探討瀝青高溫?cái)備亴?duì)鋼筋混凝土箱梁的影響

朱傳勇 劉泰赟(濟(jì)南匯通聯(lián)合市政工程有限責(zé)任公司,山東濟(jì)南 250000)

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探討瀝青高溫?cái)備亴?duì)鋼筋混凝土箱梁的影響

朱傳勇 劉泰赟
(濟(jì)南匯通聯(lián)合市政工程有限責(zé)任公司,山東濟(jì)南 250000)

【摘 要】瀝青混凝土在攤鋪時(shí),溫度通常會(huì)達(dá)到150℃左右,這一溫度必定會(huì)造成橋梁結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生不利的溫度場(chǎng)。瀝青攤鋪對(duì)鋼筋混凝土箱梁影響是多方面原因形成的結(jié)果。大多鋼筋混凝土箱梁在調(diào)平層施工完成后,沒有進(jìn)行瀝青攤鋪前,主梁表層狀況較好,在瀝青攤鋪后在主梁腹板、頂板以及翼板中產(chǎn)生裂縫。這些裂縫有可能是因?yàn)闃蛄菏┕て焚|(zhì)的原因?qū)е露?也有可能是因?yàn)闉r青攤鋪溫度效應(yīng)引起。

【關(guān)鍵詞】瀝青 高溫?cái)備?鋼筋混凝土 箱梁

1 攤鋪溫度場(chǎng)的分布規(guī)律

瀝青層溫度由于外界因素所影響而逐漸降低，瀝青表面溫度降低過程與瀝青層內(nèi)溫度下降過程具有差別。將攤鋪到斷面的時(shí)間為零進(jìn)行對(duì)比，兩個(gè)斷面的瀝青層表面及地面溫度變化相似，不同斷面溫度變化規(guī)律相同。瀝青高溫?cái)備佔(zhàn)饔孟?，箱梁中腹板、邊腹板以及頂板溫度?chǎng)的轉(zhuǎn)變規(guī)律為:(1)頂板在調(diào)平層頂面溫度達(dá)到最高時(shí)最不利，而腹板及底板縱向在調(diào)平層在最高溫度出現(xiàn)30min左右時(shí)最不利，攤鋪2h中是瀝青攤鋪效果不利的時(shí)期，瀝青攤鋪?zhàn)饔貌焕挠绊懮疃仁?0cm。由于日照及攤鋪?zhàn)饔玫寞B加作用，綜合深度約為50cm。(2)不同高度處最高溫度顯著不同。梁高不同位置測(cè)點(diǎn)所能獲取的最高溫度顯然不同，由于調(diào)平層頂面距離的增多，所有測(cè)點(diǎn)所能獲得的最高溫度降低，調(diào)平層頂面實(shí)測(cè)最高溫是76℃，瀝青高溫?cái)備亴?duì)橋梁結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的分布影響較大，調(diào)平層頂層測(cè)點(diǎn)所提高的溫度程度已貼近新橋規(guī)規(guī)定的日照作用中的最大值。(3)依照梁高各點(diǎn)實(shí)現(xiàn)最大值的時(shí)間也具有較大差別。由于深度的增加，所有位置測(cè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)最大溫度值的滯后時(shí)間也有所增加，構(gòu)成線性關(guān)系，通過數(shù)據(jù)結(jié)合處相應(yīng)曲線。(4)箱梁所有位置的升溫速率。對(duì)于瀝青攤鋪而言，測(cè)點(diǎn)通過了升溫及降溫兩個(gè)變化，升溫速率顯著超過降溫速率。由于深度的增加，升溫速率在逐步降低，大多為冪函數(shù)遞減，到達(dá)深度為50cm處升溫速率為0。(5)中腹板、頂板及邊腹板溫度場(chǎng)分布規(guī)律比較。頂板及腹板在調(diào)平層頂面測(cè)點(diǎn)上升至最大值時(shí)，豎向溫度分布相同，可是由于時(shí)間的增加，同高度頂板降溫速率低于腹板，使得同高度頂板溫度值超過腹板。這是由于腹板以下為混凝土熱傳導(dǎo)，而頂板以下為空氣熱傳導(dǎo)，空氣導(dǎo)熱系數(shù)低于混凝土[1]。(6)瀝青攤鋪?zhàn)饔弥械臋M向溫度分布。攤鋪中使用梯形攤鋪，左右兩臺(tái)攤鋪機(jī)械前后距離為15m，實(shí)測(cè)體現(xiàn)在內(nèi)側(cè)攤鋪完成而外側(cè)攤鋪開始前橫向溫度分布差別明顯，在全斷面攤鋪完成后，橫向與高度的溫度差別快速降低，同高溫的溫度逐步貼近，梯形攤鋪引發(fā)的橫向溫度效應(yīng)較低[2]。

2 外界因素分析

對(duì)瀝青混凝土攤鋪中橋梁構(gòu)造溫度場(chǎng)分布因素產(chǎn)生影響中，除卻本身熱特征外，還包含了太陽輻射強(qiáng)度及風(fēng)速，也就是環(huán)境因素、瀝青鋪裝層厚度，乃至所有介質(zhì)的溫度差值。

