混凝土箱梁沥青摊铺温度场及其效应的实测分析

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针对桥梁结构因沥青摊铺温度梯度差而造成桥梁裂损的问题,以“中卫南站黄河大桥”混凝土箱梁桥为研究对象,利用有限元程序Ansys建立三维实体单元模型来分析宁夏地区混凝土箱梁沥青摊铺的温度效应,将实桥施工条件作为模型边界条件,并同实测数据对比分析后修正模型,研究了高温沥青摊铺下混凝土箱梁温度场的时空分布规律。主要研究内容及成果如下:(1)通过改变参数取值,研究风速、梁体初始温度、大气环境温度、沥青下料温度和沥青摊铺厚度对温度场的影响。结果表明:上述因素均会对摊铺温度场产生影响,因此需要选择合适的摊铺施工环境来降低沥青摊铺温度效应。(2)利用参数分析结果并结合实桥的实测数据拟合出宁夏地区的沥青摊铺温度梯度模式。采用指数函数分别拟合箱梁跨中截面竖向、横向及桥梁纵向温度梯度模式,得到中卫南站黄河大桥(连续梁)的高温沥青摊铺温度梯度分布。对规范中的温度梯度分布模式进行补充和完善,温度梯度公式中的经验参数随地域、桥梁类型等的不同而各异,这也反映温度具有明显的地域特性。(3)采用生死单元法模拟沥青混合料分幅摊铺施工方式,详细研究分幅摊铺方式下跨中截面横向、竖向温度分布规律,并得出结论(1)尽量采用分幅摊铺的方式进行沥青铺设,分幅摊铺所携带的沥青热量相对较少。(2)分幅摊铺二次加热在横向方向上影响达到20cm。在设计桥面时,可以在机动车道与非机动车道中间加设隔离带,不仅可以减小沥青分幅摊铺的二次加热温度效应,还可以使机动车、非机动车分道行驶,提高了道路交通的安全性,改善了交通秩序。(4)建立混凝土悬臂箱梁力学模型,研究发现在沥青摊铺的整个过程中,最大应力一直出现在跨中截面。在高温沥青摊铺过程中,跨中截面竖向、横向方向(箱梁腹板、顶板)容易产生拉应力。随着沥青降温,箱梁顶板升温幅度逐渐降低,变形减小,拉应力随之变小。相同时间节点处,分幅摊铺下的纵向应力Sx、横向应力Sz比一次性摊铺下的纵向应力Sx、横向应力Sz小。(5)计算不同的摊铺模式下箱梁最大拉应力的变化,寻找最好的摊铺模式。结果发现:先铺设非机动车道后隔24h再铺设机动车道的分幅摊铺方式更有益于降低高温沥青摊铺下箱梁的温度效应。
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