論文導讀：早期混凝土溫度應力的產(chǎn)生主要受水泥類型和用量、澆筑溫度、環(huán)境條件、混凝土材料特性、混凝土齡期、結(jié)構(gòu)類型、順序和約束條件以及徐變收縮特性等因素的影響。本文采用MIDAS/Civil有限元分析軟件分析梁濟運河大橋中混凝土的溫度場和溫度應力。
1.混凝土內(nèi)部溫度變化規(guī)律
混凝土結(jié)構(gòu)裂縫并非由于其承載能力不足，而是因為混凝土材料在環(huán)境溫度變化的影響下產(chǎn)生非荷載應力而引起的。早期混凝土溫度應力的產(chǎn)生主要受水泥類型和用量、澆筑溫度、環(huán)境條件、混凝土材料特性、混凝土齡期、結(jié)構(gòu)類型、順序和約束條件以及徐變收縮特性等因素的影響。
2.工程概況
根據(jù)梁濟運河大橋的地質(zhì)情況，橋梁上部結(jié)構(gòu)主橋采用大跨徑預應力混凝土半剛構(gòu)連續(xù)箱梁，引橋采用預應力混凝土簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)：孔徑為5×30+60+100+60+5×30米，下部構(gòu)造主橋采用雙薄壁橋墩，引橋采用柱式橋墩、肋式橋臺和鉆孔樁基礎(chǔ)，橋梁全長527米。主橋上部形式為預應力混凝土半剛構(gòu)連續(xù)箱形梁，其橋孔布置為60+100+60米。橫斷面為兩幅分離的單箱單室斷面，單幅箱梁全寬13.5米，橋面橫坡由箱梁頂板自傾形成�？萍颊撐�。箱梁縱向為變截面；主橋橋墩頂箱梁梁高5.00米，跨中及邊跨支點箱梁梁高2.5米。主梁混凝土應采用不小于525號硅酸鹽水泥。主梁混凝土應采用較小水灰比，并嚴格控制水泥用量以減小混凝土的收縮。設(shè)計中采用混凝土容重2.6噸/立方米。
3.溫度場的數(shù)值模擬
隨著計算力學、計算數(shù)學、工程管理特別是信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)日趨成熟。本文采用MIDAS/Civil有限元分析軟件分析梁濟運河大橋中混凝土的溫度場和溫度應力。
3.1建模
根據(jù)工程概況，使用FX+建立模型并劃分網(wǎng)格，再導入midas/civil進行有限元分析。FX+是專為土木結(jié)構(gòu)細部分析而開發(fā)的有限元網(wǎng)格劃分程序，具有高級的曲面、實體仿真功能，可以方便直觀的建立幾何模型，并且自動劃分網(wǎng)格功能。科技論文。
3.2參數(shù)及邊界條件
在計算中，參數(shù)的取值至關(guān)重要，關(guān)系到最終的計算結(jié)果。需要的參數(shù)有混凝土的絕熱溫升參數(shù)θ、外界氣溫、表面放熱系數(shù)β、混凝土的比熱c、導熱系數(shù)λ、熱膨脹系數(shù)、泊松比等。
3.2.1參數(shù)選取
�。�1）表面放熱系數(shù)β
表面放熱系數(shù)β與固體本身的材料性質(zhì)無關(guān)，只與風速有關(guān)，一般情況下取β=11.63～23.26[W/(·℃)]，λ/β=0.1～0.2m
�。�2）混凝土的導熱系數(shù)λ[W/(m·℃)]
混凝土的導熱系數(shù)決定于混凝土各組分的特性。無實測資料時，可根據(jù)混凝土的各種組分的重量百分比，按加權(quán)平均的方法進行計算得到。
3.2.2邊界條件的確定
根據(jù)梁段實際施工情況，模擬實際對流和水化熱生成情況（忽略輻射影響），施加荷載，確定邊值條件。
3.3溫度模擬結(jié)果
