单室箱梁电热器养护温度场及温度效应研究

摘要

桥梁箱梁的预制过程中，因为单室箱梁的局部尺寸较大，导致内外温差明显，影响箱梁的出品质量；又遇冬季施工，箱梁混凝土强度增长缓慢，影响施工的进度。为了不延长甚至缩短施工工期，需要研制出快速预制箱梁的施工技术。
　　本文依托重庆西站站房及相关工程，选取了26.58m单箱单室箱梁为研究对象。在施工现场进行了同养条件下的混凝土试块强度试验，以及单室箱梁在电加热保温养护工艺下的温度监控试验。首先确定了箱梁的养护方法，研究了保温措施。然后对箱梁温度场理论模型和热工参数进行了讨论，在此基础上采用有限元分析软件ABAQUS对该养护条件下的箱梁的温度场进行计算，然后与现场实测结果进行了对比验证。最后进一步计算了箱梁的应力场，对该冬季养护工艺进行了反馈分析。得出了以下的主要结论：
　　①在箱梁温度场的发展变化的初期，首先影响的主要因素是箱梁自身的水化热。箱梁所使用的高性能混凝土初期放热量大，放热迅速，温度上升迅速。箱梁的最大温差出现在浇筑之后的78h，此时箱梁翼缘端的温差梯度显著。箱梁最高温度可以达到42.3℃，出现在顶板与腹板的连接处的芯部。箱梁顶板和腹板有明显的升温、恒温、降温三个阶段，而翼缘端则在达到温度峰值后就开始缓慢降温。
　　②顶板和腹板的理论值和实测值误差总是存在的，最大误差约为7％，模拟计算结果与实测结果吻合较好。所建立的有限元的模型可以较好地模拟实际的单孔箱梁在此养护条件下的温度场。
　　③混凝土浇筑之后初期在温度较高的局部出现了压应力区。而温度较低的外表面和低端约束较强的区域出现了拉应力区。随着龄期的增长，拉应力明显增长，压应力的增长并不明显。最后形成内孔室表面一圈的混凝土受压应力，而整个箱梁的外围区则受到拉应力。最大应力出现的位置就是在翼缘端，出现时间对应着78h，同时也是最大温差出现的时间。
　　④箱梁在该电热器加热保温的养护条件下在有限元分析模拟下是安全有效的，并不会因为温度变化而产生早期裂缝。在实际工程应用中，也未在梁体上观察到裂缝产生。
　　本文的创新点有：本文具有以下的创新点：
　　①提出了单室箱梁采用电热器加热保温的养护方法；
　　②采用现场监测和有限元软件模拟结果对比的研究方法；
　　③使用生产活动提供研究工作的数据，研究结果改善实际生产的双向反馈机制。

目录

1 绪 论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究概况

1.3依托工程概况

1.4本文的研究方法

1.5本文的主要研究内容

2 预应力单室箱梁加热保温快速成型施工技术

2.1混凝土冬季施工

2.2施工工艺的设计

2.3工艺原理和适用范围

2.4工艺流程

2.5本章小结

3 箱梁温度场、应力场和裂缝基本理论

3.1热传导基本原理

3.2热传导的变分原理

3.3 计算温度应力的有限单元法

3.4裂缝控制概论

3.5本章小结

4 箱梁现场试验和热工参数确定

4.1温度监测试验

4.2混凝土强度试验

4.3导热系数的确定

4.4比热容的确定

4.5密度的确定

4.6水化热的确定

4.7表面放热系数的确定

4.8其他参数的确定

4.9本章小结

5 箱梁加热保温温度场分析

5.1计算假定

5.2电热的温度荷载模拟

5.3箱梁建模

5.4温度场计算结果

5.5监测结果和计算结果对比分析

5.6箱梁自然养护条件下的温度场

5.7本章小结

6 箱梁加热保温应力场分析

6.1计算假定

6.2边界条件和参数确定

6.3允许抗拉强度

6.4有限元建模与应力分析

6.5本章小结

7 主要结论与展望

7.1主要结论

7.2本文创新点

7.3今后研究展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B.作者在攻读硕士学位期间参与的专利

C.作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目