PC箱梁桥水化热温度控制跟踪分析及裂缝预测

杨爱民YANG Ai-min；邬晓光WU Xiao-guang；丁一DING Yi

（①长安大学，西安710064；②邢台市邢衡高速公路管理处，邢台054000）

1 工程背景

老漳河特大桥为河北省邢台市境内邢衡高速上跨越老漳河的一座特大桥梁，该桥全长1504m，上部结构采用装配式预应力混凝土连续箱梁和预应力混凝土变截面连续箱梁，箱梁0号块和1号块段的长度分别为10m和4m，底板宽为7m，底板厚度由0.7m和1.1m，箱梁混凝土设计强度为50MPa[1]。对0号块和1号块进行混凝土水化热监测，防止在后期悬臂施工中产生由水化热温度而引起的裂缝。

2 水化热温度监测

2.1 测点布置 温度测点的布置取混凝土梁0号块代表性截面，并且遵守水化热发生在截面最厚处的原则，布置在0号块中间位置，监测箱梁内部混凝土水化热温度，由于其对称性，共设置9个测点，同时从测点向外延伸至表面深度1cm处设置参考测点，监测桥梁箱梁表面温度，共9个参考点。共设测点数为18个。测点分布见图1（参考点未标出）。

图1 0号块测点布置图

2.2 测温方法 温度传感器采用WRN型分度号K热电偶温度计，测温范围：-50～400℃，测温精度：0.75%±2.5℃。测试仪器采用TES-1310数字式温度表，解析度为0.1℃，温度测量范围：-50℃～199.9℃，温度测量精度：±（0.3%＋1℃）。

3 有限元软件仿真模拟对比分析

3.1 箱梁内部混凝土水化热温度 根据温度测试结果，可以得到混凝土内部水化热[2]温度曲线，如图2。图中我们可以看出内部混凝土水化热温度经历了上升和下降阶段，并且上升较快，而下降较慢混凝土浇注后此空间内空气的温度较高，箱梁外大气温度影响较小，散热慢而造成的。浇筑后40个小时后，出现最高温度，其最高温度可达到62.1℃。

3.2 箱梁表面混凝土水化热温度 箱梁表面混凝土水化热温度[3][4]（图3）实测的混凝土表面温度曲线具有与图2中相同的变化，但有明显不同之点。

图2 截面2内部水化热温度时程曲线

①在混凝土表面由于水化热引起的最高温度实测值处于35.69～42.50℃之间，因此，低于混凝土内部的温度；

②混凝土浇筑后约16h，底边混凝土表面就能达到最高问题，而内部水化热温度要在浇注混凝土后约40h才能达到最高值。

浇注混凝土40h后，表面混凝土水化热温度出现最高值，最高可以达到42.5℃，小于内部混凝土水化热温度。

图3 箱梁表面混凝土水化热温度示意图

3.3 有限元水化热模型计算结果与实测数据对比分析 由于本桥的0号块和一号块具有双轴对城乡，我们在进行模拟分析的时候取结构的1/4进行模拟。

箱梁底板混凝土内部和表面最高温度并不同时达到，并且两者温度曲线下降段的形式也不完全一样。因此，最大温差并不是简单的用最高温度相减获得的。在整个水化热冷却过程中温度变化幅度大，5号和6号测点温度由峰值时的60℃～62℃到最低温度21℃～23℃，温降达40℃温降速度快，尤其在降温过程中的第一和第三阶段。由于环境温度与混凝土内部温度差值也可能最大达到40℃，因此，拆模是可能出现“温度冲击”[5]现象，造成箱梁端部是容易产生温度裂缝的。

由图4可以看出曲线实测值与理论值基本一致，结构的最高温升、及降温速度均与理论值基本上是一致的，理论值总体上略微偏高，表明参数选取较为合理，能够指导施工。

根据图5应力分析结果可以看出，应力峰值与温度峰值并没有在同一时间点上出现，而应力峰值却是在混凝土内部和表面温度差最大的时候出现的。顶板浇筑完成水化热温度达到峰值时，上表面与横隔板及腹板横隔板间应力较大。说明有限元软件MIDAS/FEA能够较为正确的模拟大跨度PC箱梁桥施工过程中的水化热温度场，同时也验证了水化热温度场跟踪监测的准确性。

4 PC箱梁桥水化热温度裂缝预测与防裂措施

通过大型有限元软件MIDAS/FEA仿真分析，模拟大跨度PC箱梁桥施工过程中的水化热温度场。通过预测分析，针对温差过大，温度应力集中等可能出现裂缝的薄弱环节制定具体可行的防裂措施。

防裂对策有：

①采取冷却水搅拌法降低混凝土入模温度；

②混凝土浇筑结束后，加强养护；

③控制拆模时间；

④控制拆模顺序，在规定的容许温差内拆端木模，并且要及时进行保温保湿养护；

⑤适当增加预测分析中薄弱位置的防裂钢筋。

图4 理论值与实测值比较

图5 60h时0号块应力图

5 结论

①依托实际工程，跟踪监测0号块及1号块水化热温度场，并与有限元仿真软件MIDAS/FEA相互验证其正确性。

②有限元仿真软件MIDAS/FEA可以正确的模拟PC箱梁桥水化热温度场，并预测水化热温度场引起的裂缝。

③通过有限元软件MIDAS/FEA仿真对水化热温度场引起的裂缝预测，制定合理的防裂对策。

④该成果对河北该地区大跨度箱梁桥施工具有一定的参考价值。

[1]阮静，叶见曙，谢发祥等.高强度混凝土水化热研究[J].东南大学学报，2001，31(3):53-46.

[2]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.

[3]张亮亮，陈天地，袁政强.桥墩混凝土的水化热温度分析[J].公路，2007(9):66-69.

[4]赵文觉，赵维汉.大体积混凝土水化热的控制方法及效果[J].公路，2007(2):131-133.

[5]刘兴法.混凝土结构的温度应力分析[M].北京:人民交通出版社，1991.