预制混凝土箱梁水化热温度场数值分析.pdf
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1、2 0 1 5年第 9 期 9月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRE r E AND CEMENT PRODUCTS 2 0l 5 No 9 Se p t e mbe r 预制混凝土箱梁水化热温度场数值分析 张益 多 , 郭义全 , 张 国云 ( 1 江苏科技大学土木工程与建筑学院, 镇江 2 1 2 0 0 0 ; 2 中交第二航务工程局有限公司 , 武汉 4 3 0 0 4 0 ) 摘要 : 预制 箱梁混凝土水化热产 生的温度 裂缝问题是 目前 工程界 尚未完全解决的 问题。本文 以哈 大高铁预 应 力混凝土箱 粱的预制 工程为 背景 通过 A NS YS有 限元分
2、析软件 基 于三维非稳态 温度场理论对跨 度 3 2 m 顸制 箱梁 水化热温度场进行 有限元模拟 , 并将有限元分析结果 与现场 实测数据进行对比。 研 究结果表明, 采用数值分析的方法 可 以 较 为 真 实 地模 拟 混凝 土 水化 热 温度 场 。本 文 所 研 究 的成 果 可 为 大 型 混 凝 土 箱 梁预 制 过 程 的 温 度 监 控 、 防 止 温 度 裂缝产生提供 一定的理论依据 。 关键词 : 箱梁; 水化热 ; 温度场 ; 有限元 ; 数值分析 Ab s t r a c t : T h e h y d r a t i o n h e a t t e mp e r a
3、t u r e c r a c k p r o b l e m o f p r e c a s t b o x g i r d e r c o n c r e t e i s a n e n g i n e e r i n g p r o b l e m wh i c i h h a s n o t y e t b e e n c o mp l e t e l y s o l v e Ba s e d o n t h e p r e c a s t c o n s t r u c t i o n o f Ha r b i n - Da l i a n h i g h - s p e e d r
4、 a i l p r e s t r e s s e d c o n c r e t e b o x g i r d e r a n d t h e the o r y o f t h r e e - d i me n s i o n a l u n s t e a d y t e mp e r a t u r e f i e l d , t h e h y d r a t i o n h e a t t e mp e r a t u r e fi e l d o f p r e c a s t c o n c r e t e b o x g i r d e r s wi t h 3 2 m
5、s p a n i s s i mu l a t e d t h r o u 【 g h t h e ANS YS fi n i t e e l e me n t a n a l y s i s s o f t wa r e a n d t h e fi n i t e e l e me n t a n a l y s i s r e s u l t s a r e c o mp are d w i th t h e me a s u r e d d a t a T h e r e s u l t s s h o w t h a t u s i n g t h e me t h o d o f
6、 n u me r i c a l a n a l y s i s c a n b e mo r e r e a l i s t i c s i mu l a t i o n o f c o n c r e t e h y d r a t i o n h e a t t e mp e r a t u r e fi e l d , a n d t h i s a r t i c l e r e s e a r c h r e s u l t s c a n p r o v i d e a t h e o r e t i c a l b a s i s f o r l a r g e p r e
7、c a s t c o n c r e t e b o x g i r d e r t e mp e r a t u r e mo n i t o r i n g o f t h e p r o c e s s a n d p r e v e n t i n g t e mp e r a t u r e c r a c k s Ke y wo r d s :B o x g i rd e r ; Hy d r a t i o n h e a t ; T e mp e r a t u r e f i e l d ; F i n i t e e l e me n t ; Nu me ric a l
8、a n a l y s i s 中图 书 分 类 号 : TU5 2 8 7 9 文献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 01 5) 0 9 4 4 0 4 0前 言 混凝 土在凝结硬化 的过程 中会产 生大量 的水 化热 ,但 由于其导热性能较差, 从而导致热量不容 易散发而在混凝土中不断积蓄, 同时在外界环境温 度较低 的情况下 , 就会使混凝土构件 内外部温差过 大 。 由此 引 发 内部 变形 不 均 匀 , 并 导 致 混 凝 土 构 件 产生温度裂缝 , 给构件 的使用及安全带来隐患 。 针对 上 述 问 题 O z y i l d i
9、r i m 等【 】 基 于试 验 室 内和 预应力混凝土梁厂的对比试验 , 认为恰 当的温控措 施可避免混凝土产生温度裂缝 , 且能增强箱梁的早 期强度。 My e r s 和 C a r r a s q u i l l o 2 对箱梁截面的研究结 果表 明 , 如果混凝土的截面过于厚实 。 那么水化热 产 生 过 高 的 温度 会 对 混凝 土所 有 特 性 产 生 不 利 影 响。杨孟刚等f 3 1 通过现场采集数据 , 对秦沈客运专 线 2 4 m、 3 2 m箱梁高性能混凝土水化热放 热规律和 温度分布情况进行了研究 , 并提 出了降低水化热温 度 的措施 , 但对于箱梁温度场分布还
10、并没有进行 系 统 的研究 。 尽 管 国 内外 学 者 在 混凝 土 箱 梁 水 化 热 温 度 场 的研究方 面作了大量的工作 , 但是由于影响混凝土 基金项 目: 住建部科技计划项 目( 2 0 1 3 一 k 4 2 6 ) 。 一 4 4一 箱梁温度场的因素较多,造成 了研究工作上的很大 困难 , 仍存在 较多问题 没有很好 的解决 , 如混凝土 箱梁温度场的观i 见 0 、混凝土箱梁温度裂缝控制 、 影 响箱梁温度场分布的主要因素等问题 。 对于大型预制混凝土箱梁而言 , 如何有效监控 及预 防由水化热效应导致 的混凝土早期开裂显得 尤为重要 。为此本文结合哈大高铁箱梁预制工程 ,
11、 运 用 A N S Y S有 限元 软 件对 混 凝 土 箱梁 水 化 热 温度 场进行 了模拟 , 并通过现场实测方法对跨度 3 2 m预 制箱梁水化热温度场进行 了研究。 1 工程 背景 哈大高铁工程道里制梁场( 梁场编号 3 o # ) , 位 于哈尔 滨市 道里 区榆 树镇 。梁场 布置 在新 建 哈大 客 运 专线 主 线 D K 9 0 9 + 7 2 2 D K 9 1 0 + 2 7 9左侧 ,梁 场 占 地 面积 约 为 1 8 5 3 3 3 m , 主 要 承担 主 线 5 3 0孔 双 线简 支箱形梁预制架设任务 ,其中, 5 1 9孔 3 2 m箱梁 , l l 孑
12、 L 2 4 m 箱 梁 。 单 榀 3 2 m 预 制 箱 梁 混 凝 土 量 为 3 2 1 9 m ,自重 8 2 2 9 t 。 3 2 m 箱梁 采用 单箱 单 室截 面 , 桥顶面宽 1 2 m ,底宽 5 m,主梁中心线梁高 3 0 5 m。 梁体跨 中及支 座截 面如图 1 所示 , 其 中, 左侧为跨 中截面 , 右侧为支座截面。 张益多, 郭义全 , 张国云 预制混凝土箱梁水化热温度场数值分析 图 1 箱梁截面 图 梁体混凝土的设计等级为 C 5 0 ,采用高性能混 凝土 其施工配合 比为水泥: 中粗砂: 碎石: 粉煤灰: 矿 粉: 外加剂: 水= 3 3 8 : 6 9
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