大体积箱梁混凝土结构施工期温控防裂仿真分析.pdf

第 3 9卷 ， 第 5期 2 0 1 4年 1 0月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 ． 3 9，No ． 5 Oc t．， 2 0 1 4 大体积箱梁混凝土结构施工期温控防裂仿真分析 张春 霞 ， 王领 ， 刘 兆磊 ( 交通运输部 公路科学研究院 ， 北京 1 0 0 0 8 8 ) [ 摘要 ]温控 防裂是 桥梁大体积混凝 土的关键技术 问题和难题 之一 。以互通现 浇箱梁 为背景 ， 从混 凝土 材 料 、 温 升控制 、 施工及工程措施等方 面系统地研究 与温 控有 关的核 心 问题 ， 建立 桥梁 温控模 型进行仿 真分析 ， 提 出 施工期间合理的温控设计方案 ， 实现箱梁施工期温控措施 的动态优化 设计 ， 实践 表明 ， 该研究 成果对 指导 大跨度 、 大体积现浇箱梁的设计与施工具有 十分 重要 的理 论和现实意义 。 [ 关键词 】箱梁 ； 温控防裂 ；仿真分析 ；有限单元 法 [ 中图分类号 】U 4 4 5 ． 4 [ 文献标识码 】A [ 文章编号 】1 6 7 4 一 o 6 1 o ( 2 0 1 4 ) 0 5 — 0 0 9 1 — 0 5 S i mu l a t i o n An a l y s i s o f Te mp e r a t u r e Co nt r o l a n d Cr a c k Pr e v e nt i o n o f M a s s Co n c r e t e f o r Bo x Be a m ZHANG Chunx i a，W ANG Li ng，LI U Zha ol e i ( R e s e a r c h I n s t i t u t e o f Hi g h w a y ，Mi n i s t r y o f T r a n s p o r t ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 8 ，C h i n a ) [ A b s t r a c t ]A s o n e k e y t e c h n i c a l i s s u e a b o u t c o n c r e t e b r i d g e ，t h e a n a l y s i s o f t e mp e r a t u r e c o n t r o l a n d c r a c k p r e v e nt i o n o f ma s s i v e c o n c r e t e i s o n e o f t he ma i n c ha l l e n g e s we f a c e ． I n t h i s p a p e r ，i n t h e b a c k g r o u n d o f c a s t - i n— pl a c e b o x be a m i n s hi ba i h i g h wa y，we s y s t e ma t i c a l l y s t u d y t h e c o r e i s s u e s a b o u t t e mpe r a t u r e c o n t r o l ，wh i c h i nc l u d e t h e c o n c r e t e ma t e r i a l ，t e mp e r a t u r e c o n t r o l ， c o n s t r u c t i o n a nd e n g i - n e e r i n g me a s u r e s，a nd S O o n．