承台大体积混凝土水化热及温度控制措施研究

为研究大体积混凝土水化热温度场的分布规律,了解冷却水管的具体降温效果以及相关参数对降温效果的影响,以某大跨桥梁大体积混凝土承台为工程背景,采用有限元方法建立承台实体模型,模拟混凝土水化热温度场,分析冷却水管的质量流率和初始温度等参数对混凝土水化热温度场的影响。结果表明:混凝土浇筑后的水化热温度场总体呈现出先升后降的趋势,一般浇筑后2~3d达到温度峰值;布置冷却水管后,混凝土水化热的温度峰值降低了7%~31%,混凝土内总热量减少了约50%;改变冷却水管的质量流率对水化热温度场升温阶段的影响很小,对降温阶段的影响比升温阶段有所增大;降低冷却水初始温度可以加快水化热冷却速率,实际工程中,不必将冷却水温降得过低,保持在环境温度左右即可达到良好的冷却效果。     

冻土地区桩基础施工热稳定性分析

针对多年冻土地区桩基施工中水泥水化热对桩周温度场的热扰动问题．进行考虑相变的三维非稳态热分析,通过有限元模拟计算,得出随时间变化桩周温度场变化规律及不同深度处随时间变化沿径向桩基温度场变化规律。结果表明：混凝土水化热对桩周围土体的热扰动大而且时间长,应采取措施减小混凝土水化热,从而达到减小冻土区桩基热扰动问题。     

混凝土水化过程中箱梁温度场及其效应的测试与分析

为了确定福建东南沿海山区高墩大跨桥梁的箱梁温度场，对后亭溪大桥PC箱梁水化热阶段和日照温度分布及其应变进行了连续观测，研究了混凝土浇筑前后箱梁温度场及其效应的时变规律。结果表明：箱梁腹板中部混凝土的最高温度和最大温差明显高于顶板和底板内的混凝土，但单箱双室的中腹板的最高温度和最大温差明显小于两侧腹板；混凝土浇筑后温升较快，顶板、底板和腹板混凝土分别在浇筑后约16～17 h和22～26 h达到最高温度，浇筑混凝土后约120 h,顶板温度已经逐渐下降至外界大气温度附近，而底板和腹板则需要更长时间；由于混凝土凝结硬化过程中水化热和收缩的影响产生的温度效应，混凝土浇筑后大约20～24 h混凝土拉应变达到最大，最大拉应变达到100με,虽然从尺度上有别于大体积混凝土，但考虑混凝土受拉性能较差，应考虑其产生温度裂缝的可能性，应注意采取措施控制温差。     

长悬臂混凝土盖梁水化热监测与分析

为避免长悬臂混凝土盖梁施工期间产生较高的水化热导致温度裂缝,对两座长悬臂盖梁开展了水化热实时监测,并在盖梁内部埋置相应的应力传感器同步实测盖梁混凝土早龄期力学性能。采用有限元软件Midas FEA建立相应梁段的时变模型,研究盖梁混凝土水化热温度场和应力场,并对绝热温升进行参数分析。结果表明:长悬臂盖梁在施工期间会产生持续10 d的水化热,在混凝土浇筑后快速达到峰值温度,此时盖梁外部混凝土处于拉应力状态,若内外温差过大容易出现温度裂缝。所以实时监测控制和长悬臂盖梁水化热非常必要。     

实测沥青路面温度场分布规律的回归分析

以实际运营中的沥青混凝土道路结构为试验对象,提出了一套完整的道路结构温度场实测方案。根据大量的实测沥青路面温度数据研究了沥青路面温度场的分布规律,并利用回归分析对沥青路面温度场与气温之间的相关关系进行了探讨。考虑到升温阶段和降温阶段气温对沥青路面温度场影响的差异,分别研究了基于升温阶段和降温阶段沥青路面温度与气温的相关关系,并给出了不同温变阶段下任意深度处沥青温度的预估模型。对实测数据与预估数据的比较表明:该模型具有较好的精确性与实用性。     