一般連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁薄壁結(jié)構(gòu)在澆注初期達到最高溫度的時間比較快(僅一天左右)，從該項目中監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，測點的溫度的最高值基本出現(xiàn)在第20小時左右。科技論文。所以選擇第10小時，21小時，68小時的溫度等值進行比較。
分析可看出，掛籃施工內(nèi)側(cè)的溫度明顯高于掛籃施工外側(cè)的溫度，而且不管是掛籃施工外側(cè)還是施工內(nèi)側(cè)，腹板與頂板相交處的溫度最高，腹板與頂板相交處，在橫向上存在溫度梯度，此處容易產(chǎn)生較大的溫度應力。
綜上可得：
（1）從箱梁縱向來看，雖然沿梁長度方向每個截面溫度不同，但溫度分布規(guī)律基本一致。在靠近已澆筑混凝土的一側(cè)的溫度比外側(cè)的溫度要高很多，這是因為兩側(cè)的對流系數(shù)不同，導致了較大的溫差。這說明該箱梁混凝土表面散熱可以起到較大的作用。
�。�2）從箱梁橫截面來看，局部混凝土的內(nèi)部點的溫度都要比表面的溫度高的多。翼緣板與腹板交接處體積較大，溫度值比整個箱梁其他部位都要高，第三天時內(nèi)部中心溫度最高仍然有25度。而腹板、底板，翼緣板邊處厚度較小，溫度在澆筑初期上升較快，但受環(huán)境影響較大，散熱也較快，兩天基本就趨近于環(huán)境溫度。
�。�3）整體來看，該箱梁與其他大體積混凝土相比，體積相對較小，所以最高溫度值及溫升速率都要小。
4.測點溫度模擬數(shù)據(jù)與監(jiān)測數(shù)據(jù)對比
成熟度測定儀埋于掛籃內(nèi)側(cè)向內(nèi)90cm距離處位置，從實測水化熱溫度變化曲線均可知，混凝土內(nèi)部測點的曲線比較光滑，而邊緣點的溫度曲線波動較大，這說明內(nèi)部溫度在水化放熱情況下受外界影響比較小，而表面溫度由于對流受外界影響較大，將測點的模擬溫度值與實測值比較，各測點溫度變化趨勢基本一致。分析可看出對混凝土箱梁而言，局部體積越大，積蓄的熱量越不易傳遞，溫度差就越大，產(chǎn)生的溫度應力隨之升高。
5.小結(jié)
通過以上分析，可以看出Midas/civil模擬得到的預應力混凝土箱梁的溫度場的分布情況、大小及變化趨勢與一般大體積混凝土的溫度場有相似的規(guī)律，但由于其構(gòu)件的相對較小性和混凝土的高強性，又有與大體積混凝土的變化規(guī)律有相異性，其溫升階段較短，拉應力峰值出現(xiàn)較早。因此在預應力混凝土箱梁的設(shè)計、施工中，可以采用Midas/civil 軟件對其溫度場及溫度應力進行模擬，根據(jù)模擬得到的混凝土內(nèi)部的溫度、溫度應力分布的規(guī)律，確定重點防裂部位并選取合適的溫控方法、防止裂縫的產(chǎn)生。
參考文獻
[1]唐修生,李克亮,祝燁然.大摻量礦渣高性能混凝土絕熱溫升試驗研究[J].人民長江,2008,
39(3):75-77.
[2] 王繼宗,倪鴻光,何錦云,侯栓成.混凝土強度預測和模擬的智能化方法[J].土木工程學報,2003,36(10):24-29.
[3] 陳勇,葉雨清等.模型預測技術(shù)在橋梁健康監(jiān)測中的應用[J].浙江大學報, 2008,42(1):
157-163.
[4]邱凱.混凝土早期彈性模量變化規(guī)律試驗研[J].究試驗技術(shù)與試驗機,2007,(6):29-31.
[5]應宗權(quán),杜成斌,孫立國.基于隨機骨料數(shù)學模型的混凝土彈性模量預測[J].水力學報, 2007,38(8):933-937.
