大型钢管混凝土组合拱肋温度场及效应分析学习体会

文献概况与工程背景

周里鸣等人在《混凝土》2023年第8期发表的这篇文章，针对大型钢管混凝土组合拱肋结构，从混凝土硬化开始至成型后一段时间进行实时温度监测，并建立有限元模型分析温度效应。该研究依托广西交通设计集团的实际工程项目，具有鲜明的工程应用背景。钢管混凝土组合拱肋在大型桥梁、体育馆等结构中应用广泛，其温度行为涉及水化热、太阳辐射、环境温差等多种热源的耦合作用，分析难度较大。

温度场监测与规律分析

作者通过全尺寸钢管混凝土结构的实时温度监测，获取了从混凝土浇筑硬化到成型后的完整温度历程数据。这一监测手段的选择十分关键——实验室试件的温度数据往往难以反映实际结构的复杂边界条件，而全尺寸监测能够捕捉到结构尺度效应、边界约束效应等真实因素。

监测结果表明了几个重要规律：第一，钢管混凝土内表温差容易引发脱空现象，特别是在水化热峰值结束后约10小时，这一时段需要重点做好保温措施；第二，太阳辐射产生的温度最大可达15℃，对温度分布有显著影响；第三，截面径向温度呈两端低中间高的抛物线型非线性分布。

温度效应的有限元分析

在温度场监测数据的基础上，作者建立了有限元模型分析温度效应。分析结果揭示了几个具有重要工程意义的现象：

关于脱空问题，钢管混凝土内表温差引起的脱空是工程实践中常见的病害。当水化热峰值结束后约10小时，混凝土内部温度开始快速下降，而钢管表面温度下降相对滞后，导致钢管与混凝土之间产生温度梯度，进而产生界面拉应力。当该拉应力超过界面粘结强度时，即发生脱空。这一发现对施工质量控制具有直接指导意义——在水化热峰值结束后的10小时窗口期内，应加强保温覆盖，减缓内外温差发展速率。

关于应力分析，外包混凝土浇筑后在其水化热峰值时刻，管内混凝土应力最大达到3MPa左右，钢管应力可达36MPa，而外包混凝土直至硬化完成最大应力也不到2MPa。这一数据对比说明，钢管在组合结构中承担了主要的温度应力，其应力水平已接近Q235钢屈服强度的60%，在温度应力与其他荷载效应叠加时，需关注钢管的应力状态是否满足规范要求。

工程实践启示与思考

从工程实践角度审视，本文的结论对钢管混凝土组合拱肋的施工质量控制具有多方面的指导价值。首先，施工阶段的水化热控制是预防脱空的关键，建议采用低热水泥、掺加粉煤灰等矿物掺合料以降低水化热峰值，同时在水化热峰值后10小时的敏感时段加强保温措施。其次，太阳辐射的15℃温差不可忽视，在夏季施工或日照强烈地区，应采取遮阳措施减少钢管表面温度波动。第三，关于钢管36MPa的温度应力，设计时应将温度效应作为基本荷载组合的一部分予以考虑，避免温度应力与其他荷载效应叠加导致钢管局部屈服。

本文的一个亮点在于将实测数据与有限元分析相结合，形成了"监测-建模-验证-应用"的完整技术链条，这种研究方法对同类工程的温度控制具有示范意义。