大体积混凝土承台冷却水效果参数分析

为研究冷却水对大体积混凝土温度场的影响和发展变化,文章以金安金沙江大桥大体积混凝承台浇筑工程为例,对其施工和养护期间水化热温度进行连续监测。根据实测水化热温度进行冷却水流速和流量控制,提出采用变速控制水冷管流速的方法。利用瞬态温度场三维有限元理论方法,应用有限元计算软件建立模型,进行水冷管参数对比分析。分析结果表明:冷却水对混凝土降温有显著效果,在水泥用量不变的情况下,合理调整水冷管流速等因素能有效控制水化热温升变化,防止有害裂缝的产生。     

悬索桥主塔承台大体积混凝土水化热分析

大体积混凝土施工的关键在于控制水化热释放的温度而引起的温度裂缝,通过有限元软件模拟重庆某长江大桥P5主塔承台浇筑过程中不同进水温度下承台的最大温升及降温速率,从而确定出最佳进水温度,以解决因冷却管进水温度变化造成水化热温度控制难的问题。在此恒温进水工况下,得出中间布设冷却管层相比中上无冷却管层最大温升值低8～9℃,有冷却管层相比无冷管层最大温升时间延后了10～12 h。从计算结果与实测数据对比看来,受到外界因素影响越小的位置测点模拟结果更准确。     

大跨PC连续刚构桥0~#块混凝土水化热分析

大跨PC连续刚构桥的0~#块可视为大体积混凝土,因此水泥水化热所产生的热量会使结构升温,导致刚构桥0~#块早期可能会生成温度裂缝,从而影响桥梁整体的安全性及耐久性。依托红岩溪特大桥,采用ANSYS软件瞬态热分析法计算在外界温度影响下0~#块水化热温度场,并将结果与实测数据作比较,吻合度较好,将温度场施加至结构中,计算出应力场。由结果可知:0~#块各位置板厚度越大,中心位置温度峰值越大,达到最大值时间越长。水化热产生的最大主拉应力在3.20~4.59 MPa之间,超过了混凝土设计抗拉强度,因此文中提出在大跨PC连续刚构桥0~#块中采用新型硅粉聚丙烯纤维混凝土材料,以其良好的早期抗拉强度,能够较大的改善结构的抗裂性能。     

高墩大跨连续刚构桥梁混凝土水化热效应的温控防裂分析

对结构影响较大的是混凝土结构内的最高温度、内外温差及降温速率。通过对高墩大跨连续刚构桥梁混凝土浇筑养护期间的温度实测及应力分析得知,结构内的最高温度是由初始浇筑温度与水化热温升共同决定的,而初始浇筑温度又是水化热反应的起始温度;内外温差包括结构中心与表面的温差及结构与外界环境的温差;降温包括结构自身因放热量小于散热量出现的内部自然降温或人工冷却降温和因拆模或养护不当遭受外界寒潮引起的表面温度骤降。     

预应力混凝土箱梁水化热温度及应变的试验研究

通过对秦沈客运专线六股河大桥第38孔箱形梁的水化热温度和温度应变适时观测数据的统计与分析,研究箱梁水化热阶段的温度尤其是温度应变的变化规律,为研究水化热阶段的温差应力及相应的早期裂缝控制提供参考依据。     

旧水泥路面加铺沥青层结构温度场特性及数值模拟

为研究旧水泥路面加铺沥青层结构温度场特性,采用预埋温度传感器的方式实测路面温度场,根据传热学原理建立旧水泥路面加铺沥青层结构的非线性瞬态3D温度场计算模型。基于实测气象资料,用修正后的双正弦函数、Fourier级数分别表示气温、太阳辐射,作为模型边界条件,采用ANSYS对路面温度场进行数值模拟并与实测温度场对比。研究结果表明:旧水泥路面加铺沥青层结构温度场一天的变化趋势是先降后升再降,升温速率明显大于降温速率,正负温度梯度交替出现,易诱发温度疲劳裂缝;各路面结构层的温度、温度梯度和变温速率的变化幅度随着深度增加而减小,且峰值、峰谷出现时刻随深度逐渐滞后;路面最高温度、最大正温度梯度均出现在沥青加铺层,应提高沥青加铺层抗高温车辙的性能;加铺层有效降低了水泥混凝土层的温度翘曲应力;依实测气温资料修正后的双正弦函数可以很好地模拟近路表气温的日变化规律;路面结构温度场的模拟值与实测值的偏差在3℃以内,说明该温度场模型具有很高的预测精度。     