Th e n u me r i c a l s i mu l a t i o n t e c hn o l o g y i s u s e d t o r e s e a r c h t he d i s t r i b u t i o n o f t e mp e r a t u r e fie l d a nd s t r e s s fie l d i n t h e c o n s t r u c t i o n p r o c e s s ． By a n a l y z i n g t h e s i mu l a t i o n r e s u l t ，we c a n p r e d i c t t h e p o s s i b l e c r a c k p o s i t o n a n d t h e r e f o r e pr o v i d e t h e c o r r e s p o nd i n g me a s ur e s f o r c r a c k c o n t r o 1 ． Ba s e d o n t h e s e r e s u h s，we g i v e t h e r e a s o n a b l e d e s i g n o n t e mpe r a t u r e c o n t r o l d u rin g t h e c o n s t r u c t i o n． He n c e，t h i s s t ud y h a s a v e ry i mp o r t a nt t h e o r e t i c a l a n d p r a c t i c a l s i g n i fic a n c e o n t h e d e s i g n a n d c o n s t r uc — t i o n o f l o n g—s p a n d a nd l a r g e v o l ume c a s t — i n - p l a c e b o x b e a m． [ Ke y w o r d s ]b o x b e a m；t e mp e r a t u r e c o n t r o l a n d c r a c k p r e v e n t i o n ；s i m u l a t i o n a n a l y s i s ；fi n i t e e l e me n t me t ho d 0 引言 随着我国高速公路建设 的发展 ， 山区高速公路 由于受地质 和地形 限制 ， 如 山高坡 陡、 河 谷深切宽 阔， 导致其桥梁越来越 多采用高墩、 大跨结构 ， 基础 尺寸也越来越大。大体积混凝土施工阶段由于水泥 水化热作用 ， 产生大量的热量 ， 造成混凝土内部急剧 升温 。一方面 由于混凝土表面散热较快 ， 内部 散热 不 良 ， 造成 混凝 土表 面 开 裂 形 成 混 凝 土 表 面裂 纹 ； 另一方面结构的外部 约束 和混凝土各质点间的 约束 阻 止混凝 土 膨胀 收缩 变 形 ， 当温 度 应 力 一 旦超 过混 凝 土 的抗 拉 强 度 时 ， 就 会 出现裂 缝 。 从 而影 响 桥梁 结 构 的耐久 性 。故 对 大体积 混凝 土 浇筑必 须采 取温度控制措施 。因此， 温度控制和防止裂缝问题 成为山区桥梁设计和施工过程中重点考虑的问题之 一 。国内外学者在温控理论和设计方法上开展了大 量的研究 ， 主要表现在材料、 理论方法及温控防 裂措施等方面 ， 如水泥水化的物理化学过程、 绝热温 升模式 、 混凝土配合 比及力学性能等 ， 对理论研究和 工程实践具有指导意义。但是由于各地工程材料性 能差别较大 ， 施工环境及结构形式也有所不同 ， 因此 在工 程 实际 中对 已有 的工程 经验完 全 照搬 。本 文通 [ 收稿 E t 期 】2 0 1 4 — 0 4 — 0 2 [ 基金项 目】交通部联合攻关科技项 目( 2 0 1 0—3 5 3— 3 4 2— 2 5 0 ) 【 作者简介]张春霞 ( 1 9 8 2 一) ， 女 ， 河北张家 口人 ， 硕士研究生 ， 助理研究员 ， 主要从事桥梁耐久性及养护等相关 研究工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 2 公路工程 3 9卷 过建立十白高速公路茅坪互通匝道典型箱梁结构模 型 ， 分析施工期 的温度场及应力 场， 探讨其开裂机 理 ， 并提出施工期间相应 的温控建议。 1 温控仿真计算原 理 1 ． 1热传导基 本理 论 混凝土是热的不 良导体， 水化反应 产生的热量 主要通过表面热传递与外界进行热交换。假定混凝 土是均质 ， 各向同性的固体 ， 热传导方程可简化为 ： O a T a ( 雾 + 等 + 害 ) + O 0a ( 1 ) l — + — + — l + — — l l J a ．