，且靠近內(nèi)部的混凝土溫度更高從而在外側(cè)混凝土徑向產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，其拉應(yīng)力影響深度約為0.3 m，見(jiàn)圖11。各測(cè)點(diǎn)拉壓應(yīng)力均表現(xiàn)為考慮等效齡期大于未考慮等效齡期的計(jì)算值，且發(fā)生峰值時(shí)刻較水化溫度峰值時(shí)刻晚約5 h，集中于降溫初始時(shí)刻。有限元計(jì)算過(guò)程中未能考慮膨脹劑的影響，隨著水化放熱速率低于各測(cè)點(diǎn)散熱率時(shí)，各測(cè)點(diǎn)處徑向與環(huán)向的拉壓應(yīng)力逐漸減小，趨于0。

圖11 環(huán)向應(yīng)力沿直徑變化

圖12為混凝土水化放熱過(guò)程中鋼管徑向與環(huán)向應(yīng)力隨齡期的時(shí)程變化情況。由計(jì)算結(jié)果可知，因鋼管溫度變化過(guò)程中徑向處于無(wú)約束狀態(tài)，故而其應(yīng)力變化較小，基本為0。環(huán)向產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，其中拉應(yīng)力峰值約為19.3 MPa，隨著溫度的降低逐漸趨于0。由計(jì)算結(jié)果可知，二者計(jì)算結(jié)果對(duì)于鋼管的應(yīng)力情況而言基本一致。

圖12 鋼管溫度應(yīng)力

5 結(jié)論

1) 由于誘導(dǎo)期的存在，使得其水化放熱不會(huì)立即開(kāi)始，截面最外緣混凝土溫度表現(xiàn)為先下降直至水化開(kāi)始且放熱速率大于散熱速率時(shí)迅速上升。

2)管內(nèi)混凝土徑向與環(huán)向應(yīng)變實(shí)測(cè)值表明，應(yīng)變與水化放熱同步，溫度峰值時(shí)刻應(yīng)變同時(shí)達(dá)到極值。由于膨脹劑的摻加，水化放熱結(jié)束后徑向與環(huán)向均存在較大的殘余應(yīng)變，殘余應(yīng)變?yōu)檎当砻鞴軆?nèi)混凝土處于膨脹狀態(tài)。拱肋混凝土灌注完畢后將產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)力，合龍溫度的計(jì)算應(yīng)以該內(nèi)力值反算求得。

3)在鋼管混凝土水化放熱計(jì)算中應(yīng)引入等效齡期概念，考慮溫度對(duì)水化的影響。管內(nèi)混凝土各部分溫差最大達(dá)30 ℃，且外部環(huán)境溫度較低，對(duì)管內(nèi)各部分混凝土彈性模量的發(fā)展影響極大。外側(cè)混凝土彈性模量由于受外側(cè)低溫的影響在后期發(fā)展較慢，但全截面約10d后各部分均趨于一致。

4)管內(nèi)混凝土各測(cè)點(diǎn)徑向與環(huán)向應(yīng)力隨實(shí)際齡期變化的時(shí)程曲線表明，考慮溫度和齡期共同影響的截面溫度效應(yīng)均大于僅考慮齡期的溫度效應(yīng)。水化過(guò)程中，混凝土徑向表現(xiàn)為壓應(yīng)力，且由核心向邊緣逐漸降低?；炷镰h(huán)向表現(xiàn)為內(nèi)部為壓應(yīng)力而外部為拉應(yīng)力，且最大拉應(yīng)力達(dá)3 MPa，極有可能造成混凝土開(kāi)裂問(wèn)題的發(fā)生。對(duì)于鋼管而言，水化過(guò)程中徑向應(yīng)力幾乎為0 MPa，環(huán)向應(yīng)力最大可達(dá)19 MPa。

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Experimental study on hydration thermal stress of concrete-filled steel tube at low temperature

ZHOU Dawei1, DENG Nianchun1, 2, 3, GUO Xiao1, 2

(1. College of Civil Engineering and Architecture, Guangxi University, Nanning 530004, China;2. Guangxi Key Laboratory of Disaster Prevention and Structural Safety, Nanning 530004, China; 3. Guangxi Road and Bridge Engineering Group Co., Ltd., Nanning 530004, China)

In order to study the distribution and effect of hydration and exothermic temperature of concrete-filled steel tubular arch rib under low temperature environment in Qinghai Tibet Plateau, taking the Yarlung Zangbo River Bridge as the background, the temperature field of CFST members of the same size as the real bridge was monitored and tested. The equivalent age was introduced to study the law of heat release, the change of strain time history, the distribution of hydration temperature of concrete in the pipe and the calculation method of temperature effect. The results show that the concrete with admixtures has a hydration induction period of about 4 hours, which has a great influence on the change of concrete temperature and stress. The concrete has a large residualstrain in the longitudinal and radial direction after hydration, which has a great influence on closure temperature. The hyperbolic hydration exothermic model with equivalent age can better reflect the hydration temperature distribution of CFST. The increase of hydration temperature accelerates the development of the mechanical properties of concrete in the pipe, which makes the concrete in the pipe produce larger radial and circumferential stress. The influence of temperature on the mechanical properties of concrete should be included in the calculation of hydration temperature effect. The control of hydration temperature stress should focus on the initial stage of cooling.

concrete filled steel tube; equivalent age; the hydration heat; radial stress; hoop stress

U24

A

1672 - 7029(2020)11 - 2807 - 09

2020-01-02

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51868006，51878186，51738004)；中國(guó)鐵路總公司科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃課題(2017G006-B)；廣西自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2018GXNSFAA138067)；廣西高等學(xué)校高水平創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)及卓越學(xué)者計(jì)劃項(xiàng)目(桂教人〔2018〕35號(hào))

鄧年春(1975-)，男，湖南永州人，教授，從事大跨度橋梁施工成套技術(shù)研究；E-mail：dengnch@gxu.edu.cn

10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20200005

(編輯 涂鵬)