桥梁设计中混凝土温度效应分析

桥梁设计中混凝土温度效应分析

秦静

贵州苏交科工程勘察设计有限公司 贵州省贵阳市 550000

摘要：在我国科技不断发展，各领域技术水平逐渐提高的今天，交通行业的快速发展，混凝土桥梁特别是钢－混凝土的组合桥梁得到了空前广泛应用。随着混凝土连续钢构桥的应用，在运营的过程中也出现了诸多由于温度作用而引起的开裂问题，严重影响了桥梁的安全。

关键词：桥梁设计；混凝土；温度效应

引言

混凝土材料因为性能优异、取材广泛，应用范围不断扩展。火灾高温、高纬度和极地严寒环境以及液化天然气储罐等情形使得混凝土结构所承受的温度跨越1000℃左右的高温到－165℃的低温。因此，为保证工程结构在不同环境中的安全性，需要充分了解掌握温度对混凝土材料及结构性能影响。长期以来，研究者针对不同温度下混凝土结构的性能，开展大量研究工作，形成较为系统的理论体系和设计方法。

1混凝土结构的温度效应理论

1.1温度对结构的影响

对于连续刚构桥，梁的纵向位移会受到主墩的影响，使主墩会产生较大的弯矩。日照辐射以及气温的骤变是引起结构产生温度应力以及变形的主要因素，首先需要确定桥梁各个构件的温度场、温度梯度模式以及温度设计值的大小与实际状况的接近程度，而这也正是准确计算温度应力以及变形的关键所在。待确定了温度场，温度应力则可以按照结构力学或者有限元的方法进行计算。温度的变化能够严重的影响结构的受力和变形，且随着温度分布的不同，影响的程度也会有变化，需要对同一位置不同结构状态进行测量，保证控制的有效性和准确性，需要严格的控制线形和应力。此外桥面一面会受到阳光的照射，而另一面由于靠近水温度较低，湿气较大，容易造成桥面的两侧温差较大，对桥面的变形控制较为不利。

1.2普通混凝土材料的力学性能

关于高温对混凝土材料力学性能的影响，国内外研究者开展了大量研究，几十年来积累了丰富的试验数据，并建立了力学性能随温度变化的经验公式。高温作用下，混凝土中骨料与砂浆界面处因二者温度变形差异而产生温度应力，从而发生开裂;并且由于水分散失、水化硅酸钙高温分解等，混凝土内部结构变得更加疏松，宏观力学性能发生退化。

2梁工程中常用的温度效应控制措施

2.1预先冷却原材料

可以采用加冰拌和、冷却拌和用水、预冷骨料等方式降低混凝土拌制和运输的储罐温度。石料和水是影响混凝土储罐温度的主要因素，在施工过程中可以通过洒水的方式降低水泥粗细集料的温度。如果施工所在地的气温较高，可以搭建遮阳棚避免因直晒使砂石料的温度过高，从而降低混凝土拌和的温度。为了进一步降低水泥水化反应的热量，还可以根据实际需求使用隔热、遮阳设备，使用冷却设备将拌和用水冷却后再用于拌和。水泥检测合格后，可以先在阴凉处放置一段时间，温度降低后再用于施工作业。

2.2桥梁设计方面

重视由于温度应力所导致的非结构性裂缝，通过设置横向预应力钢筋提高结构抗裂能力。同时需要注重构造钢筋的配置，温度荷载作用会导致材料的不协调变形，所以需要注意钢－混凝土结合的地方，在薄弱地区设置抗裂钢筋来防治混泥土开裂。应当根据桥梁所在的实际环境温度来选择合理的桥梁结构温度梯度模式。此外可以适当的增加桥面板铺装层的厚度，将铺装层的颜色设置较浅，通过涂刷浅色反光、散热性好的涂料来减小不同结构之间的不协调变形。

