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高铁箱梁预制过程中的温度控制研究

李学民  
【摘要】:摘要:目前,我国高速铁路建设进行得如火如荼,高架桥梁结构在高速铁路建设中所占比例很高,一般线路中所占比例达70%~80%以上,所以桥梁工程的施工速度往往决定着一条线路的建设总工期,直接影响着工程项目的社会效益及经济效益,而整孔简支箱梁预制工作在桥梁建设中所占工期最长、投资最大,预制过程中,温度控制的成效直接决定着箱梁的预制质量及周期,所以箱梁预制过程中的温度控制显得十分重要。缩短箱梁预制周期、加强温度控制,快速制梁、保证其耐久性,受到世界同行的广泛关注。 本文通过对高铁箱梁预制过程中的温度控制的研究,得出在保证简支箱梁结构耐久性基础上的快速预制施工工艺。本文的主要研究内容和成果概括如下: (1)为使高速铁路简支箱梁预制周期得到有效压缩,从简支箱梁混凝土养护过程的升温和降温两个阶段出发,初步确定了简支箱梁混凝土的最佳蒸养时程,提出了在简支箱梁腹板中增设冷却水管进行梁体降温的方法、在简支箱梁预应力孔道中通入冷却水进行梁体降温的方法、在简支箱梁内腔中使用通风机进行通风降温的方法及其他加速梁体降温的方法等。并在简支箱梁预制现场进行了快速降温试验,验证了该快速降温措施的可行性。 (2)采用有限元软件ANSYS对简支箱梁在自然养护状态下、箱梁内腔通风措施下和预应力孔道通冷却水降温措施下的温度场进行了计算,结果表明,在自然养护状态下,箱梁混凝土的最高温度高达66.52℃,箱梁内外最大温差高达25℃,养护时间高达98h。在预应力孔道通水降温措施中,循环水水温等级宜为25℃-15℃,在该温度下,简支箱梁的最高温度明显降低,由自然养护时的66.52℃降至57.88℃,降温速率明显加快,增幅最大达60%,简支箱梁梁体内外温差明显减小,温差超过15℃的持续时间约由自然养护时的60h减少为9h。由此可见,预应力孔道通冷却水的降温措施具有良好的效果。在通水降温措施下,简支箱梁混凝土共需养护时间为60h。 (3)对简支箱梁在自然养护状态和快速降温措施下的温度场进行实测试验,得到了相应条件下详细数据。将仿真分析结果与实测结果进行对比得出:仿真所得的温度时程变化曲线与实测温度时程变化曲线吻合较好,仿真所得的最高温度、最高温度的位置、最高温度时刻、温降速率等与实测数据较为接近,误差不超过5%。由此可得,论文中确定的热物理参数及热边界条件较为合适,能够反映实际情况,可以用来进行下一步温度场的仿真分析。 (4)在5个施工工地现场,将182个混凝土试件分别放置于采用蒸汽养护的梁体的不同位置,与梁体混凝土进行同步、同条件下的蒸汽养护,在预定时间将试件取出进行强度试验。通过对试验数据的分析,并结合对大量已有实测资料的分析以及最高温度对混凝土后期强度发展的影响的研究得出,简支箱梁混凝土的最高容许温度限值可放宽至65℃。 (5)通过对简支箱梁混凝土温度应力场的有限元分析,并结合国内外对温差裂缝的现场实测及研究资料发现,在取最大温差梯度安全系数为1.25的情况下,我国规范规定的15℃的温差界限过于严格,推荐简支箱梁混凝土的极限温差梯度取为20℃。 (6)针对简支箱梁混凝土的养护过程,提出了满足规范限值要求的夏季和冬季的养护工艺以及满足本文推荐温度指标的夏季和冬季的养护工艺。简支箱梁目前在夏季自然养护以及现行的冬季蒸汽养护过程中,不仅养护时间过长,而且混凝土的最高温度以及内外温差等温度指标都严重超标。在此基础上,本文提出了严格满足规范限值要求的夏季和冬季的养护工艺,在该养护工艺下,简支箱梁混凝土夏季养护时间降为56h,冬季养护时间降为81h。并提出了满足本文推荐温度指标的夏季和冬季的养护工艺,在该养护工艺下,简支箱梁混凝土夏季养护时间已不再受温度指标的控制,冬季养护时间降为63h。


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