MJS加固试验桩水化热对温度场影响研究

为确定MJS+水平冻结法联合加固的冻结开冻时机,对MJS加固水泥土试验桩水化放热规律进行研究。采用直接法测定水泥水化热获得不同水泥质量掺量（40%、45%、50%、60%、70%）的水化热和水化放热速率,利用水化热室内试验所得数据进行数值模拟预测MJS加固体温度场变化规律,并结合现场MJS试验桩温度实测数据进行对比分析。结果表明： 1）MJS水泥土试验桩的中心温度随水泥质量掺入比增大而提高; 2）试验桩温度模拟值与实测值变化趋势相近,验证了数值模拟的正确性; 3）MJS水泥土试验桩的中心温度先升高后缓慢降低,5 d左右水化放热量达到峰值,温度为56.1~69.2 ℃,水泥土水化放热随水泥质量掺入比的增大而升高; 4）大体积水泥土因水化作用中心温度上升较大,单桩MJS水泥水化热在施工后30 d基本释放完成,故宜在30 d后进行人工冻结加固。     

低温升低收缩磷渣大体积混凝土温度应力监测数值仿真分析

以重庆某大桥主墩承台为对象,采用C40低温升低收缩磷渣大体积混凝土,利用有限元软件对其温度应力监测数值进行了仿真研究。结果表明:利用有限元软件,仿真计算低温升低收缩磷渣大体积混凝土水化热,可对混凝土水化热实际情况进行较好的模拟及预测。利用有限元软件,对大桥4#承台水化热进行仿真分析,通过对冷却管采取降温措施,发现在承台内部,最高温为71.25℃,最大的内外温差为18.15℃,水化热得到控制,说明采用冷却管降温可行。通过检测拆模后大桥承台的外观,发现无温度裂缝产生,说明采取合理措施控制大体积混凝土水化热温升,能有效控制温度裂缝的产生。     

高地温隧道考虑二次衬砌水化热的隔热层厚度优化

为揭示高地温隧道施工时二次衬砌浇筑的水化热对隔热层服役性能的影响,优化隔热层的厚度,采用数值分析方法研究高地温隧道施工期间水化热与高岩温共同下隔热层的传热规律,对比现场实测与数值模拟初期支护背后岩温变化规律验证模型合理性,并在此基础上讨论隔热层厚度与对流换热系数对二次衬砌温度场的综合影响。研究表明:1)在浇筑二次衬砌后,隔热层的主要热量传递分为3个阶段,隔热层处于两侧受热状态,即岩体中热量与水化热同时向隔热层传热、水化热由二次衬砌侧穿过隔热层流向初期支护侧、岩体中热量由初期支护侧穿过隔热层流向二次衬砌侧。2)靠近二次衬砌侧隔热层部分温度总体先上升后下降,在第2阶段内达到最大值近57℃;靠近初期支护侧隔热层部分温度总体呈上升趋势至稳定值约58℃。3)由于隔热层的存在,使得二次衬砌浇筑产生的水化热难以通过围岩来传导热量,大部分热量仅能通过与洞内空气的对流换热来散发热量。而且二次衬砌越靠近隔热层的位置其温度峰值延后出现且峰值更高。4)采用9cm的隔热层,并配合能额外提供2274.3424m~3/min需风量的通风设备,能起到相对较优的降温效果。     

