王前东（河南省收费还贷高速公路管理中心450016）
摘要：大跨径连续钢构桥墩顶梁其体积较大，故在施工过程中水化热可导致混凝土在硬化期间承受较大的温度应力。基于工程热传导理论，应用有限元分析程序ANSYS，对苏通大桥辅助航道桥的墩顶梁进行了仿真分析，计算了各个时间段的墩顶梁温度场分布，并将其与实测值进行了对比分析。结果表明：墩顶梁内部温度最高可达68.5oC，最大温升可达44.7oC；新旧混凝土结合面处的温度倒灌影响深度可达1.5m，温度梯度可达25.8oC；混凝土养护期间，应根据箱梁土水化热温度场的特点，对重要部位进行有针对性的养护。
关键词：连续刚构桥；墩顶梁；水化热；有限元；监测
《公路桥涵施工技术标准》（JTJ041-2000）中规定：现场浇注的最小边的尺寸为1～3m且必须采取措施以避免水化热引起的温差超过25℃的混凝土称为大体积混凝土[1]。大部分大跨径的混凝土箱梁桥的墩顶梁具备了上述大体积混凝土结构的特征，但墩顶梁配筋繁多，在构造上又不允许用冷却水进行降温，内部热量不容易散失，使外界环境温度远低于混凝土内部温度，形成较大的温度梯度，从而产生较大的温度应力，引起梁体表面开裂，对结构的后期施工和运营带来隐患[2~3]。因此有必要对大体积混凝土基础在施工初期的水泥水化热温度场进行理论预测。
本文就0号箱梁的自身特点，介绍了墩顶梁水化热仿真分析过程中混凝土参数的选取以及边界条件的取值方法，最后以苏通大桥辅助航道桥的墩顶梁为例，对墩顶梁的水化热温度场进行了数值模拟，分析了水化热发展的规律，可为混凝土箱梁设计与施工提供有益的参考。
1有限元计算原理
2工程实例
苏通大桥位于南通市和苏州（常熟）市之间，全长8146m，由北引桥、主航道桥（主桥）、中引桥、专用航道桥和南引桥组成。其中苏通大桥辅航道桥跨径布置为140+268+140=548m，全桥采用单箱单室直腹板混凝土结构，箱梁顶宽16.40m，底宽7.5m。根部梁高15m，高跨比为1/17.9，跨中梁高4.5m，高跨比为1/60，梁高采用1.6次抛物线变化；顶板厚0.28m，底板厚度采用1.7m（根部）～0.32m（跨中）渐变，腹板厚度采用0.7m-0.6m-0.5m三级变化。主梁采用60号高性能混凝土。
2.1模型建立
苏通大桥辅桥墩顶梁和1号箱梁同时浇筑，分两次浇筑完成，第一次浇筑8m，第二次浇筑8m，浇筑时间分别为2005年11月24日和2006年1月4日，温度测点布置如图1所示，在建模时将其分为两部分，如图3所示。
2.2计算参数的取值
式中。
本文将箱梁内外表面的边界情况分为四类，即无木模板外表面、有木模板外表面、有开口内腔内表面和无开口内腔内表面。对应的风速分别取为3m/s、3m/s、1m/s和0m/s，由上式插值可计算出换热系数分别为31、31、24和20KJ/m2∙h∙oC。
3计算结果与实测数据分析
图4为底板、腹板和顶板处中心测点的实测值与计算值的温度时程图。从图中可以看出，混凝土硬化早期，温度经历了较快的温升阶段，到达最高温度后，进入缓慢的降温阶段。底板、腹板和顶板处测点的最大温度分别可达64.7oC、49.8oC和38.5oC，其中底板与顶板处测点温度的理论值与实测值吻合较好，这说明本文采用的混凝土水化热放热率和混凝土的热力学参数较为合理。腹板处测点温度的理论值比实测值偏小，偏差最大为3.9oC，误差产生的主要原因可能为第一次实际浇筑高度高于预定的8m，增加了2号测点到混凝土上表面的距离，从而使理论计算值偏小。因此，所建立的有限元模型可以较好的模拟混凝土箱梁浇筑后的温度场，为温度控制提供依据。
图4点2、8和18实测和计算温度时程图
图5为在结合面处向下2.5m深度范围内的竖向温度梯度分布图，由图可见温度倒灌影响深度可达约1.5m，1.5m范围内在28h时温度梯度达到最大，为25.8oC，故在水化热温度控制时，要注意新旧混凝土结合面处的温度控制问题。
图5结合面向下2.5m深范围内的竖向温度梯度
5结论
合理选取计算的参数，利用ANSYS建模，可以较好的模拟墩顶梁浇筑后的温度场，为温度控制提供依据；厚度较厚的构件，绝热温升较大，出现时间较晚；厚度较薄的构件，绝热温升较小，但出现时间较早；新浇筑混凝土与旧混凝土结合处，会产生温度倒灌现象，故在结构设计时应做好，旧混凝土结合面处的温度控制问题。
参考文献：
[1]中华人民共和国行业标准.公路桥涵施工技术标准(JTJ041-2000).北京:人民交通出版社,2000,5
[2]卢文良,季文玉,杜进生.铁路混凝土箱梁温度场及温度效应[J].中国铁道科学,2006,(06):49-54.
[3]张岗,贺拴海,时变对流模式下混凝土厚壁结构内生热场分布[J].长安大学学报(自然科学版),2010,(02):64-69.
[4]CristofariC,NottonG,LoucheA.Studyofthethermalbehaviorofaproductionunitofconcretestructuralcomponents.AppliedThermalEngineering,2004,2004(24):1087-1101
[5]徐丰.混凝土箱梁桥温度效应关键因素研究[D].导师:张海龙:华中科技大学,2009
[6]KwakHG,HaSJ,KimJK.Non-structuralcrackinginRCwalls:PartI.Finiteelementformulation.CementandConcreteResearch,2006(36):749-760.