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。     

江市特大桥箱梁混凝土水化热温度实测与分析

混凝土水化热是引起箱梁产生早期裂缝的主要因素之一。本文对江市特大桥19#墩右幅0#块箱梁混凝土水化热温度场进行了现场实测,并用Midas／Civil软件建立有限元模型进行了仿真分析,计算值和实测值吻合良好。基于实测和分析结果对内外温差控制、混凝土配合比设计及早期开裂控制提出若干建议,对箱梁开裂控制工作具有指导性意义。     

单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁剪力滞效应研究

由于单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁截面剪力滞效应与混凝土箱梁截面剪力滞效应相比有很大差异,并且波形钢腹板几乎承担了全部剪力,波形钢腹板的剪切模量也需要进行修正。为研究单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞效应,从波形钢腹板PC组合箱梁的受力特点出发,以满足剪力滞翘曲应力的轴向平衡条件,采用二次、三次抛物线定义了单箱双室、单箱三室波形钢腹板PC组合箱梁的纵向位移差函数,利用势能驻值原理的能量变分法建立了波形钢腹板PC组合箱梁考虑剪力滞、剪切变形效应的控制微分方程组,并推导出简支梁、悬臂梁、连续梁在集中荷载、均布荷载作用下的解析解。通过解析法和有限元法分别计算了简支梁和悬臂梁的剪力滞效应,并研究了集中荷载和满跨均布荷载作用下的单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞分布规律,结果表明:采用二次抛物线剪力滞翘曲位移函数推导的剪力滞系数更为合理;单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁在跨中集中荷载下,波形钢腹板与混凝土顶、底板交界处的剪力滞效应较为突出;随着波形钢腹板PC箱梁室数的增加,剪力滞系数明显减少,且解析解与有限元数值解一致,表明了解析解的正确性,并通过分析给出了相应的剪力滞系数,可以为单箱多室波形钢腹板箱梁的设计计算提供参考依据。     

早龄期混凝土箱梁温度场分析

混凝土水化热引起的温度效应是导致混凝土箱梁早期发生开裂的主要原因之一,严重影响施工质量,成为困扰土木技术人员的难题。为此,对某大桥进行温度场试验,基于箱梁混凝土热传导理论,利用有限元数值分析软件ANSYS,建立该大桥混凝土箱梁块水化热分析的有限元数值模型,对该混凝土箱梁结构的水化热温度场产生的过程进行数值分析,并将仿真分析结果和现场实测数据进行对比,研究早期混凝土箱梁的温度场分布及其时变特点。研究结果表明,采取正确的热学参数,混凝土箱梁温度场有限元数值仿真能准确模拟混凝土箱梁水化热现场试验温度场的分布和发展过程。混凝土箱梁结构的水化热温度梯度规律明显,减小混凝土箱梁内外温度梯度是降低混凝土箱梁早期裂缝的关键。底板中部的温度高于靠近表面位置的达23. 1℃,这是因为底板厚度较大,水化热不宜扩散,因此在混凝土养护过程中要更加注意底板等大尺寸部位的散热。研究结果为混凝土箱梁结构的温度场分析方法提供理论依据,便于准确掌握混凝土箱梁的温度应力,明确受温度效应影响最大的位置,为施工过程中的混凝土箱梁的温度控制提供参考和借鉴。     

水化热对早龄期连续刚构箱梁开裂的影响

针对某大跨径预应力混凝土连续刚构箱梁早龄期腹板裂缝问题，对裂缝进行了现场详细的调查统计，建立了混凝土箱梁开裂节段水化热分析模型。分析结果表明，混凝土早龄期水化热产生的温度场未完全稳定，主拉应力呈现先快速增长后缓慢衰减的趋势；在早龄期张拉纵向预应力钢束后，在温度与预应力作用耦合下，混凝土箱梁腹板中产生了较大的主拉应力，从而导致腹板开裂。本研究结果可为研究大跨径连续刚构箱梁水化热效应和确定腹板钢束张拉时机提供参考。     

某预应力混凝土箱梁桥水化热测试及分析

大跨预应力混凝土箱梁桥混凝土的水化热极可能是混凝土出现早期可见裂缝的重要因素之一。该文对某大跨预应力混凝土箱梁桥左右幅0#块在不同配合比条件下进行了水化热温度及应力测试,基于混凝土早龄期力学性能发展规律的实测结果,应用有限元软件对箱梁混凝土水化热中的箱梁温度场和应力场进行了时程分析。结果显示:水化热计算值与实测值吻合良好,过高的水化热是大体积混凝土早期开裂的主要原因之一。     

单箱多室波形钢腹板箱梁横隔板位置优化设计

与传统的混凝土腹板的箱梁相比,波形钢腹板箱梁具有特殊受力特性,钢腹板主要承受剪应力。对于单箱多室桥面较宽的波形钢腹板箱梁来说,各钢腹板的竖向剪应力分布比较复杂。通过空间有限元分析,发现不同横隔板的位置对钢腹板的竖向剪应力影响较大。应用有限元分析软件ANSYS建立单箱多室波形钢腹板箱梁参数化分析模型,计算得到最佳横隔板设计位置,并给出在单向车道荷载偏载作用下沿桥梁横向各钢腹板剪应力分布情况,为波形钢腹板箱梁的合理设计提供参考。     

