淮河特大桥主桥墩柱的温度应力分析

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1、淮河特大桥主桥墩柱的温度应力分析李恒太,占建斌45淮河特大桥主桥墩柱的温度应力分析1,22李恒太,占建斌(1.中铁十二局集团第四工程有限公司,陕西西安710021;2.湖北工业大学土木工程与建筑学院,湖北武汉430068)摘要:以淮河特大桥为工程背景,运用有限元分析软件建立该桥墩柱计算模型,对墩柱浇注温度场及温度应力场进行仿真分析,对比实测温度与理论温度,研究温度场及温度应力场随时间变化的发展和分布规律。分析结果表明,实测温度和理论温度吻合较好,二者得出的温差均小于25,满足温控要求;理论计算的墩柱

2、最大拉应力小于容许拉应力。实际墩柱结构未出现裂缝,采用冷却水管等温控措施是有效的。关键词:桥墩;大体积混凝土;温度场;温度应力场;有限元法中图分类号:U448.25;TU317.1文献标志码:A文章编号:1671-7767(2010)02-0045-041引言粉煤灰&砂&石&矿粉=300&46&703&1086&-6-1大体积混凝土结构广泛应用于水利水电工程、84;热性能参数为:热胀系数7.810,比热港口建筑物、原子核反应站、高层建筑物基础、桥梁1.08kJ/kg葉,混凝土绝热温升40;其弹性模量

3、4等结构中,具有结构较厚、体积较大和施工复杂等特为3.4510MPa。主墩分4层浇注,即:第1层6点。混凝土浇筑后,如果水泥水化产生大量水化热m,约浇注7h,第2~4层均为5m,分别约浇注6引起的温度应力使混凝土的应力大于当时的混凝土h,浇注时间间隔为6d;其中墩座与墩柱的浇注时抗拉强度,结构就会产生裂缝。温度应力对整个大间间隔为5d。主墩浇注方法为:先立模后下钢筋体积混凝土的应力分布起着重要作用,其分析比其笼,再由下往上边倒混凝土边用插入式振捣器振实;它外荷载作用下的应力分析复杂的多,因此,正确把

4、各层连接处钢筋采用焊接方式连接。在混凝土浇注握大体积混凝土内、外温度应力的发展过程和分布过程中对墩柱芯部和表面进行多点监控,按规范要规律,对制定合适的温控标准、采取相应的防裂措施求埋设测温元件,指定专人使用电子测温器测量。以正确指导大体积混凝土施工有着重要意义。本文以淮河特大桥为工程背景,采用有限元法对墩柱施3计算分析工后温度场和温度应力场进行分析。3.1混凝土温度场计算原理混凝土内部温度场分布是随龄期变化情况的瞬2工程概况[1]态温度场,可用具有内置热源的固体三维正交各淮河特大桥主桥从淮河北岸大坝

5、至南岸大坝,向异性热传导微分方程来描述,即:里程为DK837+064.47~DK838+115.79,长TTTf(t)TKx+Ky+Kz=1051.32m。主跨跨越淮河主河槽(淮河为三级通xxyyzzCt航河道),设计以(48+580+48)m7孔一联预应(1)力混凝土连续梁通过,双孔通航,其中主墩承台尺寸式中,Kx、Ky、Kz为混凝土3个方向的导热系数;T为15.2m13.6m4m。主、边墩均采用圆端形为混凝土的瞬时温度;C为混凝土的比热;为混凝变截面实体桥墩,主墩墩身高21m,为大体积混凝土的密

6、度;f(t)为放热速率,由水泥的水化热Q(t)-mt土结构。由于过大温度应力会产生裂缝,故施工时=Q0(1-e),可得放热速率f(t)=dQ/dt=-mt采取以下防裂措施:!优化混凝土配合比,控制原材mQ0e,t为水化时间,Q0为t()时的水泥水化料的质量;瘍预埋冷却水管;#降低混凝土入模温热,m为定值,随水泥品种不同而变化。度;養加强混凝土保温养护;%加强测温控制。由热传导方程(1),根据已知的初始条件和边界主墩混凝土强度等级为C50,配合比为水泥&条件求得混凝土的温度场。通过有限元离散,可得收稿

7、日期:2009-10-09作者简介:李恒太(1959-),男,高级工程师,1996年毕业于甘肃工业大学土木工程专业,工学学士(Email:lihengtai@126.com)。46世界桥梁2010年第2期[2]矩阵方程:dT[C]+[K]{T}={Q}(2)dt式中,[C]为比热矩阵,考虑系统内能的增大;[K]为传热矩阵,包括导热系数、对流系数、辐射率以及形状函数;{T}为节点温度向量;{Q}为节点热流率向量,包括热生成。最后将式(1)计算得到的T/t代入式(2)得到混凝土温度{T}。3.2混凝土温

8、度应力场计算原理混凝土结构的温度场求得后,可根据弹性理论求得混凝土各部分的温度应力。由于混凝土的弹性模量是随时间变化的,故可采用增量法进行计算。对于重力式墩,其温度应力为:图1墩柱有限元计算模型nnEi!Ti(t)=議iH=議1-瘍(3)i=1i=1式中,!为线膨胀系数;T为温差;瘍为泊松比;H为应力松弛系数;E为弹性模量,随龄期变化而变化,可采用下式计算E:-!#E(#)=E0(1-e)(4)式中,#为龄期;E0为#()时的最终弹性模量;!为常数,经验取为0.09。