关于桥梁工程中连续刚构桥施工温度问题的探讨

廖万辉，司 俊，张天余

(贵州省公路工程集团有限公司)

1 前 言

预应力混凝土连续刚构桥结构在强烈的温差荷载作用情况下极容易导致严重的温度变形，从而对预应力混凝土连续刚构桥结构的使用性能造成影响，逐渐降低了刚构桥的安全性、适用性、耐久性的要求。

2 工程应用

2.1 工程概况

都柳江2 号特大桥位于厦蓉高速公路凯里市榕江县古州镇，横跨都柳江，主桥采用90 m +170 m +90 m 预应力混凝土变截面连续刚构箱梁，引桥采用预应力混凝土连续T梁，桥梁全长704.06 m。

主桥连续钢构箱梁箱梁顶板宽12.75 m，底板宽7 m，悬臂翼缘长2.875 m，单箱单室结构。箱梁根部梁高10.5 m，跨中梁高3.5 m，箱梁顶板厚28 cm，腹板厚度采用40 cm、55 cm、70 cm 三种厚度，箱梁根部底板厚100 cm，跨中底板厚32 cm，箱梁高度以及箱梁底板厚度按二次抛物线变化。

2.2 温度计算

2.2.1 混凝土拌合物浇筑完成时的温度

混凝土拌合物浇筑完成时的温度可以运用公式T2=T1－(аTt+0.032n)(T1－Ta)进行计算，其中a 表示温度损失系数，完成浇筑所消耗的时间用Tt表示，n 表示混凝土拌合物转运的次数，Ta表示运输过程中当地大气温度。计算过程如下

T2=30.3－(0.25×0.5+0.032×1)［30.3－25］=29.5 ℃

2.2.2 混凝土最高温升值

Tmax=T2+mce/10 +F/50

式中:Tmax为混凝土最高温度升值，℃;mce为水泥用量，kg;F为粉煤灰用量，kg;Tmax=29.5 +352.8/10 +70/50 =66.2 ℃。

另外，水泥水化热在混凝土内部产生的最高温度值Tmax也可按下式估算

Tmax=T2+WQ·ξ/с×ρ

式中:T2为混凝土拌合物经运输至浇筑完成时的温度，℃;W为每1 m3混凝土中的水泥用量，(kg/m3);Q 为水泥的水化热，(J/kg);C 为混凝土的比热，(J/kg·K)，一般取C =0.96 J/kg·K;ρ 为混凝土的密度，取2 400 kg/m3;ξ 为根据经验，不同厚度浇筑板块的散热系数，当厚度h=1 m 时，ξ=0.23;h=15 m，ξ=0.35;h=2 m，ξ=0.48;h=25 m，ξ=0.61;h=3 m，ξ=0.73;h=35 m，ξ=0.83;h=4;ξ=0.95。

刚构桥的混凝土现浇箱梁用42.5R 矿渣水泥，W=252 kg/m3，水泥的水化热Q=293 J/kg，混凝土比热C=0.96 J/kg·K，混凝土的密度，ρ=2 400 kg/m3，h=3.65 m，ξ=0.86，混凝土拌合物经运输至浇筑完成时的温度T2=29.5(℃)，则Tmax=T2+WQ·ξ/с×ρ=29.5+252×293×0.86/0.96×2 400=57.1 ℃。

2.2.3 混凝土表面温度

在进行连续刚构桥混凝土箱梁养护的时候，首先必须根据当地气候条件控制温度，并且对浇筑完成之后的混凝土表面和内部测温，必须将两者之间的温度差控制在25 ℃范围以内。

2.2.4 保温材料厚度的确定

保温材料的厚度值根据公式δ =0.5Hλ(Ta－ T6)/ λ1(Tmax－ Ta)·K 进行计算，其中保温材料的厚度用δ 表示，混凝土的厚度用H 表示，λ 表示养护材料的导热系数，λ1表示混凝土的导热系数，Tmax表示混凝土的最高温度值，Ta表示混凝土与保温材料接触面处的温度值，当内外温差控制在25 ℃时，则取Ta= Tmax－25 ℃，T6表示混凝土达到最高温度时的大气平均浊温度值);传热系数的修正值用K 表示，计算过程如下:δ=0.5 ×1 ×0.1(41.2－25)/2.3 ×(66.2－41.2)×1.3 =0.014(m)

保温材料采用2 cm 厚的麻片。其表面的温度会更高一些，保温层的厚度可相应减薄些。另附加一层塑料薄膜以保温。

两种方法计算出的最高温度分别为66.2 ℃、57.1 ℃，该温度值是连续刚构桥混凝土箱梁内部中心店的最高温度峰值，通常在混凝土浇筑后的3 d 左右产生，之后就会逐渐稳定，不会再继续升温，相反会逐渐开始降低温度。但这个温度确是很高的，混凝土箱梁底部和四周如果受到较强的约束，足以使混凝土箱梁产生裂缝为减少混凝土的水化热温升，降低混凝土的浇灌温度，减少混凝土箱梁的约束，提高混凝土的极限抗拉强度，减少温度收缩应力，预防裂缝的出现。

