淺議50m以上空心高墩施工的溫度應力應變控制

孫帆

摘要：文章選取大瑞線鐵路橋50m以上空心高墩橋梁施工建設項目為研究對象，從橋墩軸線放樣施工、空心高墩施工溫度影響控制技術(shù)、溫度應力應變理論計算以及50m以上空心高墩施工現(xiàn)場應用情況這四個方面入手，對50m以上空心高墩施工的溫度應力及應變控制進行了較為詳細的分析與闡述，并據(jù)此論證了做好空心高墩溫度應力應變控制工作在確保整個橋梁工程項目施工質(zhì)量與施工效率的過程中所起到的至關(guān)重要的作用與意義。

關(guān)鍵詞：空心高墩；溫度應力應變；橋墩軸線放樣施工

中圖分類號：U445文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）03-0114-02

在我國的鐵路建設大發(fā)展的條件下，普速和高速鐵路達到上萬公里，在客運專線高速鐵路中，橋梁比例達70％～80％，空心高墩占據(jù)的比重也越來越大，極易在施工過程中受到各方面因素的影響與制約，溫度因素尤其難以控制?？招母叨諛蛄簽榇_保一定的承載作用力，在橋墩施工過程中往往會將混凝土施工階段的水化熱溫度選取的比較高，這也就不可避免的導致了空心高墩壁內(nèi)與壁外溫差問題，從而形成的拉應力需要引起我們的廣泛關(guān)注。據(jù)此，采取何種方式來控制空心高墩施工階段的溫度應力與應變，以此有效緩解并防止橋梁工程在運行過程中可能出現(xiàn)的裂縫問題，已成為當前相關(guān)工作人員最亟待解決的問題之一。筆者現(xiàn)結(jié)合實踐工作經(jīng)驗，以大瑞線鐵路橋50m以上空心高墩施工中的溫度應力應變控制問題談談自己的看法與體會。

一、橋墩軸線放樣施工分析

正如上文所述，在當前技術(shù)條件支持下，我們所選取的橋梁工程項目在橋墩結(jié)構(gòu)設計方面高聳的薄壁式結(jié)構(gòu)很多。這種薄壁式結(jié)構(gòu)較為顯著的柔性特性使其在橋墩施工過程中極易受到各方面因素的影響與干預，這最終會使得橋墩軸線放樣施工出現(xiàn)各方面的問題與缺陷。從空心高墩橋墩施工角度來說，會造成橋墩墩身偏移的因素主要可以分為以下三個方面：施工偏差、風荷載以及日照溫差。筆者現(xiàn)從這三個方面入手對橋墩軸線放樣施工工作做詳細說明。

1．從施工偏差角度來說，形成這種問題最關(guān)鍵的原因在于橋墩施工設備偏心位置與混凝土施工位置出現(xiàn)對稱性誤差。從橋墩施工的角度來說，避免這一問題往往可以從施工組織的優(yōu)化調(diào)控方面入手，將這種混凝土非對稱澆注對于整個橋墩結(jié)構(gòu)的影響降至最低。

2．從風荷載角度來說，橋墩高度設計越高，其橋墩所承受的風速也就越大。就50m以上的空心高墩橋梁施工項目來說，風荷載使橋墩產(chǎn)生的位移相對于施工人員來說是極為明顯的，這不僅嚴重干擾到了橋墩軸線方向施工質(zhì)量的實現(xiàn)，同時也給橋墩施工軸向放樣施工人員的施工作業(yè)埋下了嚴重安全隱患。為此，在風荷載參數(shù)較大，即風力較大的天氣氣候狀況下，基于多方面因素考慮，橋梁施工項目建設團隊應當以停工的方式來合理規(guī)避這一問題。

3．從日照溫差角度來說，50m以上空心高墩施工作業(yè)中所選用的混凝土材料自身所具備的導熱性能比較差，太陽光在正常照射狀態(tài)下會使得橋墩相對的兩個側(cè)面產(chǎn)生較為明顯的溫度落差。這種溫度落差會直接導致整個橋墩發(fā)生一定程度的偏移，進而形成相應的應力重分布。就當前技術(shù)條件支持下，50m以上空心高墩施工中的橋墩軸線放樣施工多采取對中放樣的方式。很顯然，這種放樣方式并未考慮日照的偏差性因素，整個橋墩一定程度的偏移最終會使得橋墩的軸線放樣存在客觀的偏差。這一偏差的控制也正是當前我們所研究的中心與重點。