r ＼ a a ，， a ／ a r 、 式中： k为导热系数 ， r表示时间，其中 0表示混凝 土绝热温升值 ， a表示导温系数 ， a= ， c 表示 比热 ； P表示密度。 热传 导方 程建 立 了混凝 土温度 场与 时间 和空间 关系， 但是要求解实际温度场还需要知道温度场初 始条件和边界条件。初始条件是指混凝土初始瞬间 温度场的分布规律 ， 一般是 已知 的， 如初始浇筑温 度。边界条件是指周围介质与混凝土表面热交换规 律以及物体几何形状 。根据与外界热量交换方式和 影响因素不同， 混凝土温度场边界条件有以下四类 ： 混凝 土表 面温 度 为时 间 的 已 知 函数 ； 混 凝 土 表面 与 外界的热流量为时间的已知函数； 热交换过程中， 混 凝 土 表面 的热 流量 与 接触 面温 度 差 成 正 比 ； 两 种 不 同的固体接触 ， 如接触 良好 ， 则在接触面上温度和热 流量都是连续的， 如两固体之间接触不良， 则温度不 连 续 ， 须 引入 接 触热 阻概 念 。 1 ． 2 混凝 土温 度场 的有 限元 解法 利用 有 限 单 元 法 对 三 维 非 稳 定 温 度 场 进 行 计 算 ， 有 限元 方程 可表示 为 ： 【 】 J { T n + 1 ) 一 { ) = { 尸 ) ( 2 ) 式中 ： C为热容矩阵 ； K为热传导矩阵； P为温度荷 载列阵， 不同的边界条件 下， 温度荷 载列阵有所不 同。在初始时刻 ， r= 0时， { } 是 已知的初始温度， 把它作为 { ) 代入式 ( 2 ) 可求出第 一时段 的温度 { + 1 ) 。再逐步计 算下去， 即可得 出任意时刻的 温 度 。 1 ． 3混凝 土水 管冷却 温 度场 的求 解 当混凝土中含有冷却水管时 ， 混凝土水化放热 、 表面散热与冷却水管管壁散热同时作用 ， 其控制偏 微分方程、 初始条件和边界条件等基本理论前述 内 容相同， 只是需要 多考 虑一个水 管冷却边界问题。 采用铁质水管时， 水管冷却边界可视 为温度已知边 界 ， 但水管内部的沿程水温事前不可知； 而当用塑料 质水管时 ， 管壁应视为进行热交换 的第三类冷却边 界， 更为复杂一些 。 在求解水管冷却温度场 中， 冷却水管边界上水 温是未知的。唯一已知的是冷却水在水管人 口处的 水温。任取一段含有冷却水管的混凝土 ， 见图 1 。 萝 0 r ?厄 ds 矸 — L ——————————————————一 j n" ＼I ／ l 、 ————————— 图 1 水 管冷却热量 交换 计算示意图 Fi g u r e 1 Ca l c ul a t i o n Sc h e ma t i c d i a g r a m o f pi p e c o o l i ng h e a t e x c h a ng e 考察在 d f 时段内在截面 W1和截面 W 2之间水 管段 混凝 土和水 流之 间 的热量 交换 。因为水 管 内水 体体积很小 ， 且考虑到管中水体是不断流动的， 水温 变化很 小 ， 可将 温度 变化方 程写 作 ： △T w c3 ~ q w ． f J ( 3 ) 式 中： q 、 c 和 P 分别为冷却水的流量、 比热 和密 度， A 是混 凝土 导热系 数。 具体计算时， f J d s 可 ； 0 On 以通过沿冷却水管外缘面作高斯积分来实现。 考虑到冷却水的入 口温 度 ， 已知 ， 利用上 述 推导的公式 ， 可以逐段推求每一根冷却水管沿水 流 方 向 的沿 程 水 温 。假 设 某 一 根 冷 却 水 管 共 分 为 m 段 ， 则第 段水管 内的水温增量 △ ， 计算如下 ： f = 加+∑△ ， i =1 ， 2 ， 3 ， ⋯， m ( 4 ) =l 借助式( 3 ) 和式( 4 ) 水管水温计算公式 ， 在理论 上就可合理地处理冷却水管边界条件 ， 但这两公 式 中， 水管沿程水温计算与边界 法 向温度梯 度O T ／ O n 有 关 ， 混凝 土水 管 冷却 温 度 场 边 界 是 非 线性 的。 这 就造成温度场求解无法一步完成 ， 须采用数值迭代 解法逐步逼近真实解。