桥墩承台大体积砼控温分析

袁瑞

摘 要：文章主要针对某斜拉桥主墩承台大体积砼水化热问题，通过对比分析未采取控温措施及采取控温措施设置冷凝管两种工况下空间有限元仿真计算结果，表明采用冷凝管的控温措施对大体积砼承台浇筑过程降低水化热效应明显，最后结合分析结果提出具体合理的控温措施，以确保大体积砼承台浇筑过程的安全可靠。

关键词：大体积砼；水化热；冷凝管；控温措施

砼硬化过程中产生水化热作用，直接导致砼内部升温，又在环境温度作用下逐渐下降，直至达到稳定。由于砼导温系数小，大体积砼整体降温及非线性温度场，受内外部边界约束影响较大，产生较大的温度应力。当温度应力超出同龄期砼的抗拉强度，可能导致温度裂缝。为了更清楚地了解大体积砼水化热对承台结构产生的影响，以某斜拉桥主墩承台大体积砼工程为研究背景，采用空间有限元软件MIDAS对比分析未采取控温措施及采取控温措施设置冷凝管两种工况下空间有限元仿真温度和应力的计算结果进行了对比分析。

1 工程概况

依托工程桥梁主墩承台设计采用两层，上承台高2.0m，为梯形棱台结构，顶面尺寸为17.0×10.0m，底部尺寸为21.0×14.0m，下承台高4.0m，为矩形结构，尺寸为23.6×18.6m。总砼用量2220立方米。承台施工过程中，采用冷凝管进行整体控温。冷却管材质选用铸铁管，具有导热性好、强度高等特点，公称直径30mm。（图1）

2 建立计算模型

承台采用实体温度单元，定义砼的热性能参数（导温系数K=9.34kJ/m·h·℃，比热C=0.98kJ/m·h·℃），根据砼配合比属性定义热源函数[1]。选取单元边长进行网格化处理，结合实际施工流程，模拟实际对流、水化热及施加荷载，确定边界条件[2][3]。

3 计算结果分析

3.1 温度云计算

温度云计算结果表明：（1）在有无设置管冷环境下，最高温度点位置均出现在承台内部核心。（2）最高温度均发生在砼浇注后20h左右。（3）由温度云图（无管冷）可看出首层砼浇筑20h后内部达到最高温度为60.5℃。温度云图（设置管冷）可看出首层砼浇筑20h后内部达到最高温度为29.0℃。（图2）

3.2 应力计算

分析主墩承台各温度特征点的应力云图，在未设置循环水冷却环境下砼浇筑20h后承台表面拉应力最大为1.72MPa，大于C35砼抗拉强度应力设计值1.52MPa。在设置循环水冷却环境下砼浇筑20h后承台表面的拉应力最大为0.26MPa，未超过抗拉强度应力设计值。（图3）

4 结论

（1）依托工程主墩承台体积较大，受砼水化热影响较高，未设置循环水冷却环境下，砼浇筑24h后内部达到最高温度为60.5℃。设置循环水冷却环境下，砼浇筑24h后内部达到最高温度为29.0℃。冷凝管对承台浇筑过程水化热降温效果明显，建议采用冷凝管方案实施。（2）根据应力计算结果，主墩承台在未设置循环水冷却环境下由温度产生的拉应力大于C35砼抗拉强度应力设计值，不满足相关规范要求。主墩承台在设置循环水冷却环境下由温度产生的拉应力在允许的范围以内。建议采用适当的管冷减小承台浇筑过程水化热的影响。

5 结束语

（1）文章指出的分析方法可以为类似的工程借鉴，在大体积砼浇筑前，通过对比分析未采取控温措施及采取控温措施仿真计算，最后结合分析结果提出具体合理的控温措施。（2）大体积砼的温度应力和防裂问题是一个十分复杂的问题，特别是混凝土浇筑后三天内表层拉应力值上升较快，需加强对砼表面的保温措施。通过优化配合比，采用双掺技术，减少水泥用量，改善骨料级配及调整施工时间等可有效缓解混凝土的水化热作用。

参考文献

[1]叶见曙.砼箱梁的水化热温度分析[J].桥梁建设，2000（4）：729.

[2]朱伯芳.水工砼结构的温度应力与温度控制[M].北京：水利电力出版社，1976.

[3]陈应波.大体积砼浇筑温度场的仿真分析[J].华中科技大学学报，2004，21（2）：37-39.