2.3通水降温

（1）布设冷却管。根据大体积混凝土的规格严格控制其层间距和水平间距，通常可采用立体布置的方式，每层分别对应独立的进、出水口。冷却水管应具有稳定性，可设置钢筋骨架，有效支撑管道并焊接固定。待冷却管安装到位后组织通水试验，检验其使用情况，例如是否存在泄漏、堵塞等问题。基础浇筑完成后马上在其外围900mm处砌筑500mm高的24砖墙，做成一个蓄水池。混凝土终凝拆除外模后表面覆盖一层塑料薄膜、两层草垫保温，并用水泵由蓄水池向预埋管内泵水。在冷却水管网的出水口处，预留螺栓洞处用温度计测量混凝土内部的温度，通过调节泵送冷却水量，将水温与外界温度之差控制在25℃以下。（2）测温。经过温度检测后采取控制措施，保证冷水通入时间以及实际温度的合理性，提高降温作业的精细化水平。为完成测温作业，需沿浇筑高度方向布设测点，保证表面、中部及底部均对应特定的测点。正常情况下测温间隔时间以2～4h为宜。测量过程中准确记录温度，判断其与混凝土深度的关系。将完整的测量结果交给现场技术人员，作为大体积混凝土施工质量控制的依据。若混凝土内外部温差达到20℃以上，则需采取针对性的降温措施减小温差，以免因温差过大而出现裂缝。

2.4温控措施

（1）浇筑时段的选定。该大体积承台浇筑时间较长，选取一天中温度较低的时段（下午16:00—次日11:00）进行浇筑，避开了高温时段，混凝土浇筑完成后及时采用湿润的土工布对混凝土表面进行覆盖和养护。（2）采用布料机代替常规的输送泵泵送工艺进行混凝土浇筑。施工过程中快速浇筑，最大限度地降低混凝土的坍落度，减少混凝土内部的水化热。（3）钢筋绑扎过程中，承台内部共预埋布设3层无缝钢管冷却水管，每层均设置单独水流进出口和3个单独水箱，并将水量刻度尺置于水箱内部，便于调温过程中的水量控制。（4）施工完成后及时对混凝土进行养护。采取白天洒水养护和土工布覆盖保湿、夜间覆盖棉被保温的方式，避免昼夜温差过大导致混凝土产生裂缝。（5）混凝土浇筑完成后及时拆模，快速回填基坑。这样不但能减少混凝土的失水量，控制大体积混凝土的干缩变形，而且避免了环境干湿交替导致混凝土体积收缩和膨胀交替变化，有效抑制混凝土裂缝的产生。通过理论分析和实时监测，施工过程中严格采取合理的温控措施，本项目大体积承台混凝土施工质量良好。混凝土浇筑完成后72h左右出现水化热温度峰值，最高温度为61.3℃，远低于常规工艺施工的大体积混凝土，施工完成后及时对混凝土进行养护。本项目大体积承台混凝土各表面均未出现裂缝，同时混凝土检测强度达到设计要求。

2.5养护阶段温控措施

当混凝土浇筑工序结束后，应及时对混凝土进行养护作业，混凝土养护主要包括覆盖养护与喷膜养护两种类型。覆盖养护是指混凝土表面用麻袋、岩棉、塑料薄膜等保温材料覆盖，或者在混凝土上方搭建保温棚以降低混凝土内部与外部温差。当混凝土被保温材料覆盖后，混凝土的内部结构温度能够缓慢降低，大幅减少内部温度应力，降低裂缝出现的概率，混凝土养护时间不得低于14d。而喷膜养护则是混凝土在拆模以后，利用化学养护剂均匀喷洒于混凝土表面，这时，养护剂在混凝土表面形成密封的薄膜层，阻断了水分挥发通道，使混凝土的湿度始终满足标准要求。但是，由于喷膜养护投入成本高，一般仅在桥梁高墩、塔柱以及挂篮悬浇梁结构中使用。

结语

桥梁工程中，大体积混凝土是重点施工内容，其施工质量将直接影响桥梁的整体品质。因此，施工人员应根据现场作业条件，梳理施工思路，按规定将大体积混凝土的混合料拌制、浇筑、振捣、养护等工作落实到位，采取合理的降温措施，为混凝土的成型提供良好的温度环境，从而提高大体积混凝土的施工质量。

参考文献

[1］方国华．混凝土温度效应对提高桥梁设计质量的影响［J］．交通世界，2020(24):59－60．

[2］陈伟利，梁艳，任海萍．大跨度预应力混凝土连续梁桥悬臂施工中温度效应的研究［J］．混凝土，2020(07):153－155+160．

[3］刘诚．钢－混凝土组合桥梁的温度场和温度效应研究［D］．清华大学，2018．

[4]赵勇祥.风冷却技术在大体积混凝土温度裂缝控制中的应用[J].中国住宅设施,2020(8).

[5]李大虎.大体积水泥混凝土结构浇注施工温度裂缝防控初探[J].建材与装饰,2020(15).