某空心高墩混凝土水化热温度场分析

（重庆工商职业学院， 重庆 401520）

某空心高墩混凝土水化热温度场分析

唐春平 周跃孝

（重庆工商职业学院， 重庆 401520）

为掌握混凝土空心高墩水化热温度分布规律，根据热传导有限单元法原理，运用有限元软件ANSYS建立三维分析模型，得到温度场分布特点以及温度应力发展规律：沿壁板厚度方向温度分布不均匀，壁厚的增加，内外温差以及应力也有所增大。

混凝土高墩；试验；有限元；水化热；温度场

0 引言

随着我国高等级公路和高铁的快速发展，桥梁的高度和跨度在不断被刷新［1］。为满足大型桥梁对强度及稳定性的要求，大量采用混凝土空心高墩结构，空心高墩属于高、柔性结构，竖向荷载大，混凝土水化速度快，放热量多，由此产生的水化温度应力是造成混凝土桥梁结构开裂的主要原因之一，这种温度应力和变形直接影响到混凝土结构的安全性、耐久性和适用性［2-3］。许多工程由于未能充分重视温度作用而产生了许多严重裂缝，有的桥梁甚至被迫停运修复，造成严重的经济损失。虽然国内外对桥梁大体积混凝土水化热温度场研究取得许多成果，但是对空心高墩混凝土水化热温度场的研究还比较少［4］。

1 有限元分析

本文基于某空心高墩工程实际情况，采用大型有限元软件 ANSYS，以瞬态热传导方程和水化放热模型为基础，建立三维高墩有限元模型。该桥主桥为空心薄壁连续三跨刚构桥，主桥桥墩为空心薄壁墩，墩高69m，墩底尺寸25m×11m，墩顶尺寸为9.2m×11m，空心尺寸为6.8×8m。墩采用C40自拌混凝土，混凝土配合比见表1。

表 1 C40 混凝土施工配合比

图1 空心墩的有限元模型

图 2 短边中点水化热时程曲线

采用SOLID70热单元进行瞬态热分析，采用APDL参数化建模，建立空间有限元模型进行计算分析，ANSYS有限元模型如图1所示。

对有限元模型进行加载计算，便可得出的水化热时程曲线及水化热期间瞬时温度场，由于空心墩截面对称，可以选取长、短边截面中心的 2 个节点的水化热时程曲线作为典型代表，其计算结果见图2和图3。图4 为表面测点实测温度与计算温度的对比。

图 3 长边中点水化热时程曲线

图4 表面测点实测与计算温度的变化曲线

由图可知水化热温度在入模后的20小时内急剧上升，后续温度逐渐降低。水化热温度场分布规律和应力场分布规律相类似，先升后降［5］。温度梯度沿厚度方向变化较为明显，墩截面内部混凝土温度比内外表面的测点温度高，且内外表面测点温度相近，模拟水化放热计算结果与实测结果比较吻合。

3 .结论

通过模拟水化放热和对流边界条件来仿真实际温度场，建立三维空心墩有限元模型对高强混凝土水化热模拟分析，并与实测温度对比分析，结果吻合良好。温度梯度沿厚度方向变化较为明显，墩截面内部混凝土温度比内外表面的测点温度高，且内外表面测点温度相近。水化热温度场分布规律和应力场分布规律相类似，先升后降。试验结果可以作为桥墩混凝土浇筑前的参考数据，为温控措施的采取力度与位置提供参考。得出了测点温度随时间的变化规律，可以为类似的工程施工提供参考。

[1] 冯德飞，卢文良．混凝土箱梁水化热温度试验研究［J］．铁道工程学报，2006( 8) : 62-67．

[2] 程俊瑞，季文玉． 预应力混凝土箱梁水化热温度及应变的试验研究［J］． 公路交通科技，2003，20( 6) : 76-79．

[3] 陈天地. 铁路空心桥墩温度场试验研究. 重庆：重庆大学硕士学位论文.2007

[4] 朱伯芳．大体积混凝土温度应力与温度控制研究［M］．北京: 中国电力出版社，1999．

[5]张亮亮,陈天地. 影响混凝土结构水化热温度多因素分析.高速铁路技术. 2010( 3) : 5-8

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