基于现场实测的冻土区公路路基温湿度演变规律及关联性研究

利用传感器对新疆北部某冻土地区公路路基路面的温湿度进行实测研究,探讨最低温度、冻结深度等参数的变化规律,并对温度与湿度的相关性进行分析。研究结果表明:路基路面温度存在周期性变化规律,而变化周期随着深度增加而延长,当深度>140 cm时,温度仅存在年度变化周期;最低温度随着深度的增加而上升,0℃以下持续时间、平均降温速率、平均升温速率均随着深度的增加而减少,平均降温速率与最低温度之间存在抛物线关系,平均升温速率与最低温度之间存在线性关系;当温度跨越0℃时,土中含水率会发生突变,路基土中未冻水含量与负温度绝对值呈半对数关系,且受到初始含水率的影响。     

不同水泥含量混凝土施工期温度应力场分布的有限元分析

研究不同水泥含量混凝土施工初期内部温度应力分布的特征,提出相关病害的预防有效措施,以某特大桥0号箱梁为研究对象,以MIDAS/FEA有限元分析软件为计算平台,采用有限单元法对施工期混凝土水化热温度场进行了数值模拟计算,分析了2种不同水泥含量的计算方案。结果表明:2种水泥含量下混凝土浇筑3d左右内部温升均达到高峰;低放热混凝土内部应力集中分布区域面积较小,有利于降低混凝土温度裂缝的出现;箱梁腹板与横隔板交界处温度应力集中,应注意此处的降温和减小应力措施。     

大跨连续箱梁桥0#块高强混凝土水化热及温控措施分析

针对大跨连续梁桥箱梁0~#块施工过程中的水化热问题,基于有限元模型对冷却管通水循环的降温效果和防裂效果进行了比较分析。基于热交换平衡原理,考虑环境因素和材料特性的影响,采用Midas/FEA软件,在箱梁0~#块无冷却管通水循环模型与实测温度场数据相吻合的条件下,比较了箱梁0~#块无冷却管和冷却管通水循环计算模型的混凝土降温效果、温度应力和最小裂缝系数;通过对计算结果的分析,进一步明确了冷却管通水循环对0~#块混凝土水化热裂缝防控的有效性。结果表明:冷却管通水循环可显著地降低箱梁0~#块混凝土的温度峰值、应力峰值和表面开裂几率,为大跨连续梁桥箱梁0~#块高强混凝土施工质量控制提供了有效措施。     

重型货车长下坡行驶制动器温升模型的研究

针对重型货车长下坡路段行驶安全性问题,对制动器温升模型进行研究。将重型货车坡道行驶制动器温度变化过程分解为制动器升温和降温两个过程分别建模。基于升温和降温模型建立了重型货车长下坡路段行驶制动器温升模型。最后在京昆高速公路上进行了长下坡制动器温升试验,以验证模型的准确性。结果表明:所建立的重型货车长下坡路段行驶制动器温升预测模型的仿真结果与试验数据最大相对误差为7.74%,说明该模型是准确、可行的。     

大体积砼水化热分析及温控措施

针对贵州省余安(余庆—安龙)高速公路平塘—罗甸段大小井特大跨拱桥拱座施工中大体积砼水化热问题,采用有限元软件MIDAS/Civil建立施工阶段仿真模型模拟施工过程,对大体积砼水化热进行计算分析,得出施工和养护过程中温度场、力场分布和水化热规律,据此制定合适的大体积砼表面养护和内部降温措施,并在实施过程中进行温度采集,实时调整和改进温控措施,将温度控制在规范要求范围内。     

沥青混凝土导温系数现场测定的峰值梯度法

建立路面温度场的一维瞬态热传导方程,通过分离变量法找到满足方程的傅立叶级数,获得在已知界面温度时一维层状体的瞬态温度分布.实测路面温度场数据,采用峰值梯度法反算路面材料导温系数.模拟路面降温过程中路面温度沿深度单调变化时,傅立叶级数解前50项就能够达到0.01℃的精度.对实测数据分析结果表明：峰值梯度法可以避免将不同温度传感器温度数值直接比较,结果较差分直接反算方法稳定.