(1)太陽輻射強(qiáng)度的影響。對(duì)溫度場(chǎng)分布而言，重點(diǎn)在于最大溫度梯度分布狀況。因?yàn)闉r青混凝土攤鋪引發(fā)溫度變化在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大值，太陽輻射作用變化較小，計(jì)算時(shí)可以將太陽輻射當(dāng)做形成箱梁溫度變化給予考量。(2)瀝青混凝土攤鋪起始時(shí)間的影響。因?yàn)槿照諟夭畹挠绊?，因此不同攤鋪起始時(shí)間，箱梁中初始溫度分布形式不同。為了對(duì)比其作用，可以在8:00、14:00、18:00進(jìn)行測(cè)量梁體溫度，當(dāng)做初始條件創(chuàng)建模型，并進(jìn)行對(duì)比，其中瀝青與大氣熱交換系數(shù)為15.0.通過三個(gè)不同時(shí)間的溫度分布，以及不同初始溫度環(huán)境中的計(jì)算情況可以看出，在14:00攤鋪時(shí)，溫度梯度最大，對(duì)結(jié)構(gòu)最具影響。造成最大差值不同的重要因素為梁體自身初始溫度梯度形成，因此進(jìn)行瀝青攤鋪引發(fā)最不利溫度梯度作用中，僅進(jìn)行梁體施加均勻溫度的核算。(3)梁體初始溫度影響。梁體初始溫度的差異是通過季節(jié)溫差形成的，瀝青混凝土攤鋪引發(fā)的最大溫度梯度分析中發(fā)現(xiàn)，瀝青與大氣熱交換系數(shù)為15.0。梁體初始溫度提高10℃，溫度梯度最大溫度差值降低3℃。梁體初始溫度對(duì)影響較小。以最大溫度梯度溫度變化率可以發(fā)現(xiàn)，距調(diào)平層頂?shù)木嚯x是15cm，這區(qū)間的變化速率較大，15至40cm之間的變化較慢。(4)風(fēng)速的影響。風(fēng)速對(duì)瀝青混凝土及大氣的熱交換素的的影響則為熱交換系數(shù)大小。不同熱交換系數(shù)并不會(huì)對(duì)溫度梯度最大溫度差造成顯著影響。熱交換系數(shù)由10至40變化中，最大溫差值相差42℃。由于交換系數(shù)的提高，對(duì)深度的影響逐步降低。影響深度會(huì)由于熱交換系數(shù)的增加而降低線性，最大影響深度為34cm。通過最大溫度梯度的變化率，在距調(diào)平層距為15cm內(nèi)的變化速率較大，在15至40cm區(qū)間變化較慢[3]。(5)瀝青混凝土攤鋪厚度的影響。瀝青混凝土攤鋪厚度會(huì)將熱交換時(shí)間增多，熱傳遞深度提高。調(diào)平層頂端直接與瀝青鋪裝接觸，對(duì)調(diào)平層頂端所能實(shí)現(xiàn)的最大溫度幾乎不具影響，對(duì)調(diào)平層以下的溫度分布影響較低，對(duì)最大溫度差值的作用稍有提高。通過溫度下降速率可以發(fā)現(xiàn)，基本只對(duì)15cm以內(nèi)的影響較大。

3 瀝青高溫?cái)備亴?duì)鋼筋混凝土箱梁的分析

3.1 提出瀝青攤鋪溫度梯度模式

(1)最大溫差取值。影響最大溫差值的因素包含了瀝青攤鋪的始末時(shí)間、太陽輻射情況、日溫差、瀝青攤鋪層厚度以及瀝青下料溫度。瀝青高溫?cái)備佔(zhàn)饔弥辛后w溫度梯度應(yīng)當(dāng)分成攤鋪前梁體日照溫差及攤鋪引發(fā)的溫度。攤鋪前梁體日照溫差與當(dāng)日陽光輻射狀況、大氣溫度及攤鋪始末時(shí)間相關(guān)。攤鋪引發(fā)的溫度大多與攤鋪梁體初始溫度、瀝青層厚度以及瀝青攤鋪下料溫度相關(guān)。(2)最大溫差梯度豎向變化形式。溫差曲線指數(shù)體現(xiàn)的是最大溫差梯度曲線的緩和狀況，其與梁體材料的熱物理參數(shù)及梁體溫差值有關(guān)，而前者體現(xiàn)出梁體熱傳導(dǎo)能力的強(qiáng)弱，后者可以對(duì)梁體傳熱速率造成影響。

3.2 瀝青攤鋪溫度模式的試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證所提出溫度模式的有效性，通過新模式核算出試驗(yàn)橋溫度分布曲線并與實(shí)測(cè)最大溫差梯度曲線進(jìn)行比對(duì)，可以發(fā)現(xiàn)溫度梯度模式核算中最不利溫度分布與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合度較高，特別對(duì)于高溫范圍而言，變化規(guī)律與實(shí)驗(yàn)值相符。這也體現(xiàn)出，溫度模式較為合理，可通過試驗(yàn)驗(yàn)證后，在相同鋼筋混凝土箱梁中進(jìn)行推廣。

4 結(jié)語

瀝青攤鋪高溫對(duì)鋼筋混凝土的影響較大，因此在設(shè)計(jì)當(dāng)中，需考量瀝青攤鋪溫度效應(yīng)。瀝青攤鋪溫度易導(dǎo)致梁體產(chǎn)生裂縫，為了阻止這一現(xiàn)象的產(chǎn)生，則需符合結(jié)構(gòu)的耐久性標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)頂板橫向鋼筋、腹板縱向防裂鋼筋等構(gòu)造進(jìn)行強(qiáng)化。在技術(shù)許可的環(huán)境下，需降低瀝青攤鋪施工的下料溫度，降低此溫度效應(yīng)對(duì)梁體形成的不利作用。

參考文獻(xiàn):

[1]鄭為明.大跨徑連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋橫向分析[J].福建建筑,2011.(07):96-98.

[2]趙紅軍.混凝土箱梁橋存在若干問題分析[J].黑龍江科技信息, 2010.(03):230.