第一次迭代时可先假定每一 根冷却水管的沿程水温都等 于入 口温度 ， 由式 ( 2 ) 求得混凝土温度场的解后 ， 用式 ( 3 ) 和式 ( 4 ) 得到水 管沿程 水温 ； 重 复上述 迭代 过程 ， 直 到混凝 土 温度 场 和水管中冷却水温都收敛于稳定值 ， 迭代结束。 1 ． 4混凝 土 应力场 有 限元解 法 混凝 土应力 场 的有 限元解 法 分 为 2种 ： 初 应 力 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 张春霞 ， 等 ： 大体积箱梁 混凝 土结构施 工期 温控 防裂仿真分析 9 3 法和初应变法。考虑到混凝 土的弹性模量， 徐变度 等主要参数都是随着龄期 变化 的函数 ， 增量分析法 更适用些。基于弹性徐变理论 ， 复杂应力状态下的 应变 增量 应 该包括 弹 性应变增 量{ △ ： } 、 温度应变 增 量{ △ ： ’ ) 、 徐 变 应 变 增 量{ A 8 ： ) 、 自 生 体 积 应变 增 量{ △ ： ) 和 干 缩 应 变 增 量{ △ s ： ) ， 即 ： { △ ) = { A 8 ： ) + { △ ： ) + { A e nr ) + { △ ) + { A e ： ) ( 5 ) 根据有 限元方法， 可得上式 的有限元支配方程 为 ： [ K 】 { A 8 ) = { △ P ) + { △ P ) + { △ P ) 。 + { △ P ) 。 + { △ P ) ( 6 ) 式中： { △ P } 表示外荷载引起的节点荷载增量； { △ P } ‘ 表示为温变引起的节点荷载增量； { △ P ) 。 表 示 徐变引 起的节 点荷载 增量； { △ P ) ” 表 示自 生体 积变 形引 起的 节点 荷载增量； { △ P } 表示干缩变形引起的节点荷载增量。 2 计算工况及模型 建立 2 ． 1 模 型建 立 现 浇箱 梁长 为 7 5 m， 每隔 2 5 n l 有桥 墩 支 撑 ， 桥 墩为 C 3 0混凝 土。计算 区域包括 匝道桥梁及其 下 部支撑的桥墩 ， 有限元 网格如 图 2所示。其 中取顺 大桥轴线方 向为 轴 ， 另一垂直大桥轴线方 向为 l ， 轴 ， 竖向为 z轴。 轴指向左岸方向为正 ， y轴逆水 流方向为正 ， Z轴 向上为 正。整体 网格包 含 9 8 1 6 个单元 ， 1 3 7 7 9个节点 ， 分析中取 3个典型断面共 8 个特征点。断面 A位于中部中空段 ； 断面 B位于中 空段之间的连接实心段 ， 段厚较 薄； 断面 c是有桥 墩支撑的实心段， 相对较厚 ， 断面位置详见 图 3 。因 篇幅所限 ， 本文仅对 A断面的结果进行分析 比较 。 2 ． 2计算工况 本文根据前期试验得出的混凝土各材料配合 比 和特性参数 ’ “ 】 ， 见表 1 。采用 2种 工况进行 分析 模拟， 表 2给出了不 同龄期下混凝 土绝热温升计算 公式。通过计算分析并对 比两种不同施工情况的温 度 应力 ， 探 寻桥梁 上 部 结 构 混凝 土 开裂 机 理 并 证 明 合 理有 效 的 温 控 措 施 在 防 止 温 度 裂 缝 方 面 的 重 要 性 。其 中工况 2为在多个优化工况计算后得到的相 图 2 匝道桥 建模 区域 示意图 F i g u r e 2 Sc h e ma t i c d i a g r a m o f mo d e l i n g r e g i o na l f o r Ra mp b r i d g e rA rB rC—亍 = — [ v -- --— - 7 —E ~ - - - q F -- 习- 7 [ — L A L B L C 一 C - C — ]了— 图 3 匝道桥 特征 断面和特征点布置图 Fi g u r e 3 L a y o ut o f t h e c h a r a c t e r i s t i c pr o f i l e a n d c h a r a ct e r i s t i c p o i nt for Ra mp b r i d g e 表 1 混凝土各材 料配合 比和特性参数 Ta b l e 1 Ma t e r i a l g r a d a t i o n a nd pr o pe r t y p a r a me t e r s o f concr e t e 线胀系数 q 1 0一 ／ ~ C 9 ． 