西溪河特大橋鋼管混凝土拱肋水化熱溫度場(chǎng)分析

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1、鐵道建筑36RailwayEngineering文章編號(hào)：1003—1995(2016)02—0036—03西溪河特大橋鋼管混凝土拱肋水化熱溫度場(chǎng)分析李振標(biāo)(中鐵十八局集團(tuán)第二工程有限公司，河北唐山063000)摘要：運(yùn)用有限元軟件ANSYS對(duì)鋼管混凝土拱肋水化熱過程進(jìn)行模擬分析，得出混凝土水化熱過程的溫度變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上通過改變鋼管的壁厚以及直徑，分析了影向鋼管混凝土水化熱的參數(shù)。研究結(jié)果表明：鋼管壁厚對(duì)水化熱過程溫度影響較小，可以忽略不計(jì)；鋼管直徑對(duì)其溫度影響顯著，隨著直徑的增大，鋼管外表面和核心混凝土溫度都出現(xiàn)了不同程度的上升，對(duì)核心混凝土的溫度影響更為顯著；隨著

2、鋼管直徑的增加，核心混凝土的溫度峰值時(shí)刻相對(duì)滯后，直徑每增加200mm，溫度峰值時(shí)刻滯后約2．5h。關(guān)鍵詞：橋梁施工鋼管混凝土水化熱溫度場(chǎng)參數(shù)敏感性數(shù)值分析中圖分類號(hào)：U448．222文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10．3969／j．issn．1003—1995．2016．02．08在混凝土的水化熱作用下，結(jié)構(gòu)內(nèi)外形成的溫差橋主橋采用240m跨的上承式x型鋼管?昆凝土提籃會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。在鋼拱。拱圈由兩條拱肋與橫向連接系構(gòu)成，拱肋橫向內(nèi)管混凝土拱橋中，同樣存在這樣的問題。在混凝土灌傾7．5。，拱趾處中心距23．192ITI，拱頂拱肋中心距筑完成后，水化熱作

3、用致使混凝土溫度迅速升高，體積8．71m，主拱在其傾斜平面內(nèi)拱軸線為懸鏈線，拱軸系膨脹，由于鋼管的約束，在整個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生明顯的壓數(shù)m=2．2，矢跨比約1／4．364。拱肋高5．7m，寬應(yīng)力。隨著混凝土溫度達(dá)到峰值，內(nèi)部溫度逐漸下降，3．0m，每肋由4肢4,1100m／n×20mm鋼管構(gòu)成，其最終趨于環(huán)境溫度，此時(shí)鋼管內(nèi)部混凝土由于溫度降上、下弦各由兩肢鋼管與其間的兩塊20nlm厚鋼板聯(lián)低產(chǎn)生收縮變形，導(dǎo)致鋼管與混凝土粘結(jié)力下降，嚴(yán)重結(jié)呈啞鈴形，在拱肋的全長(zhǎng)上均為等截面。拱肋截面時(shí)可能導(dǎo)致鋼管混凝土邊界處的混凝土發(fā)生脫落。示意如圖1。文獻(xiàn)[1]運(yùn)用有限元軟件模擬分析了鋼管混

4、凝土拱橋在不同澆筑溫度下拱肋平面二維溫度場(chǎng)并對(duì)澆筑完成后的殘余溫度應(yīng)力進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[2]利用有限元軟件建立了鋼管混凝土水化熱階段的計(jì)算模型，模擬分析了混凝土澆筑完成后的鋼管混凝土截面溫度變化過程，在此基礎(chǔ)上研究了外界環(huán)境溫度、含鋼率對(duì)鋼管混凝土水化熱溫度場(chǎng)的影響。為了準(zhǔn)確地研究鋼管混凝土水化熱溫度場(chǎng)的分布圖1拱肋截面示意(單位：(3m)規(guī)律，本文以實(shí)際工程為依托，建立鋼管混凝土拱肋二維模型，在此基礎(chǔ)上，模擬分析了鋼管壁厚、鋼管直徑對(duì)鋼管混凝土水化熱溫度場(chǎng)的影響。2計(jì)算理論1工程概況混凝土導(dǎo)熱系數(shù)、鋼管的直徑以及壁厚、外界的溫度條件、水泥水化熱等因素都會(huì)對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)早

5、新建鐵路成都至貴陽(yáng)線樂山至貴陽(yáng)段西溪河特大期的溫度產(chǎn)生影響。在以往研究中，對(duì)于鋼管混凝土水化熱的描述有3種，即指數(shù)函數(shù)形式、復(fù)合指數(shù)函數(shù)收稿日期：2015—06—05；修回日期：2015—10-23形式以及雙曲線函數(shù)形式。本文計(jì)算模型選用復(fù)基金項(xiàng)目：住建部科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目(2015一K3—021)；天津市自然科學(xué)基金合指數(shù)函數(shù)形式，如式(1)所示。項(xiàng)目(13JCYBJC19600)作者簡(jiǎn)介：李振標(biāo)(1979一)，男，工程師。q(￡)=q。(1一e)(1)2016年第2期李振標(biāo)：西溪河特大橋鋼管混凝土拱肋水化熱溫度場(chǎng)分析37式中：Q(t)為時(shí)間t時(shí)混凝土水化熱，kJ／kg；Q。為

6、混凝土最終水化熱，kJ／kg；a，b為計(jì)算參數(shù)，對(duì)于42．5級(jí)普通硅酸鹽水泥取a=0．69，b=0．56。根據(jù)能量守恒定律，鋼管混凝土內(nèi)部溫度升高所吸收的熱量等于鋼管外表面吸收輻射、對(duì)流與內(nèi)部混凝土水化熱產(chǎn)生的熱量之和，通過微分方程式(2)，式(3)來(lái)表示。OT一a￡：=一fI一+粵一+一1l+Q(‘2￡)Jp＼aayOz，cp圖2各測(cè)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線Q=qW(3)式中：為混凝土溫度，℃；為混凝土導(dǎo)熱系數(shù)，兩條溫度曲線發(fā)現(xiàn)，兩者溫度變化趨勢(shì)相同，但鋼管外w／(m·K)；C為混凝土比熱容，J／(kg·K)；p為混凝土表面溫度明顯低于核心混凝土的溫度，最大溫差約密度，kg／

7、m；t為時(shí)間，S；Q為單位體積鋼管混凝土單22℃，呈現(xiàn)明顯的內(nèi)高外熱的規(guī)律。同時(shí)隨著混凝土位時(shí)間產(chǎn)生的熱量，J／(m·S)q為水泥水化熱生成水化熱的繼續(xù)進(jìn)行，兩者溫差逐漸縮小，最終在5d左速率，J／(kg·S)；W為單位體積混凝土水泥用量，右水化熱過程完成，鋼管混凝土整體溫度趨于穩(wěn)定與kg／m。外界環(huán)境溫度相同。3有限元模型的建立與結(jié)果分析4鋼管混凝土水化熱過程參數(shù)敏感性分析利用ANSYS軟件對(duì)西溪河大橋拱肋水化熱過程取前文所用模型，通過改變鋼管的厚度和鋼管的建立模型進(jìn)行分析，選取混凝土灌筑完成時(shí)的溫度作直徑分析其