混凝土薄壁空心墩温度场试验研究

摘要：本文以桥墩为背景，重点研究空心薄壁墩浇筑过程中，水泥水化放出大量水化热、内外温差超过一定数值产生温度裂缝，不仅降低桥墩承载力、同时影响混凝土的耐久性，给建筑带来安全隐患，本次对实验数据与计算结果做对比分析，对混凝土薄壁空心桥墩温度场的分布情况进一步的研究。

关键词：空心薄壁墩，水化热，温度场，有限元

中图分类号：TU375 文献标识码：A

引言

随着我国交通行业的快速发展，我国桥梁、高铁已进入了一个大发展期，大量的空心桥墩应用于桥梁高铁中，这种桥墩都有一个共同的特征就是桥墩高而且大，属于大体积混凝土研究的范畴。

一、大体检混凝土温度裂缝产生原因

水泥水化速度逐渐降低而混凝土不断散热，大体积混凝土开始降温。温度降低，体积开始收缩变形。由于混凝土内部向外散热较慢，混凝土中心温度与表面温度仍存在差异，如果差值超过一定数值，表面也会产生温度裂缝。考虑到混凝土边界条件与地基的影响，混凝土的收缩受到约束。但由于龄期增长，混凝土强度增大，弹性模量变大，徐变影响变小。

二、ANSYS有限元分析

（一）有限元模型的建立

对于混凝土薄壁空心墩温度场的温度场和温度应力的变化，混凝土快的几何尺寸为长*宽*高为8.5m*4.5m*7.75m。外界温度取30.5°c

材料为混凝土，材料的属性：密度为2500kg/m³，比热为925J/(kg·℃),热传导系数为3.3W/(m·℃)。

（二）网格划分

根据给定尺寸建立空心薄壁墩模型，桥墩外部尺寸长*宽*高为8.5m*4.5m*7.75m

大体积混凝土空心薄壁墩一次浇筑6米高，选取距离承台20米高的位置进行测试。利用ansys进行分析时，可以认为桥墩高度方向上无限长。

（三）温度变化曲线

桥墩分为东西四个面，混凝土中心部位与表面温差影响较为明显，但是各个部位的温度都是同步升高降低的，现在选取薄壁空心墩四个面的中心位置进行对比研究。混凝土浇筑后48小时拆模，水泥采用普通硅酸盐水泥，浇筑温度为30.5℃，因为薄壁空心墩的混凝土的厚度不是特别大，所以桥墩四个面的中间部位温度变化不是特别明显，如下图2.3所示：

图2.3 168小时后代表节点温度变化对比曲线

从选取的各节点温度变化曲线的对比图可知，浇筑体的温度变化总体趋势是升温较快而降温缓慢，空心薄壁墩表面在拆模后与外界直接接触，降温较快，桥墩内部通过热传导作用，降温较慢，越接近桥墩中心的部分温度降低越慢，在大约1天均是升温过程，之后开始缓慢降温，而中心部位由于水化生热的作用强于热传导降温作用，温度仍在增高，虽然升温幅度明显降低，但是仍与桥墩表面存在较大温差。

（四）温度场分布云图

图2.4 七天后温度场分布云图

（五）温度曲线的分析

图2.5.薄壁空心墩内部各点内外温差曲线图

混凝土水泥水化热引起混凝土内的最高温度与外界温度之差是否大于25°C，是判断是不是大体积混凝土的一个很重要的条件，当温差大于25°C时，混凝土极易产生裂缝，由于薄壁空心桥墩的壁不是特别厚，内外温差不是特别明显，所以温差几乎重合。

三、结束语

为了降低水化热产生的温度应力影响,可适当控制混凝土浇筑的初始温度；施工期间采用合理的施工工艺，如间歇性施工，分层浇筑，利于混凝土散热；适当延长拆模时间，使混凝土内部温度与表面温度保持较小的温差，可以降低温度应力；由于混凝土体积较大，中心部分散热困难，所以水化升温时间长，即使延长拆模时间，拆模后靠近表面的内部混凝土降温仍远远快于中心部位，中心部位若仅靠热传导降温，速度缓慢，效果不明显，建议采取在混凝土中埋设降温水管等措施，在混凝土硬化期间通过人工主动降温。

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，1999.

[2]袁勇.混凝土结构早期裂缝控制[M].北京：科学出版社,2004.

[3]富文权，韩素芳.混凝土工程裂缝分析与控制[M].北京：中国铁道出版社,2002.

[4]黄君宝.大体积混凝土温度场应力场仿真方法研究[D].中国优秀硕士学位论文全文数据库2005 ,2.

作者简介：徐德刚，男，汉族， 籍贯天津市，（1977—），天津滨海新区投资控股有限公司助理工程师。主要从事道桥方面的研究。