新型哑铃型钢管混凝土拱肋施工阶段水化热温度试验研究

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发布时间：2021-09-03

资料介绍

新型哑铃型钢管混凝土拱肋施工阶段
水化热温度试验研究
林春姣’，林春伟，欧伟’
(1．广西大学土木建筑工程学院，广两南宁530004；2．广西建筑工程质量检测中心，广西南宁53001 1)
摘要：通过对某新型哑铃型钢管混凝土拱桥的拱肋施工过程温度效应的现场实测，显示该截面类型的钢管混凝土拱肋在施工阶段的水
化热升温显著，先浇筑弦管升温与等直径单圆管一致，后浇筑弦管升温高于先浇筑弦管。试验结果为后期结构温度效应及结构基准温度的
确定提供了参考依据。
关键词：钢管混凝土拱桥；新型哑铃型截面；水化热；温度
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2011)08一Ol38一O2
Experimental research on hydraulic tem perature efects during construction of concrete filled steel
tubular arch bridge w ith new type dumbbell-shaped section
L／NChun-jiao ，LINChtm—wei ，OU Wei
(1．School ofCivil Engineering andArchitecture，GuangxiUniversity，Nanning 530004，China；
2．Guangxi Construction Testing Center，Nanning 53001 1，China)
Abstract： Tested on the hydration temperature effects during construction of a concrete filled steel tubular arch Bridge with new type Dumb—
bell—shaped section，it showed that the high temperature on dumbbell-shaped section caused by Hydration heat would be obvious．And the tempera—
ture on first casting tubular was similar to that on the same diameter single one，and the temperature on post casting tubular was higher than the
first casting．The results would be as reference for the similar bridges．
Key words： concrete filled steel tubular arch bridge；new type dumbbell—shaped section；hydration heat；temperature
0 引言 1 工程概况
哑铃形截面是钢管混凝土拱桥常用的截面形式[1]，其中包括
传统哑铃型截面和新型哑铃型截面。传统哑铃型截面是指由上
下两个圆钢管混凝土和两块联接钢板(腹板)及板内的混凝土组
成的截面；新型哑铃型截面在腹腔内不灌混凝土而型钢加劲。
研究表明，钢管混凝土拱结构水化热残余的温度应力很大
程度影响该结构的计算合龙温度和后续的温度效应分析。传
统的哑铃型钢管混凝土截面的水化热温度明显高于相同管径
的单圆管截面『5_q]，在确定其计算合龙温度时，应充分考虑其较
高水化热的影响。新型哑铃型钢管混凝土拱肋的腹腔内未灌注
混凝土，从形式上看其水化热温度变化相当于独立的两个单圆
管，往往不容易引起重视。事实上，每个新型哑铃型截面钢管混
凝土拱肋由上下弦管组成，上下弦管之间距离较近，与完全分
离的两根单管有所不同，而且上下弦管内混凝土浇筑时间不同，
【犬j此其相互影响的可能性比较大，尤其是先浇弦管对后浇弦管
的水化热升温有一定的影响，这也会影响到拱肋结构的计算合
龙温度。
本试验研究了新型哑铃型截面钢管混凝土拱肋成型过程
中的水化热温度分布，为其后续温度效应分析提供试验数据。
收稿日期：2011-02—27
基金项目：广西大学科研基金项目(X09l0l3)
· 138·
广西南宁市的一座大型桥梁分为左右两幅桥，由两座并列
的中承式钢管混凝土系杆拱桥组成。桥梁主跨跨径1 1 1．5 m，主
拱拱肋形式为等截面新型哑铃型，截面高度3．0 m，上下弦管直
径1 200 ITlIn，壁厚18 mm，腹板问距666 mm，壁厚18 mm，弦
管内灌注C50微膨胀混凝土，腹腔内设加劲型钢，不灌注混凝土
(图1)。拱肋?昆凝土灌注顺序为先灌上弦管，后灌下弦管。由于
拱肋钢管的管径较大，对该桥拱肋进行了实桥水化热温度试验。
