预应力混凝土箱梁水化热及温度场试验研究

２０　铁道建筑　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　

文章编号：１００３—１９９５（２０１３）０４—００２０—０３　

预应力混凝土箱梁水化热及温度场试验研究　

樊　简　，郭　凡　，张栋梁　

（１．四川内威荣高速公路开发有限公司，四川Ｉ内江６４１０００；２．西南交通大学，四川成都６１００３１）　

摘要：通过对白水冲特大桥箱梁混凝土水化热及温度场观测数据的统计和分析，研究箱梁水化热阶段的　温度分布和变化，以及实际环境下的温度场，并与现行规范取值比对，为研究水化热阶段箱梁混凝土温　

度应力及温度裂缝控制提供参考。　关键词：混凝土箱粱水化热　温度场　温度应力　中图分类号：Ｕ４４８．３５文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３—１９９５．２０１３．０４．０６　

大体积混凝土在浇筑完成后的硬化过程中，水化　

热不断累积，混凝土内部最高温度可达７０　ｑＣ以上…。　

由此产生的温度梯度可导致温度应力超过混凝土抗拉　强度，在结构内部与外部约束、周边环境温差作用下引　起混凝土开裂。实践及理论研究均表明，水化热引起　

的温度应力是造成大体积混凝土开裂的主要原因之　

一　。温度裂缝常发生在桥梁墩台这样的大体积实　体结构中，现代大跨度预应力混凝土箱梁整体及局部　尺寸都很大，水化热发展过程具有了大体积混凝土特　

点。同时，由于箱梁的混凝土强度高、单方水泥用量　大，以及添加掺合料、外加剂等因素的影响，水化热历　

程更加复杂。而现行桥规并未涉及水化热计算与控制　尺度，一些建筑施工手册给出的也只是大体积混凝土　

内部和表面最高温度的半理论半经验计算公式，混凝　

土内部实际的温度分布难以准确量度，给温度裂缝控　制带来困难。因此，有必要对箱梁水化热及温度场的　

发展和分布做深入研究。本文结合白水冲特大桥箱梁　的水化热及温度场试验情况，分析了水化热阶段箱梁　

混凝土内部不同位置的温度分布，以期为箱梁设计、施　工控制好温度裂缝提供参考。　

１试验概况　

白水冲特大桥主桥为（８５＋２×１５０＋８５）ｍ预应　

力混凝土四跨双幅连续刚构，单幅桥面净宽１１．５　ｍ。　主梁采用单箱单室截面，三向预应力体系。三个主墩　

为复合式桥墩，最大墩高１０５　ｎｌ，墩顶以下７５　ｍ范围　为双柱式薄壁墩身，双薄壁墩下部３０　ｍ为混凝土刚性　

薄壁箱墩，基础采用桩基承台。设计荷载等级为汽车一　

收稿日期：２０１２　０８－２８；修回日期：２０１２—１２—２８　作者简介：樊简（１９６９一），男，四川江安县人，工程师。　超２０级，挂车一１２０级。该桥是有较大纵坡且超高变化　

较大的平弯桥，其结构行为较常规直桥更加复杂。　

２试验方法　

选取大桥主梁右幅１３　块和左幅１５　块的中间断　面进行混凝土水化热和温度场试验，测试断面为所选　

节段的中间位置处，每个梁段的测试断面分别埋置２５　个温度传感器，温度传感器的布置如图１所示　。］。　

．　３×９０　６×１Ｏ０　．　×９０　．　

图１　右幅１３块（左幅１５　块）温度传感器　布置示意（单位：ｃｍ）　

混凝土内部温度测量元件采用一线温度传感器　ＤＳ１８２０Ｓ。测温范围为一５５　ｏＣ～１２５　ｏＣ，精度为　±０．５　ｏＣ，分辨率为０．１℃。数据采集仪为ＤＺＴ．１００　

型一线数字巡检仪，分辨率为０．１％。　

３试验结果与分析　

表１仅列右幅１３　块试验部分原始数据。　３．１　混凝土水化热分析　

从测试数据可以看出，右幅１３　块在整个试验过　程中环境温度变化不大，左幅ｌ５件块除最后一次测试　

外，环境温度也比较稳定，用这些数据分析混凝土水化　热散发过程是可行的。右幅１３　块和左幅ｌ５一块各测　

点混凝土水化温度随时间变化曲线分别如图２和图３　２０１３年第４期　樊　简等：预应力混凝土箱梁水化热及温度场试验研究　２１　

蜜　图２右幅１３　块温度测点混凝土水化温度随距　浇筑完成后时间变化曲线　

距浇筑后时间，ｈ　

图３左幅１５　块温度测点混凝土水化温度随距　浇筑完成后时间变化曲线　’　

所示。结合表１、图２和图３分析　在第一次测量时　

（右幅１３　块为浇筑后８．３　ｈ，左幅１５　块为浇筑后　

１３．０　ｈ），右幅１３　块混凝土温度在３２．５℃　６３．５℃之　间，左幅１５　块混凝土温度在３２．０　ｃｃ一５９．７℃之间，　两者结果比较接近，表明试验具有代表意义。第一次　测量时测试断面的温度分布如图４所示。从图４可以　看出，梗腋附近由于散热比较困难，温度较高；而翼缘　板端部由于散热充分，温度较低。　