5 弹性模量 T ／ GP a 5 2． 0 弹模 参数 d b O． 1 5 0． 7 0 0． 1 2 0． 6 2 注 ：C 5 0 和C 3 0 的 导 温 系 数 分 别 为 0 ．0 0 3 1 3 n l ／ h ， 0 ． 0 0 3 3 1 m ／ h， 自生体 积变形 终值 分别 为 1 0 0 X 1 0 和 6 4 X 1 0一。 泊松比均取 0 ． 1 6 7 。 表 2 混凝 土绝 热温升计 算表 Ta b l e 2 Ca l c u l a t i o n t a b l e o f a d i a ba t i c t h e r ma l r i s i n g o f concr et e 对 最优 工况 。 工况 1 ： 假设匝道桥在 7月 1 5日浇筑， 此时外 界的平均气温 2 6℃ ， 由于现场无骨料预冷等工程措 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路工程 3 9卷 施 ， 故取浇筑温度为平均气温。不采取水管冷却和 表面保温措施 ， 施工 中混凝 土表面只是进行 了简易 遮盖。浇筑后 5 d内考虑 日平均气温 4 - 5 ． 0 o C的昼 夜 温差 。 工况 2 ：采取措施控制浇筑温度 ， 比如骨料 预 冷 ， 低温水拌合 ， 选择合适的浇筑时间 ， 把浇筑温度 控制在 2 0℃。同时采取水管冷却和表 面保温相结 合的温控措施。钢模板外贴 2 ． 5 c m厚聚乙烯苯板 ， 拆模后在表面粘贴 2 ． 5 c a厚聚乙烯泡沫卷材 ， 施工 仓面覆盖 3 ． 0 c m厚聚乙烯泡沫卷材 。浇筑后 5 d 内考虑 日平均气温 4 - 5 ． 0 o C的昼夜温差。冷却水管 采用 内 径 1 0 m m、 外 径 1 2 h i m 的 H D P E管 ， 铺 设 两 层 ， 水管布置密度为 0 ． 8 m 0 ． 8 m。通水时间遵循 浇筑开始即通水原则， 通水持续 5 d ， 每半天变换一 次流向。冷却水温度 2 0℃， 流量 2 ． 6 6 m ／ h ； 后 3 d 流量 0 ． 8 4 m ’ ／ h 。考虑到施工时当地 日平均气温大 约 2 6℃ ， 由于周围水体丰富 ， 可取深层江水， 符合条 件的冷却水并不难得到。浇筑后第一个冬季在混凝 土表面覆盖 3 ． 0 c m厚聚乙烯泡沫卷材保温。 3 计算 结果分 析 3 ． 1 工况 1结果 分析 经试 验 可得 ， 匝道桥 梁 所 使用 的 C 5 0混 凝 土抗 拉强度 4 ． 7 5 MP a ， 取混凝土抗裂安全系数为 1 ． 6 。 工况 1的浇 筑 温 度 为 2 5℃ 。图 4给 出 了在 工 况 1 计算条件下龄期为 1 ． 5 d时匝道纵向中心断面温度 分布云图。从图中可以看出 ： 空腔部分温度较低而 实心部分温度较高。图5和图6分别为断面 A在龄 期为 0 ． 7 5 d和 6 d的温度分布云图， 从 图 7中可以 看 出 ：特 征 点 4早 期 ( 0 ． 7 5 d ) 温 度 升 高 较 快 ， 达 7 O℃ 以 上 ， 6 d后 ， 特 征 点 4 最 大 主 应 力 达 1 ． 9 M P a ， 超 过允 许拉 应力 ( 见 图 8 ) ， 在 后期 使 用 中叠加 上荷载后很有可能超过抗拉强度 ， 造成开裂。 图 4工况 1龄期 1 ． 5 d时匝道纵 向中心断面温度 分布 云图( 2 5 m) Fi g ur e 4 Te mp e r a t ur e d i s t r i b ut i o n o f t h e l o n g i t u di na l c e n t e r s e c t i o n o f Ra mp a t c o n d i t i o n l a n d 1 ． 5 da y s 图 7和 图 8分 别为 断面 A上 4个特 征点 的温度 和 o - 。 历时曲线。由温度历时曲线图 7可知 ， 特征点 图 5断面 A 工 况 1龄 期 0 ． 7 5 d时温 度 Fi g u r e 5 T emp e r a t ur e d i s t r i b ut i o n o f s e c t i o n A a n d 0． 