2 试验测试及结果分析
2．1 测试截面与测点布置
试验选择主桥北面一跨进行测试。测试截面分别选择拱脚
截面和拱顶截面。其中每个测试截面上布置6个温度测点。截
面测点布置如图1所示。
试验测试}昆凝土浇筑后的结构温度、大气温度变化情况。在
混凝土硬化早期约每6 h左右测读数据1次，温度变化高峰期过
后每天测读2次，直到水化热影响基本结束。
2．2 温度曲线分析
图2~4为混凝土灌注后拱顶及拱脚截面上各测点的温度
70
6O
50
芝4o
蔷30
20
1O
图1 拱肋截面温度测点布置图(单位：mm)
40 80 120 160
时间，h
图2 拱顶截面温度变化时间历程曲线
0 40 8O 120 160
时间，h
图3 南拱脚截面温度变化时间历程曲线
7O
60
50
芝4o
30
2O
l0
200
0 40 80 120 160 200
时间／h
图4 北拱脚截面温度变化时间历程曲线
变化曲线。图中横坐标为时间，以混凝土浇筑完成作为时间起点，
以小时(h)为单位；纵坐标为测试得到的温度值，以摄氏度(℃)
为单位。
该桥灌注拱肋混凝土顺序为先上后下，上、下弦管混凝土
灌注时间差为4 d。因此，拱肋的水化热温度曲线总体上表现为
驼峰形状：第一个波峰为灌注上弦管混凝土后的结构温度变化，
第二个波峰为灌注下弦管混凝土后的结构温度变化。具体来
说，上弦管灌注混凝土后，该圆管内的测点温度迅速升高，达到
最高温度后逐渐下降，经过约60～80 h后，结构温度逐渐接近但
仍然稍高于大气温度，而下弦管内测点温度基本不受影响，与
大气温度保持一致；浇筑下弦管混凝土后，下弦管内测点的温
度变化过程与上弦管测点大体相同，在急剧升温后再逐渐下降，
但下弦管温度变化幅度整体比上弦管温度升高10℃左右(拱顶
截面处高7℃)，上弦管则受到下弦管的影响减慢了温度下降速
度。上、下弦管水化热温度持续时间大致相同。此后结构温度主
要受环境温度影响。
上弦管水化热温度升温幅度最大为拱顶截面，截面中心(a点)
温度达到75℃以上，拱脚截面中心温度接近50℃ ；下弦管温
度升高幅度最大仍为拱顶截面，其截面中心最高温度超过上弦
管．达到83℃以上，拱脚截面中心温度则达到接近60℃。测试
结果表明该结构水化热升温非常显著，而且后浇筑的弦管水化
热升温幅度要高于先浇弦管的升温幅度。
在拱肋纵向，拱顶截面与拱脚截面升温幅度相差较大，拱顶
截面上、下弦管中心最高温度均较拱脚截面中心最高温度高25℃
左右。在相关文献研究中，曾提出在不考虑自然环境竖向不均匀
温度场时认为拱肋的结构温度沿纵向均匀分布口，但在实桥中
测试发现水化热温度在纵向的不均匀分布仍然不可忽视。
横截面温差：拱顶截面上弦管(先灌注)截面中心温度与边
缘温度最大相差10℃，拱脚截面中心温度与边缘温度最大相差
8℃；拱顶截面下弦管(后灌注)截面中心温度与边缘温度最大
相差20℃左右，拱脚截面中心温度与边缘温度最大相差13℃。
测试结果表明，后灌注弦管(下弦管)的截面温差值要稍大于先
灌注弦管(上弦管)的截面温差。
对上述结果分析原因：在大气温度变化不大的情况下，由于
钢管导热性能好，对先浇筑混凝土的散热未形成阻隔作用，先浇
弦管散热较快，因此上弦管升温幅度相当于单圆管截面的水化
热升温，截面温差也基本由单圆管管径决定；而下弦管的水化
热在散热过程中，上弦管混凝土已经成型，一定程度上降低了
其散热效率，因此下弦管的升温幅度大于上弦管，其截面温差
也大于上弦管。
3 水化热温升对管混凝土拱桥结构和施工的
影响
为了充分发挥材料和结构的优越性能，钢管混凝土拱桥的
拱肋混凝土一般采用高强混凝土。有研究认为，水化热产生的高
温对混凝土强度发展有较大的影响，因此过高的水化热也会在
一定程度上影响钢管混凝土结构的强度。此外，过大的截面温差
也极易使管内混凝土产生裂缝从而降低结构性能。
另一方面，由于施工工艺不同，水化热作用对钢管混凝土
拱桥基准温度的产生了重要的影响，其计算合龙温度问题仍是
一个有待进一步研究的问题，而包括新型哑铃型截面在内的其
他截面形式的钢管混凝土拱肋使得该问题更为复杂。
钢管混凝土拱肋成型时截面上往往残余有水化热温度内
力和温度应力，其大小对钢管混凝土拱桥计算合龙温度的确定
起到关键作用l2_]]。对于圆截面钢管混凝土拱肋来说，拱肋混凝
土一次灌注完成，结构成型后，由残余在拱肋截面上的温度内
力和结构温度即可推算出其基准温度。而对于哑铃型截面的钢
管混凝土拱肋来说，其成型过程需要经历先后两次混凝土灌注，
出现两次水化热温度作用，因而在拱肋的上、下弦管中残余的
温度内力和温度应力也不同，所以结构的计算合龙温度还不能按
照单圆管截面形式的方法进行确定，应进一步研究其确定方法。
由于钢管高强混凝土的水泥含量比较大，产生的水化热升
温幅度和截面温度梯度都比较高，对拱肋结构的不利影响较大。
因此建议在设计和施工中采取适当的措施控制结构的水化热升
温幅度和截面温差，有效降低拱的基准温度，有利于钢管混凝土
拱桥的受力，同时也有利于防止管内混凝土产生温度裂缝。