西溪河特大橋鋼管混凝土拱肋水化熱溫度場分析

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1、鐵道建筑36RailwayEngineering文章編號：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：鋼管壁厚對水化熱過程溫度影響較小，可以忽略不計；鋼管直徑對其溫度影響顯著，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刻相對滯后，直徑每增加200mm，溫度峰值時刻滯后約2．5h。關(guān)鍵詞：橋梁施工鋼管混凝土水化熱溫度場參數(shù)敏感性數(shù)值分析中圖分類號：U448．222文獻(xiàn)標(biāo)識碼：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?昆凝土提籃會產(chǎn)生溫度應(yīng)力，嚴(yán)重時會導(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，在拱肋的全長上均為等截面。拱肋截面時可能導(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并對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、含鋼率對鋼管混凝土水化熱溫度場的影響。為了準(zhǔn)確地研究鋼管混凝土水化熱溫度場的分布圖1拱肋截面示意(單位：(3m)規(guī)律，本文以實際工程為依托，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、鋼管直徑對鋼管混凝土水化熱溫度場的影響。2計算理論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對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)早

5、新建鐵路成都至貴陽線樂山至貴陽段西溪河特大期的溫度產(chǎn)生影響。在以往研究中，對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。本文計算模型選用復(fù)基金項目：住建部科學(xué)技術(shù)項目(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。項目(13JCYBJC19600)作者簡介：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分析37式中：Q(t)為時間t時混凝土水化熱，kJ／kg；Q。為

6、混凝土最終水化熱，kJ／kg；a，b為計算參數(shù)，對于42．5級普通硅酸鹽水泥取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)來表示。OT一a￡：=一fI一+粵一+一1l+Q(‘2￡)Jp＼aayOz，cp圖2各測點溫度隨時間變化曲線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。同時隨著混凝土位時間產(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的溫度作直徑分析其