二、空心高墩施工溫度影響控制技術(shù)分析

就空心高墩施工溫度影響控制技術(shù)的研發(fā)與應用現(xiàn)狀來看，施工人員普遍采用的溫度控制技術(shù)為校模時間的合理選取。為便于理解，筆者現(xiàn)舉例對這種空心高墩施工階段的溫度影響控制技術(shù)作進一步研究：一般來說，每日6～7點這一時間段整個橋梁工程項目的橋墩結(jié)構(gòu)會處于一個相對穩(wěn)定的溫度環(huán)境當中，我們可以選取這一時間段內(nèi)橋墩某一實際測量點或是校準模板所提供的測量點作為測量基準，并以此作為以后各個時段施工模板參數(shù)校驗的固定值。這樣既免去了水準點參數(shù)引出的復雜工序，同時也極大的緩解了溫度因素給校準模板精度帶來的影響?？偟膩碚f，這種溫度控制技術(shù)在空心高墩施工中較好的適應性與可操作性值得我們對其展開進一步的研究與應用。然而這種校模時間有著最致命的一個缺陷：其校準參數(shù)的選取時間比較受限，這就需要我們以理論預測的方式對空心高墩施工過程中的溫度影響因素進行控制。筆者接下來對這種預測計算方式做詳細分析與說明。

三、溫度應力應變理論計算分析

50m以上空心高墩中的橋墩結(jié)構(gòu)從本質(zhì)上來說等同于空間板殼結(jié)構(gòu)。以某空心高墩橋梁施工項目為例，我們可以對橋墩溫度應力應變參數(shù)進行計算。假定某空心高墩施工項目橋墩全高為97m，在橋墩距水平地面65m處取橋墩截面作為圓端空心結(jié)構(gòu)模型當中的等效截面。再假定橋墩縱向參數(shù)A為3.2m2，I為2.1m2且整個空心高墩項目施工所處環(huán)境溫度溫差為1℃。根據(jù)上述已知參數(shù)指標，我們即可根據(jù)溫度影響因素計算公式：d2v/dx2=σ（T1-T2）/h來求得在該溫差環(huán)境下，橋墩墩頂?shù)挠行灰茷?.9cm，有這一位移而形成的橋墩墩壁混凝土應力變化約為0.17MPa。

四、50m以上空心高墩施工現(xiàn)場應用情況分析

筆者選取大瑞線某大橋50m以上空心高墩施工項目為研究對象，就上述溫度因素控制措施及其計算在實際橋墩施工項目中的應用情況進行了詳細分析與探討——以大瑞線某大橋為例，采取有限元相關(guān)原理將圓端形空心橋墩劃分為多個小型單元。我們?nèi)我鈱γ恳粏卧饔脺囟群奢d既能夠充分把握橋墩的實際結(jié)構(gòu)情況，同時也能夠更為精確的模擬橋墩不均勻溫差狀態(tài)，是有限元結(jié)果更為精確。我們通過對某大橋幾個橋墩集中狀態(tài)的有限元計算與簡化分析，能夠證明其精確度。以下表中的并得出了幾點結(jié)論：第一，下表（見表1）為橋墩模板安裝檢驗的溫度影響偏差，由表中數(shù)據(jù)我們可以判定整個預測精確有效；第二，下表（見表2）為橋墩應力重分布的測量結(jié)果。

五、結(jié)語

本文以理論分析結(jié)合實踐應用的方式針對50m以上空心高墩施工中溫度應力應變的控制問題做出了簡要分析與說明，根據(jù)表1與表2所反映的數(shù)據(jù)我們可以得到如下結(jié)論：對于50m以上空心高墩項目的施工而言，溫度因素是空心高墩施工質(zhì)量的一大關(guān)鍵影響因素。但其在實際施工過程中是能夠預糾與避免的，采用有限元的精確計算法和工程使用的簡化計算法夠能夠在溫度應力應變控制中起到較為顯著的作用。本方法在大瑞鐵路瀾滄江大橋工程應用中取得了較好的結(jié)果，為后續(xù)相關(guān)研究與實踐工作的開展提供了一定的參考與幫助。

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（責任編輯：劉晶）