2.3 温度应力计算

2.3.1 混凝土收缩变形值计算

根据公式εy(t)=ε0y(1－e－0.01t)×M1×M2×M3×……M10进行计算，其中εy(t)表示各龄期混凝土的收缩变形值;ε0y表示标准状态下的混凝土最终收缩值;e 是一个常数，取值为2.718;t 表示混凝土浇筑之后产生的天数M1～M10为考虑各种非标准条件的修正系数，根据表格查取。

根据已知条件和查表，取值如下

M1=0.25 M2=0.9 M3=1 M4=1.62 M5=1.45 M6=1 M7=0.77 M8=0.21(截面积为647 m2=24.28×3.65 m)，

则r=(24.28 +3.65)×2/647 =0.09 M9=1 M10=0.76(按每1 m3混凝土含75 kg 钢筋计算:EaAa/EbAb=2.0×105 ×0.00096/2.8 ×104×1 =0.07)。

εy(t)=3.24 ×10－4(1－2.718－0.01×18)×1.25 ×0.9 ×1 ×1.62 ×1.45 ×1 ×0.77 ×0.21 ×1 ×0.76 =0.23 ×10－4

2.3.2 温差计算

Ty(t)=－εy(t)/а

式中:Ty(t)为各龄期混凝土收缩当量温差(℃)，负号表示降温;εy(t)为各龄期混凝土的收缩变形值;а 为混凝土的线膨胀系数，取1.0 ×10－5。

Ty(18)=－0.23 ×10－4/1 ×10－5=－2.3 ℃

2.3.3 箱梁混凝土的最大综合温度差

混凝土的最大综合温度差根据公式△T =T2+2/3Tmax+Ty(t)－Th进行计算，其中△T 表示箱梁混凝土的最大综合温度差;T2用来表示混凝土拌合物经运输至浇筑完成时的温度;Tmax表示箱梁混凝土最高温度值;Ty(t)各龄期混凝土收缩当量温差;Th为混凝土浇筑后达到稳定时的温度，一般根据历年气象资料取当地平均气温(℃)(5月10日浇完28 天后即6月8日，当地平均气温取35 ℃)。

T=29.5 +2/3 ×66.2 +(－2.3)－35 =36.3 ℃

2.3.4 混凝土温度收缩应力计算

由于混凝土箱梁底板两个方向的尺寸都比较大，所以需要考虑两个方向所受的外约束来进行计算。计算公式如下δ=－E(t).a·ΔT/(1－υ)·H(t)·R。其中δ 表示箱梁混凝土温度应力;H(t)表示考虑徐变影响的松驰系数;a 表示混凝土的线膨胀系数，这里取值10 ×10－6(1/℃);

R 用来表示混凝土的外约束系数，当为岩石地基时，取R=1;当为可滑动的砂或混凝土垫层地基时，R=0;υ 表示箱梁混凝土的泊松比，取值为0.15。因此计算如下

δ=－2.246×104×10×10－6×36.3/1－0.15×0.389×0.15

通过计算，该连续刚构桥箱梁混凝土，当养护温度达到41.2 ℃左右并且龄期达到18 d 的时候，强度可以达到设计强度值的100%。同时箱梁混凝土C50的抗拉度设计值为2.75 N/mm2。降温时混凝土的最大拉应力应小于混凝土的抗拉设计值。

3 施工控制

由于连续刚构桥梁上部构造施工周期较长，应根据不同季节气候变化适时调整混凝土温控措施。

夏季施工考虑施工当地平均气温在25℃左右，根据混凝土现浇箱梁特点，拟采取降低混凝土内部温度的措施来控制温差，即按施工组织设计要求，在混凝土内部埋设循环冷却水管，砂石骨料必须定时用水冲洗降温，混凝土泵送过程应当适时假如缓凝剂降低浇筑时候的水化热等措施。表面温度的控制采取一层塑料薄膜加两层麻絮并洒水养护，混凝土浇注完成做好测温。

冬季施工时，为保证箱梁养护时的温度，并使内外温差控制在20 ℃，因此可考虑将拌合用水加热并尽可能缩短混凝土运输时间，输送泵可采用毛毯进行包裹。养护时可在挂篮的尾端安装1 立方容积的锅炉采用热水养护，热水一般加热温度控制在50 ℃左右方可使用。箱梁混凝土浇注完毕待初凝后，立即对顶板和底板混凝土表面用麻片进行覆盖，防止混凝土受冻。挂篮顶用型钢搭设支撑架，军用帆布封顶以减少混凝土热量散失且可遮挡雨雪;挂篮的前后和两侧可用土工布做成卷帘，在施工有干扰时卷起，无影响时保持封闭，避免混凝土热量散失。箱梁内箱保温采用数盏碘钨灯进行烘烤，确保箱内温度并做好温度监测。

4 结束语

通过对连续刚构混凝土箱梁三个施工阶段日照温度场的实桥观测，确定了各个施工阶段对混凝土箱梁日照温度场的影响方式和影响大小;确定了混凝土箱梁日照温度场和温度梯度的特点，为混凝土连续刚构桥梁的研究和设计工作提供了定性指导;通过对实桥项目三个阶段的温度观测及观测数据的整理，得出了混凝土箱梁日照温度场分布特点的几个结论，其中，混凝土箱梁桥面铺装对箱梁日照温度场影响较大对于箱梁组合截面梁桥，边箱梁的内侧与外侧温度场差异较为明显等特点对今后的研究及设计工作具有参考作用。

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