大体积承台水化热温度监测及数值分析

曹少辉，谢 勇

(贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司)

1 工程概述

天桥特大桥位于毕节至威宁第七合同段，左幅全长为881.640m，右幅为901.640m。桥型布置左右幅均为106+200+106m预应力砼箱形梁连续刚构。主墩为左9#、左10#和右9#、右10#，主墩下部构造为等截面空心薄壁墩与变截面空心薄壁墩，基础为16根Ф2.5m的群桩上接承台，承台为23.6m×20.6m×6m，单个承台的混凝土方量为2916.96m3，混凝土标号为C30混凝土。

2 模型的建立

2.1 计算参数的选取

(1)混凝土的入模温度对水化热的影响。

承台水泥用量为241kg/m3，给出三种不同的入模温度10℃、20℃、30℃，研究对承台混凝土绝热升温的影响。达到绝热最高温度的时间越长，且绝热温度值偏大，则混凝土入模温度越低，反之则混凝土入模温度越高。

(2)大气温度对水化热的影响。

对承台混凝土内外温差的影响分析采用三种不同的固定外界温度，如10℃、15℃、20℃。从图1中可以看出，温度越高，混凝土内外温差越小，但降温速度相对较慢。

(3)冷却管内的水温对水化热的影响。

对承台内部5号测点进行分析，不考虑冷却水管和考虑冷却水为10℃、20℃、30℃时的情况。从图2中可以得知在不考虑冷却管的作用下，最高温度可达57.9℃，且降温速度非常慢;三种不同冷却水的内部最高温差达2.7℃，对承台内部温度的影响比较明显。

图1 三种不同外界温度的作用曲线

经过最终优化出的承台混凝土配合比:水∶水泥∶粉煤灰∶砂∶小碎石∶大碎石∶外加剂=155∶241∶104∶878∶429∶643∶3.1。

2.2 有限元模型建立

由于承台长度为20.6m，宽23.6m，高6m，属对称结构，建模分析时可取承台的1/4。模型采用实体单元，共4548个。

图2 三种不同冷却水温下的作用曲线

2.3 温度场计算结果

通过理论计算，得出承台结构混凝土5#测点位置浇筑完后60h达到最高温度为52.4℃。

3 水化热温度场测试

3.1 测试元件布置

温度监测点的布置原则是:真实反映混凝土的内外温差、环境温度和降温速度。考虑承台为对称结构，根据模型计算结果，选取结构的中心截面作为测试对象，在中心截面内布置测点，共布置温度测点21个，截面测点布置如图5。测试元件采用半导体类电压型的JMT-36B型温度传感器，其灵敏度0.1℃，精度±1℃，测量范围-20～110℃，线性误差为0.5℃。

图3 温度测试元件布置图

3.2 测试方法

故根据承台混凝土的水化热放热时间而采取不同的测试频率。在浇注完成后的72h内，每2h进行一次温度采集;待混凝土温升到最大值后，将监测时间改为每4h采集一次;等混凝土温度下降均匀后，可每12h采集一次。当大体积混凝土中心温度与外界温差小于25℃时停止测温。

3.3 温度场测试结果

通过实测得到了大量测试数据，将各层温度测点的温度绘制成曲线图(见图4～6)，以及将中心测点温度与靠近两侧模板的测点温度曲线进行比较(见图7)。

图4 第一层温度测点温度曲线

图5 第二层温度测点温度曲线

承台水化热温度在混凝土浇筑完后迅速升高。第一层5#测点温度最高为52.2℃出现在混凝土浇筑完后70h，第二层8#测点温度最高为51.0℃出现在混凝土浇筑完后40 h，第三层16#测点温度最高为51.3℃出现在混凝土浇筑完后46h。混凝土表面温度与中心温度相差17.6℃。

3.4 实测与计算对比分析

本文选取结构承台内部混凝土最高温度6#测点进行分析，通过对比曲线可以看出，实测最高温度52.2℃出现在混凝土浇筑后60h，计算最高温度52.4℃出现在混凝土浇筑后56h，实测温度曲线与计算温度曲线的发展趋势相同，表明实测与仿真计算结果吻合较好。

图6 第三层温度测点温度曲线

图7 内部与靠近模板处混凝土的温差曲线

图8 承台6#测点计算值与实测值结果的对比曲线

4 结论

本文通过对天桥特大桥承台的数值计算和实测得到以下结论:

(1)数值计算结果为50.2℃，而现场实测最高温度为50.7℃，可知数值计算能较好的预测承台水化热的实际发展规律。

(2)通过参数敏感性分析表明在承台施工中应优化混凝土配合比、掺配适量粉煤灰等措施来减少水泥用量，采用冷却管来降低水化热温度，采取合适的出机温度来延长绝热升温的时间，可有效的防止承台温度裂缝的产生。

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