（昆明市公路工程質量檢測中心有限公司，云南昆明 650000）

0.引言

伴隨著世界橋梁向大跨度的趨勢發(fā)展，大跨度橋梁的承臺也逐漸大規(guī)模使用大體積混凝土。在澆筑體積較大的混凝土構件時，混凝土產生水化熱，由于承臺的尺寸較大，混凝土內部的熱量沒有辦法快速的向外部散發(fā)出去，而混凝土表面的熱量散熱的較快，從而形成在混凝土內部的溫度梯度[1]。當大體積混凝土的內部與外部的溫度差值過大時，就時常會在混凝土的表面形成溫度裂縫，因此，為了能夠有效控制大體積混凝土承臺內部與外部的溫度差，通過將冷卻水管埋置于大體積混凝土承臺的內部，來減小大體積混凝土的內部溫度[2]。作者擬以金山特大橋的大體積混凝土承臺為研究對象，利用有限元軟件，建立實體模型，分別采用兩種完全不同的管冷布置方式，以尋找最優(yōu)的布置方式來減少混凝土產生溫度裂縫[3]。

1.工程概況

金山特大橋位于三臺縣。主橋為(115+125+115)m，橋型是預應力混凝土連續(xù)剛構橋梁，橋面寬16m，最大縱坡2.75%。承臺采用C50混凝土，其主墩承臺平面為長方形，厚8m，平面尺寸24m×24m。在開始澆筑大體積混凝土承臺時，便開始向冷卻水管內通入冷水，冷卻水管采用的是管徑為12mm的鑄鐵水管[4]。此橋梁承臺的管冷布置方案分別為矩形管冷、蛇形管冷。

2.建立有限元分析模型

2.1 計算模型

采用有限元軟件Midas/Gen，建立了橋梁承臺的實體模型。橋梁承臺的長度、寬度、高度分別為24m、24m、8m。取地基厚度為4m，且長度、寬度都比橋梁的承臺大20m。根據其結構的對稱性，本計算模型取整體模型的1/4來進行分析[5]。該模型共有2355個節(jié)點，1730個實體單元。最大絕熱升溫為65℃，對橋梁承臺在澆筑混凝土后的700h水化熱進行計算分析，冷卻水管作用于前70h。

2.2 熱力學參數設置

依照該工程施工過程中實際情況，本承臺混凝土的比熱為0.3kJ/(kg·℃)，熱傳導率取值為2.8kJ/(m·h·℃)[6]。地基的比熱取值為0.2kJ/(kg·℃)，熱傳導率取值為1.7kJ/(m·h·℃)?；炷恋沫h(huán)境溫度指的是在其澆筑后，養(yǎng)護過程中的周圍溫度[7]。根據該工程橋址的氣候條件因素綜合考慮，決定將混凝土的初始溫度與混凝土的外部環(huán)境溫度都取值為22℃。

3.模擬結果

3.1 溫度場

模型分析時間取10h,20h,30h,45h,60h,80h,100h,130h,170h,250h,350h,500h,700h。本承臺的實體模型計算了大體積混凝土在700h內的溫度場，最大絕熱升溫為68℃，冷卻水的初始溫度為16℃，記錄了承臺溫度的變化情況。分別選取承臺的兩點，分別為N998、N891兩個具有代表性的節(jié)點進行分析[8]。具體情況如下：

其中，如圖1、圖2所示，運用矩形管冷與蛇形管冷的最高升溫溫度粉分別為30.5℃、48℃。其中矩形管冷在降溫時具有一段緩沖時期，而蛇形管冷的降溫速度快，且承臺內外側在溫度最高時，溫差較大，相差最大為18℃。矩形管冷承臺溫度于180h后趨于穩(wěn)定，蛇形管冷在160h后，溫度趨于穩(wěn)定。

圖1 矩形管冷溫度

圖2 蛇形管冷溫度

3.2 應力場

混凝土的溫度應力是由于承臺內部結構的溫度發(fā)生變化時，受到內部與外部約束作用而產生的應力[9]。在大體積混凝土溫度應力的作用下，大體積混凝土承臺結構的開裂與混凝土的受力狀態(tài)均同時受混凝土主拉應力的方向和主拉應力的大小的影響[10]。

如圖3、圖4所示，采用蛇形管冷，混凝土出現(xiàn)了較大的應力，先出現(xiàn)了較大的壓應力，隨后又出現(xiàn)了較大的拉應力，最后在175h后趨于穩(wěn)定，其最大應力值為-600kN/m2，而采用矩形管冷，沒有出現(xiàn)較大的壓應力與拉應力，其最大應力值為-68kN/m2，同樣最終在175h后，趨于穩(wěn)定。

圖3 矩形管冷應力

圖4 蛇形管冷應力

4.結論

通過有限元軟件建模分析，對大體積混凝土承臺的水化熱進行了計算、對比、分析，得出了在兩種不同管冷布設方案下的大體積混凝土水化熱情況，其結論為，矩形管冷在溫度方面明顯優(yōu)于蛇形管冷，其最大溫度值較小，且降溫平緩，從應力值層面出發(fā)，矩形管冷的布置方案同樣優(yōu)于蛇形管冷的布置方案，矩形管冷對于應力值的控制情況也較好，因此，在實際的施工方案中，推薦采用矩形管冷進行降溫處理，以防止混凝土產生開裂現(xiàn)象。