苏通大桥辅桥箱梁节段水化热效应的仿真分析

结合实际工程,分析了大体积混凝土水化热是使其表面产生裂缝的主要原因之一。采用三维瞬态温度场理论,利用有限元程序ANSYS对苏通大桥连续刚构墩顶现浇块的水化热效应进行了数值模拟,分析了箱梁水化热温度场和应力场的分布规律。结果表明,水化热引起的温度应力使底板内外表面受拉,混凝土内部受压,这样的温度应力是自平衡的。水化热效应引起的早期温度应力是不容忽视的,提出了控制水化热温度及温度应力的合理建议,有一定的工程参考价值。     

单箱多室波形钢腹板组合箱梁内衬混凝土布置方式研究

为优化波形钢腹板内衬混凝土组合结构受力,以南昌朝阳大桥通航孔桥——单箱多室波形钢腹板单索面多塔斜拉桥为工程背景,通过理论计算和有限元分析研究了单箱多室波形钢腹板组合箱梁内衬混凝土布置形式对结构抗剪性能的影响。结果表明:有无设置内衬混凝土对单箱多室波形钢腹板组合箱梁腹板剪应力水平较高的波形钢腹板影响较大,对腹板剪应力水平较低的波形钢腹板影响较小;内衬混凝土单侧设置和双侧设置波形钢腹板剪应力的影响相差不大;内衬混凝土双侧设置及仅有内衬混凝土无波形钢腹板设置对混凝土剪应力的影响相差较小;对单箱多室波形钢腹板组合箱梁高剪应力水平腹板内衬混凝土可以考虑双侧布置或仅设置混凝土腹板,不设置波形钢腹板;而剪应力水平较低的腹板则考虑设置单侧内衬混凝土。     

预应力混凝土箱梁水化热温度测试和温度应力分析

为研究分析混凝土箱梁因水化热而产生的温度应力,以江苏黄沙港大桥为背景确定了温度监测方案,应用有限元分析程序ANSYS分析了箱梁混凝土的浇注温度场,得到了整个施工过程中温度场和应力场的分布规律,对箱梁的浇筑进行事前预测和浇筑进程控制具有重要的指导意义。     

单箱多室波形钢腹板箱梁剪力滞研究

为客观准确地对单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞效应进行评价,结合单箱多室混凝土箱梁的计算特点,定义了波形钢腹板箱梁的剪滞翘曲位移函数,通过能量变分法建立了单箱双室和单箱三室波形钢腹板箱梁考虑剪力滞效应的基本微分方程。分别采用有限元方法和解析方法分析计算了范例的剪力滞效应,研究了跨中集中荷载和满跨均布载荷作用下截面的剪力滞分布规律,探讨了跨宽比对剪力滞效应的影响。研究表明,该解析解与有限元数值解吻合较好,但在箱梁顶底板与波形钢腹板接合处、外伸悬臂板边缘处有一些差异,需要进行修正。研究给出了相关的剪力滞系数,可以为波形钢腹板箱梁设计时的剪力滞系数取值提供参考。     

单箱多室波形钢腹板简支箱梁偏载系数简化计算方法

为了得到单箱多室波形钢腹板简支箱梁偏载系数的简化计算方法,用刚性横梁法推导了单箱多室波形钢腹板箱梁荷载横向分布系数的计算公式,通过有限元建模计算单箱多室波形钢腹板箱梁的偏载系数,并对影响偏载系数的因素进行参数敏感性分析。基于偏载系数与荷载横向分布的关系,提出偏载系数的简化计算公式,利用该公式对某工程实例进行了偏载系数计算。结果表明,影响正应力偏载系数及剪应力偏载系数的最主要因素是宽跨比,提出的偏载系数简化计算公式适用于不超过5室,单室宽度与跨径比介于0.08~0.24的单箱多室波形钢直腹板箱梁正应力偏载系数及剪应力偏载系数的求解。     

单箱三室波形钢腹板箱梁剪力滞效应研究

对某单箱三室波形钢腹板箱梁进行试验研究,得到各工况下测试截面测点的正应力,与有限元结果进行对比分析,测试数据与试验值接近,采用有限元分析结果研究单箱三室波形钢腹板箱梁剪力滞效应.研究结果表明:单箱三室波形钢腹板箱梁边腹板剪力滞系数大于中腹板.与边腹板相连的边室上翼缘有效宽度计算系数小于与中腹板相连的边室上翼缘有效宽度计算系数.与中腹板相连的边室上翼缘有效宽度计算系数大于中室.现有的国内外桥梁规范,均未考虑多室箱梁翼板剪切变形差异造成的有效宽度计算系数的变化,无法准确给出其有效宽度计算系数.     

