探讨沥青高温摊铺对钢筋混凝土箱梁的影响

2016-11-30朱传勇刘泰赟济南汇通联合市政工程有限责任公司山东济南250000

中国科技纵横 2016年2期

朱传勇刘泰赟(济南汇通联合市政工程有限责任公司,山东济南 250000)

探讨沥青高温摊铺对钢筋混凝土箱梁的影响

朱传勇刘泰赟
(济南汇通联合市政工程有限责任公司,山东济南 250000)

【摘要】沥青混凝土在摊铺时,温度通常会达到150℃左右,这一温度必定会造成桥梁结构中产生不利的温度场。沥青摊铺对钢筋混凝土箱梁影响是多方面原因形成的结果。大多钢筋混凝土箱梁在调平层施工完成后,没有进行沥青摊铺前,主梁表层状况较好,在沥青摊铺后在主梁腹板、顶板以及翼板中产生裂缝。这些裂缝有可能是因为桥梁施工品质的原因导致而成,也有可能是因为沥青摊铺温度效应引起。

【关键词】沥青高温摊铺钢筋混凝土箱梁

1 摊铺温度场的分布规律

沥青层温度由于外界因素所影响而逐渐降低，沥青表面温度降低过程与沥青层内温度下降过程具有差别。将摊铺到断面的时间为零进行对比，两个断面的沥青层表面及地面温度变化相似，不同断面温度变化规律相同。沥青高温摊铺作用下，箱梁中腹板、边腹板以及顶板温度场的转变规律为:(1)顶板在调平层顶面温度达到最高时最不利，而腹板及底板纵向在调平层在最高温度出现30min左右时最不利，摊铺2h中是沥青摊铺效果不利的时期，沥青摊铺作用不利的影响深度是30cm。由于日照及摊铺作用的叠加作用，综合深度约为50cm。(2)不同高度处最高温度显著不同。梁高不同位置测点所能获取的最高温度显然不同，由于调平层顶面距离的增多，所有测点所能获得的最高温度降低，调平层顶面实测最高温是76℃，沥青高温摊铺对桥梁结构温度场的分布影响较大，调平层顶层测点所提高的温度程度已贴近新桥规规定的日照作用中的最大值。(3)依照梁高各点实现最大值的时间也具有较大差别。由于深度的增加，所有位置测点实现最大温度值的滞后时间也有所增加，构成线性关系，通过数据结合处相应曲线。(4)箱梁所有位置的升温速率。对于沥青摊铺而言，测点通过了升温及降温两个变化，升温速率显著超过降温速率。由于深度的增加，升温速率在逐步降低，大多为幂函数递减，到达深度为50cm处升温速率为0。(5)中腹板、顶板及边腹板温度场分布规律比较。顶板及腹板在调平层顶面测点上升至最大值时，竖向温度分布相同，可是由于时间的增加，同高度顶板降温速率低于腹板，使得同高度顶板温度值超过腹板。这是由于腹板以下为混凝土热传导，而顶板以下为空气热传导，空气导热系数低于混凝土[1]。(6)沥青摊铺作用中的横向温度分布。摊铺中使用梯形摊铺，左右两台摊铺机械前后距离为15m，实测体现在内侧摊铺完成而外侧摊铺开始前横向温度分布差别明显，在全断面摊铺完成后，横向与高度的温度差别快速降低，同高温的温度逐步贴近，梯形摊铺引发的横向温度效应较低[2]。

2 外界因素分析

对沥青混凝土摊铺中桥梁构造温度场分布因素产生影响中，除却本身热特征外，还包含了太阳辐射强度及风速，也就是环境因素、沥青铺装层厚度，乃至所有介质的温度差值。

(1)太阳辐射强度的影响。对温度场分布而言，重点在于最大温度梯度分布状况。因为沥青混凝土摊铺引发温度变化在短期内实现最大值，太阳辐射作用变化较小，计算时可以将太阳辐射当做形成箱梁温度变化给予考量。(2)沥青混凝土摊铺起始时间的影响。因为日照温差的影响，因此不同摊铺起始时间，箱梁中初始温度分布形式不同。为了对比其作用，可以在8:00、14:00、18:00进行测量梁体温度，当做初始条件创建模型，并进行对比，其中沥青与大气热交换系数为15.0.通过三个不同时间的温度分布，以及不同初始温度环境中的计算情况可以看出，在14:00摊铺时，温度梯度最大，对结构最具影响。造成最大差值不同的重要因素为梁体自身初始温度梯度形成，因此进行沥青摊铺引发最不利温度梯度作用中，仅进行梁体施加均匀温度的核算。(3)梁体初始温度影响。梁体初始温度的差异是通过季节温差形成的，沥青混凝土摊铺引发的最大温度梯度分析中发现，沥青与大气热交换系数为15.0。梁体初始温度提高10℃，温度梯度最大温度差值降低3℃。梁体初始温度对影响较小。以最大温度梯度温度变化率可以发现，距调平层顶的距离是15cm，这区间的变化速率较大，15至40cm之间的变化较慢。(4)风速的影响。风速对沥青混凝土及大气的热交换素的的影响则为热交换系数大小。不同热交换系数并不会对温度梯度最大温度差造成显著影响。热交换系数由10至40变化中，最大温差值相差42℃。由于交换系数的提高，对深度的影响逐步降低。影响深度会由于热交换系数的增加而降低线性，最大影响深度为34cm。通过最大温度梯度的变化率，在距调平层距为15cm内的变化速率较大，在15至40cm区间变化较慢[3]。(5)沥青混凝土摊铺厚度的影响。沥青混凝土摊铺厚度会将热交换时间增多，热传递深度提高。调平层顶端直接与沥青铺装接触，对调平层顶端所能实现的最大温度几乎不具影响，对调平层以下的温度分布影响较低，对最大温度差值的作用稍有提高。通过温度下降速率可以发现，基本只对15cm以内的影响较大。

3 沥青高温摊铺对钢筋混凝土箱梁的分析

3.1 提出沥青摊铺温度梯度模式

(1)最大温差取值。影响最大温差值的因素包含了沥青摊铺的始末时间、太阳辐射情况、日温差、沥青摊铺层厚度以及沥青下料温度。沥青高温摊铺作用中梁体温度梯度应当分成摊铺前梁体日照温差及摊铺引发的温度。摊铺前梁体日照温差与当日阳光辐射状况、大气温度及摊铺始末时间相关。摊铺引发的温度大多与摊铺梁体初始温度、沥青层厚度以及沥青摊铺下料温度相关。(2)最大温差梯度竖向变化形式。温差曲线指数体现的是最大温差梯度曲线的缓和状况，其与梁体材料的热物理参数及梁体温差值有关，而前者体现出梁体热传导能力的强弱，后者可以对梁体传热速率造成影响。

3.2 沥青摊铺温度模式的试验验证

为验证所提出温度模式的有效性，通过新模式核算出试验桥温度分布曲线并与实测最大温差梯度曲线进行比对，可以发现温度梯度模式核算中最不利温度分布与实测数据吻合度较高，特别对于高温范围而言，变化规律与实验值相符。这也体现出，温度模式较为合理，可通过试验验证后，在相同钢筋混凝土箱梁中进行推广。