7 5 d a y s 图 6 断面 A工况 l龄期 6 d时 仃 分布云 图 Fi g ur e 6 Di s t r i b ut i o n o f s t r e s s o f c h a r a c t e r i s t i c p oi n t盯l o l l s e ct i o n A a t c o n di t i o n l a n d 6 d a y s 8 0 70 6 O 5 o 4 0 3O 羔 、 韬 2 4 6 8 l 0 龄期 ， d 1断面 A特征点温度历时 曲线 ( 1 0 d ) o n c u r v e o f t e mp e r a t u r e o f c ha r a c t e r i s t i c p o i nt t i o n A a t c o n d i t i o n 1 ( 1 0 d) — o _ 抗拉强度+允许拉应力 — 特征点 4 *特征点 3 +特 征点 2 +特征 点 l 一 P o—o l 一一 一 ⋯ 一一一 。 - 、 l l l：；；： 0 2 4 6 8 l 0 龄期 ／ d 图 8 工况 1断面 A特征点 。 历时 曲线 ( 1 0 d ) F i g ur e 8 Du r a t i o n c urve o f s t r e s s o f c ha r a c t e r i s t i c p o i n t l o il s e c t i o n A a t c o n d i t i o n 1 ( 1 0 d ) l 、 2虽然位 于不同的表面 ， 但都在龄期 0 ． 7 5 d温度 达到峰值 5 3℃左右 ， 且相差不大。外表面特征点 l 和 2的表面拉应 力在 4 d内十分接近允许拉应力 ， 分a } 0 5 O 5 O 5 O S 0 5 O 5 0 5 4 4 3 3 2 2 l i 0 0 O l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 张春霞 ， 等 ： 大体积箱梁混凝土结构施 工期温控防裂仿真分析 9 5 有一定 的开裂风险。特征点 3在 龄期 0 ． 7 5 d温度 都达到峰值 5 8 ． 7℃左右， 峰值过后温度下降平缓。 这是因为空腔 内气 体流动性极差 ， 难 以有效散热。 而外表面 由于风速等影响 ， 气体流动能迅 速带走热 量 ， 同时外温昼夜变化 ， 对散热效果 也有一定影响。 特征点 4在龄期 1 ． 2 5 d温度达到峰值 7 7℃左右 ， 由于内部点的位置， 通过周 围空腔的表面散热效果 不佳且很难通过上下表面散热， 故温度不断累积， 造 成峰值温度出现的时间较表面点有所滞后 ， 而峰值 温度较表面点高出许多。总体上通过 断面 A的温 度场分布可看出， 虽然混凝土的标号很高 ， 但 中空段 腔体面积较大 ， 该段混凝土用量相对较小 ， 除了中心 位置温度较高外， 其他位置的水化温升并不算高。 3 ． 2工 况 2计 算 结果分 析 在结构 中增加冷却水管 ， 在结构表面增加保温 措施。冷却水管布置如图 9所示 ， 取混凝 土抗裂安 全系数为 1 ． 6 。浇筑温度为 2 0 c 【 = 。对 比图 4和图 1 0的温度分布云图可以发现：通人冷却水管后 ， 断 面 A和断面 B的中心温度显著下降 ， 断面 C的温度 相较工况 1 也有所下降。 ( a )纵剖面 ( b ) 水 平面 ( 2 5 m ) 图 9水管布置 图( 2 5 m) Fi g u r e 9 La y o ut o f wa t e r p i p e 图 1 O工 况 2龄 期 1 ． 5 d时 温 度 分 布 云 图 ( 2 5 m l Fi g u r e 1 0 Te mp er a t u r e di s t r i bu t i o n o f b r i dg e a t c o nd i t i o n 2 a n d 1 ． 5 d a y s 图 1 1和图 1 2分 别 为断 面 A上 4个特 征点 的温 度和 or． 历时曲线 。对 比温度历时曲线图 7和图 1 1 可知 ：特征点 1 、 2 、 3的峰值温度和达到峰值温度的 龄期均没有差别 ， 但是添加保温措施后特征点 1和 2的温度历时曲线在前 5 d不再随外气温的变化而 波动。对于特征点 4， 实施水管冷却措施后 ， 在龄期 1 ． 