图４右幅１３　块（左幅ｌ５　块）浇筑后８．３　ｈ　混凝土温度分布（单位：℃）　

图２和图３显示，除测点３，２Ｏ，３７，３９和４６外，其　余测点温度一直呈下降趋势。测点３和２０在浇筑后　

８．３～１８．０　ｈ之间，测点３７，３９和４６在浇筑后１３．０—　

３５．０　ｈ之间温度变化不明显，随后温度也呈直线下降　趋势，测点温度下降速率大约在０．５～１．０℃／ｈ之间。　

对比图２和图３可以发现，在早期温度变化不明显的　

测点均分布在梗腋附近，这一现象也是与梗腋附近散　热比较困难有关。

　２２　铁道建筑　

右幅ｌ３　块浇筑后８６．５　ｈ，所有测点温度都下降　到接近环境温度（１６．０℃），除测点３和２０的温度分　

别为２２．２℃和２３．１　ｑＣ外，其余测点温度在１６．０～　１９．３℃之间，表明水化热已接近完全散发。而左幅　

１５　块浇筑后８６．５～１５３．５　ｈ，所有测点温度都下降到　接近环境温度（１９．０　ｏＣ），也表明此时水化热已接近完　

全散发。　３．２梁体温度场分析　梁体温度场分布对于分析结构受力和施工控制都　

有重要的意义。本次试验的最后一次读数，由于水化　

热已接近完全散发，其温度读数可以认为真实地反映　了由于环境变化引起的梁体温度变化。从测试数据可　以看出，对于右幅１３　块，最后一次测试时（１０月１２日　

１６：３０），天气条件为阴；左幅１５　块，最后一次测试时　（１０月２３日１６：３０），天气条件为晴。这两次测试分别　

反映了两种典型气候条件下梁体温度场分布情况。梁　

体温度场分布如图５。　

图５右幅１３　块（左幅１５　块）浇筑后８６．５　ｈ　混凝土温度场分布（单位：℃）　

右幅ｌ３　块测试时天气条件为阴，太阳辐射很小。　

从图５可以看出，梁体温度与环境温度接近，且沿梁高　呈均匀分布态势，极个别温度有微弱偏差，认为是由于　残余水化热干扰所致。对于左幅１５件块，测试时天气　

条件为晴，且在下午４时，从图５可以明显看出，由于　此时太阳辐射较强，顶板温度明显要高于底板温度，这　

种温度分布模式在设计中更为小心。　对图５的数据进一步分析，将同一高度的温度测　量值做算术平均，得到温度场。根据《公路桥涵设计　

通用规范》（ＪＴＧ　Ｄ６０－－２００４）第４．３．１０条关于温度梯　度模式的规定，得到现场实测温度梯度与规范计算的　

结果对比，如图６所示（由于尚未铺设铺装层，规范计　算时取梁顶底温差为２５℃）。可以看出，现场实测结　

果与规范吻合较好。同时，仍需指出的是，由于试验在　

秋季进行，且试验前数天为阴雨天气，虽然试验当天天　气晴朗，但太阳辐射仍不是很强烈，规范规定的温度梯　度模式是否能表征夏季强辐射天气下的实际温度梯度　

还有待学界同仁做广泛深入的研究。　温度／℃　温度／￣Ｃ　（ａ）左幅１５　块温度场　（ｂ）实测与规范计算对比　

图６现场实测温度梯度模式与规范温度梯度模式对比　

４　结论　

通过以上分析可知，箱梁由于其壁厚尺寸相对较　小，混凝土水化热能比较迅速地散发，除梗腋位置外，　

其余测点处温度在试验过程中一直呈线性下降趋势。　从试验结果分析可以看出，在混凝土浇筑完成大约２４　

ｈ后，梁体所有测点温度都呈线性下降趋势，而在混凝　土浇筑完成大约７２　ｈ后，梁体所有测点温度都接近环　

境温度，表明此时混凝土水化热已接近完全散发。对　比承台和桥墩的水化热试验，主梁的混凝土水化热散　发速度比承台和桥墩远为迅速（承台和桥墩在浇筑后　

７２　ｈ，仍存在内部混凝土因水化热未散发而引起的混　

凝土温度偏高的现象）。　两种典型天气的温度场试验表明，对于阴雨天气，　梁体温度比较均匀，接近环境温度，则结构的温度效应　

表现为整体升降温效应。而对于晴朗天气，由于受阳　光直射，梁顶面温度高于底面温度，现场实测温度场梯　

度模式与《公路桥涵设计通用规范》（ＪＴＧ　Ｄ６０－－２００４）　

第４．３．１０条的相关规定吻合较好。　

参　考　文　献　

［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］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．　［３］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．　［４］雷加艳，季文玉．秦沈客运专线箱梁水化热温度、应变变化　及裂缝控制［Ｊ］．北方交通大学学报，２００２（１）：８５—８７，９２．　［５］马少雄，刘超群，符敏．大体积混凝土施工温度控制研究　［Ｊ］．铁道建筑，２０１１（４）：４０－４１．　［６］孟庆峰，李立增，时雪梅．悬臂施工的预应力箱梁温度场分　析［Ｊ］．铁道建筑，２０１０（７）：１４—１８．　［７］向敏，廖礼坤．混凝土箱形梁水化热温度场分析［Ｊ］．石家庄　铁道学院学报，２００３（３）：８２—８６．　

（责任审编　赵其文）