某斜拉桥承台大体积混凝土水化热温度场研究与关键施工技术应用

依托某双塔双索面梁斜拉桥,基于有限元软件MIDAS/Civil对大体积混凝土承台的水化热温度场进行了仿真模拟,详细研究了水化热温度场及混凝土内外温差等变化规律。并基于有限元研究成果,采取了大体积混凝土配合比优化设计、原材料预冷、预埋水管冷却、优化浇筑顺序及养护等多个温度控制措施。实践证明,上述措施可以有效控制混凝土水化热,提高混凝土施工质量,降低施工成本,从而获得良好的经济及技术效益。     

预应力混凝土箱梁水化热裂缝控制与预防

目前大跨预应力混凝土箱梁桥的早期开裂现象较为普遍,已成为桥梁工程界极为重视的重大技术问题。水化热是引起混凝土箱梁早期裂缝主要原因之一。以某箱梁桥水化热实测数据为基础,探讨不同配合比条件下水化热对箱梁混凝土早期开裂的影响,结果表明：过高的水化热是引起箱梁腹板早期开裂的主要原因之一,实际施工可在混凝土中掺入适量粉煤灰,以减少水泥用量从而降低混凝土的水化热,就该桥测试数据而言,掺入了18%的粉煤灰可显著的降低箱梁混凝土水化热的影响。大跨预应力混凝土箱梁桥施工早期应采取有效措施使结构的内外温差控制在30℃以内。     

公路大吨位箱梁早期水化热温度场试验研究

早期水化热是导致大吨位箱梁混凝土早期开裂的主要原因之一。以杭甬复线宁波段一期工程的40 m预制箱梁为背景,开展早期水化热试验研究。研究结果表明,40 m箱梁早期水化热温度变化总体呈“温升—高温持续—降温”的变化规律;水化热最高温度出现在端部截面右侧腹板芯部,最高温度为77.0℃,出现时间为混凝土开始浇筑后第30 h;混凝土最大温差出现在箱梁端部截面右侧腹板芯部—腹板内表层,最大温差为21.5℃,出现时间为混凝土开始浇筑后第35 h;由于箱梁端部腹板较厚,混凝土芯部热量相对不易散失,导致端部混凝土升温速率大于跨中截面;同时,外界环境对大吨位箱梁水化热温度峰值、升降温速率、内表温差有重要影响。试验结果可为大吨位箱梁施工养护和裂缝防控提供参考。     

混凝土箱梁施工温度控制研究

温度应力已被认为是混凝土箱梁开裂的主要原因之一。为了掌握水化热温度沿箱梁截面的分布规律,文章结合预应力混凝土连续梁桥的箱梁施工实践,运用有限元软件建立了箱形梁的实体模型,模拟实际混凝土水化热温度场分布,分析了箱梁底板应力时程变化,并与实测资料进行了对比分析,对箱梁温度控制提出必要的措施,为混凝土箱梁桥的设计和施工提供了指导。     

单箱双室波形钢腹板pc组合箱梁桥偏载系数研究

基于南昌市朝阳大桥非通航孔段K26~K29的波形钢腹板PC箱梁桥,采用ansys软件建立三跨连续单箱双室波形钢腹板箱梁静力模型,通过比较模型桥试验、有限元方法和理论公式的分析结果,研究了偏载系数随着加载位置和加载力大小的变化规律。结果表明:加载截面附近内衬混凝土、横隔板、预应力钢束的存在,一定程度上加强了截面的刚度,致使截面挠度有所降低;经验系数法和经修正后的偏压系数法都不适用于单箱多室波纹钢腹板pc组合箱梁桥的偏载系数计算分析;对于该类单箱多室波纹钢腹板pc组合箱梁桥,有限元法得出的偏载系数与实测值较吻合,可作为以后工程设计参考。     

单箱多室波形钢腹板组合箱梁斜拉桥抗剪特性研究

为了解单箱多室波形钢腹板组合箱梁斜拉桥在施工过程中的剪应力分布情况,以某单箱五室波形钢腹板PC组合箱梁斜拉桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥空间有限元模型和边塔主梁施工过程精细模型,并结合实桥施工监测数据,研究单箱多室波形钢腹板组合箱梁在不同施工阶段的抗剪特性。结果表明:波形钢腹板组合箱梁的挠度实测值与精细模型计算值基本吻合;斜拉索张拉时,组合箱梁的剪切变形会显著增大组合箱梁的挠度;单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的腹板剪应力沿高度方向变化较小,呈等值分布;各腹板的剪应力分布与施工工况有关,在斜拉索张拉阶段剪应力主要由中腹板承担,但后续节段施工会改善腹板间的剪应力不均匀现象。     

混凝土箱梁设计参数对温度效应的影响

在对水府庙混凝土箱梁桥温度场的实测和分析基础上,进行设计参数的研究,包括箱梁翼缘悬臂长度、腹板高度和桥梁轴线方位角对温度场和温度应力的影响,得到最大横向温差与（腹板高度/翼缘悬臂长度）的曲线图.