2 5 d温度达到峰值 5 9℃左右 ， 与工况 1比较下降 近 1 9℃ ， 原先散热不良的情况被极大地缓解 。对 比 断面 A温度分布云图 5和图 l 2也可 以清晰反映这 点。对 比 o r 历时 曲线图 8和图 l 3可知 ：实施保温 措施后 ， 4个特征点的早期拉应力都有所减小 ， 小于 允许抗拉强度 ， 开裂风险基本消除， 证明温控措施合 理有效 。 70 6 5 6 0 5 5 5 0 4 5 40 赠 3 5 3 0 2 5 2 0 l 5 l O 0 l 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 l l 龄期 ／ d 图 1 l 工况 2断面 A特征 点温度历 时曲线 ( 1 0 d) ． Fi g u r e 1 1 Dur a t i o n c ur v e o f t e mpe r a t u r e o f c h a r a c t e r i s t i c po i n t o n s e c t i o n A a t c o n d i t i o n 2 ( 1 0 d ) 图 1 2断面 A工况 2龄期 1 ． 5 d时温度分布云图 Fi g ur e 1 2 Dur a t i o n c u rve o f s t r es s o f c h a r a c t e r i s t i c po i n t l o n s e c t i o n A a t c o n d i t i o n 2 ( 1 0 d ) 4 - 0 3 5 3 O 2 ． 5 兰 2 ． 0 1 ． O 0 5 O．0 4 结 论 大 体 积 混 凝 土 出现 的温 度应 力 和 温 度 裂 缝 问 题 ， 影响到结构的整体性和耐久性 。本文结合实际 ( 下转第 1 1 3页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 邰永刚 ， 等 ： 波形梁护栏连接件缺失对 防撞 性能的影响研究 1 1 3 —— 组合 1 组 合 2 ⋯⋯ 组 合 3 一一 组合4 -_- 组 合 5 一一 组 合 6 一⋯ 组合7 _--组合 8 —— 组合 9 图 7 各种组 合下波形 梁板的截 面力变化( 单位： k N ) Fi g u r e 7 C r o s s s e c t i o n a l f o r c e c h a n g e o f V a r i o u s c o m b i n a t i o n s ( U n i t ：k N) 3 结论 本文首次针对 目前公路波形梁护栏养护过程中 遇到的构件缺失问题进行了针对性研究。 研 究结 果 表 明 ， 立 柱 的连 接 螺 栓 以及 立 柱 法 兰 盘地脚螺栓在缺失或者损坏 的情况下 ， 容易使护栏 的防撞性能下降 ； 波形梁 板拼接螺栓在少数 ( 1～ 2 个) 缺失时对护栏的整体防撞性能影响不大。 为保障安全 ， 建议养护单位对护栏连接件进行 定期巡查 ， 一旦发现连接构件丢失或者损坏， 应立即 进行更换或维修。 [ 参考文献】 [ 1 ] J T G D 8 0— 2 0 0 6， 高 速公路 交通 工程及沿线设施设计通 用规范 [ S 】 ． [ 2 ] J T G ／ T F 8 3一 O I 一2 0 0 4 ， 高速公路护栏安全 性能评 价标准 [ S 】 ． [ 3 ] J T ／ T 2 8 1—2 0 0 7， 高速公路波形梁钢护栏 [ S 】 ． [ 4] 邰永刚， 赵震 宇 ．高 度 自适 用护 栏过 渡段研 究 [ J ] ．公路 工 程 ． 2 0 1 1 ( 1 ) ： 1 2—1 6 ． [ 5 ] 邰永 剐， 刘小 勇 ．车辆 碰撞 护栏 对桥 梁 翼缘 板 的影 响研 究 [ J ] ． 公路工程 ， 2 0 1 0( 3 ) ： 8 1—8 4 ． [ 6 ] M a n j i t S i n g h ， D ． S o o d ， R ． K ． G u p t a ， R ． K u m a r ， P ． c ． G a u ta m， B h — u p i n d e r S e wa r k，A．C ， S h a r ma ，a n d T h o ms o n Ma t h e w． Dy n a mi c Yi e l d S t r e n g t h o f Mi l d S t e e l u n d e r I mp a c t l o a d i n g ． De f c n c e S c i e n c e j o u r n a l ， 2 0 0 8 ， V 0 15 8( 2 ) ： 2 7 5—2 8 4 ． [ 7 ] L S T C ． L S—D Y N A K E YWO R S U S E R’ S MAN U A L[ M] ． U S A， 2 o 0 7 ． [ 8 ] 肖盈 ， 邰永刚 ， 白书锋 ．公路波形梁护栏 建模 技术的探讨 和研 究 [ J ] ．特种结 构， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 7 7—8 0 ． [ 9 ] 孟广成 ， 邰永刚 ．材 料应变 率对护栏 碰撞仿 真结果影 响研 究 [ J ] ．公路交通科技 ， 2 0 1 2 ( 6) ： 3 9 3—3 9 5 ． [ 1 O ] 卫军 ， 金秀娜 ．波形梁护栏结构参数 对防撞 性能的影 响[ J ] ． 武汉理工大学学报 ， 2 0 1 3， 3 5 ( 4) ： 9 O一9 5 ． ( 上接 第 9 5页) 工程 ， 运用有限元 分析软件 ， 在考虑各种工况下 ， 模 拟计算匝道典型箱梁结构施工期温度场和应力场的 变化规律 ， 得出了一些有益的结果 ， 可为工程实践作 为 参考 。 总结本 文 得 出的主要 结论 如 下 ： ① 在不采取水管冷却和表面保温措施 的情况 下 ， 箱梁中部温度升高较快 ， 且不宜散热 ， 最 大主应 力达 1 ． 9 MP a ， 超过允许拉应力 ， 表面特征点在浇注 4 d后拉应 力达到最大且接 近允许拉应 力 ， 可能造 成箱梁表面早期开裂 ， 影 响结构的耐久性和安全性。 ② 增加表面保温和水管冷却措施后 ， 表面特征 点温度在浇注早期 不再 随外气温 的变化而波动， 空 腔连接处? 昆凝土温度下降 1 9℃， 散热情况得到极大 缓解 ， 最大拉应力由 1 ． 9 MP a降低到 0 ． 7 4 MP a 。 ③ 实践证 明， 采取适 当的温控措施可以有效防 止早龄期的混凝土裂缝。从控制混凝 土浇筑温度 ， 比如骨料预冷 ， 低温水拌合 ， 选择合适 的浇筑时间 、 水管冷却和表面保温相结合等温控措施 ， 可以延缓 混凝土降温速率， 控制施工质量 ， 全方位的进行综合 性抗裂， 可实现大体积混凝土的连续浇筑。 [ 参考文献 ] [ 1 ] 陈虎成， 刘明虎． 鄂 东大桥 宽幅混 凝土箱梁防裂措施 研究 与应 用[ J ] ． 公路工程 ， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 7 3— 7 7 ． [ 2 ] 杨培诚 ， 李志成． 基 于 MI D A S ／ C I V I L的 C 4 0大体积混凝土施工 期仿真分 析[ J ] ． 公路 工程 ， 2 0 1 2 ( 1 ) ：1 3 6—1 3 8 ． [ 3 ] 梅明荣 ， 任青文．混凝土结构 的干缩应力研 究综述 [ J ] ． 水利 水电科技进展 ， 2 0 0 2， 2 2 ( 3 ) ： 5 9～ 6 2 ． [ 4 ] 钟宁 ， 许长 城．斜拉 桥主塔承 台大体积 混凝土施工 水化 热分 析 [ J ] ．公路 ， 2 0 0 8 ( 1 ) ： 8 9— 9 2 ． [ 5 ] 靳如平 ，黄凡，刘志勇．马岭河 大桥 8 # 承台及塔座 混凝土 施 工温度控制c J 】 ． 公路 交通技 术 ， 2 0 0 9 ( 3 )： 8 3—8 9 ． [ 6 ] 杨庆生 ，李春江 ，弓俊青．大体积混 凝土凝 固过程 的温度 和 应力仿真与控制 [ J ] ．北 京工业 大学学报 ，2 0 0 7， 3 3 ( 9) ： 9 4 8 — 9 5 2 ． [ 7 ] 王解军， 李辉 ， 卢 二侠． 桥 梁混凝 土水管 冷却温度 场有限 元分 析[ J ] ． 中南公路工程 ， 2 0 0 6， 3 1 ( 2 ) ： 8 4— 8 8 ． [ 8 ] 朱伯芳 ． 考 虑水管冷 却效果 的混凝土 等效热传导方 程[ J ] ． 水