日照溫度效應(yīng)對(duì)高墩連續(xù)剛構(gòu)橋梁線形的影響

孫龍華

(山西省交通科學(xué)研究院，山西太原 030006)

0 引言

近年來，隨著我國(guó)交通事業(yè)的大發(fā)展，連續(xù)剛構(gòu)橋梁因其具有的梁體連續(xù)、不設(shè)支座、方便施工，且順橋向抗彎剛度和橫向抗扭剛度較大等優(yōu)點(diǎn)，在大跨徑橋梁中得到了十分廣泛的應(yīng)用。

混凝土橋梁結(jié)構(gòu)受到如陽(yáng)光輻射、環(huán)境氣溫變化等環(huán)境變化的影響，其結(jié)構(gòu)表面與內(nèi)部的溫度隨時(shí)間變化，并會(huì)在橋梁結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生非均勻溫度場(chǎng)，結(jié)構(gòu)受力及線形受到很大影響。本文以臨吉高速公路壺口黃河特大橋?yàn)楣こ瘫尘?，?duì)日照溫度效應(yīng)對(duì)施工階段橋梁主梁線形的影響進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的工程措施。

1 工程概況

壺口黃河大橋?yàn)榕R吉高速公路的重點(diǎn)控制性工程，為分離式預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)—連續(xù)組合橋，跨徑組成為120 m+3×175 m+96 m。上部結(jié)構(gòu)形式為變截面單箱單室箱梁，主梁根部梁高11 m，跨中梁高3 m。1號(hào)～4號(hào)橋墩均為單肢箱形薄壁墩，1號(hào)，4號(hào)墩設(shè)置支座，2號(hào)，3號(hào)橋墩為墩梁固結(jié)，最大墩高為148 m(3號(hào)墩)。

2 結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的確定

半經(jīng)驗(yàn)半理論法是目前研究溫度場(chǎng)采用較為普遍的方法，即在分析實(shí)測(cè)資料的基礎(chǔ)上并結(jié)合理論研究，得出某一地區(qū)的溫度分布模式。

國(guó)內(nèi)外已有實(shí)測(cè)資料分析的結(jié)果表明，沿箱梁高、梁寬方向的溫差分布計(jì)算公式一般為:

我國(guó)JTG D60-2004規(guī)范中對(duì)溫度梯度分布規(guī)定如下:進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)由于溫度梯度引起的效應(yīng)的計(jì)算時(shí)，可采用如圖1所示的豎向溫度梯度曲線，T1及T2的取值見圖中表格。對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)，當(dāng)梁高H＜400 mm時(shí)，圖中 A=H－100 mm;當(dāng) H≥400 mm時(shí)，A=300 mm。

圖1《公路橋規(guī)》豎向溫度梯度（單位：mm）

本文采用JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范規(guī)定的溫度梯度進(jìn)行計(jì)算分析。

3 日照溫度效應(yīng)計(jì)算及結(jié)果分析

1)模型的建立。本文采用空間有限元分析軟件MIDAS CIVIL 7.0對(duì)壺口黃河特大橋3號(hào)墩“T”構(gòu)最大雙懸臂階段在日照溫度效應(yīng)作用下主梁的撓度變化進(jìn)行計(jì)算。分析模型如圖2所示。

2)溫度梯度加載方式。最大懸臂階段的主梁按混凝土鋪裝考慮，T1取25℃，T2取6.7℃，僅考慮箱梁豎向溫度梯度。由于該橋墩高較高，橋墩在順橋向日光照射下產(chǎn)生的溫度效應(yīng)對(duì)主梁撓度的影響亦不可以忽略。橋墩的溫度梯度加載方式與主梁相同，僅考慮橋墩在順橋向單側(cè)受日光照射引起的溫度梯度。

3)結(jié)果分析。在日照溫度梯度作用下大橋3號(hào)墩“T”構(gòu)主梁的變形如圖3所示。計(jì)算結(jié)果見表1。

圖2 最大雙懸臂階段日照溫度效應(yīng)分析模型圖

圖3 日照溫度梯度作用下主梁變形圖

表1 日照溫度效應(yīng)計(jì)算結(jié)果表 m

計(jì)算結(jié)果表明，日照溫度梯度作用在主梁上引起“T”構(gòu)主梁兩懸臂端下?lián)?.6 cm;日照溫度梯度作用在橋墩一側(cè)時(shí)，引起“T”構(gòu)主梁兩懸臂端分別上撓和下?lián)?.7 cm;最大合計(jì)撓度達(dá)到10.3 cm，遠(yuǎn)大于規(guī)范規(guī)定的主梁合龍精度(2 cm)。表明在橋梁線形監(jiān)控的過程中，日照溫差效應(yīng)對(duì)于連續(xù)梁線形的控制有較大的影響。

目前，大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)橋梁多采用掛籃分節(jié)段懸臂澆筑，前一施工節(jié)段的線形對(duì)后續(xù)施工節(jié)段具有影響，如果施工中無(wú)法剔除日照溫度梯度對(duì)主梁撓度的影響，最終將會(huì)導(dǎo)致橋梁的整體線形偏離設(shè)計(jì)線形，甚至導(dǎo)致橋梁無(wú)法順利合龍。

4 工程措施

方法一:固定時(shí)間觀測(cè)法。工程實(shí)踐表明，每天的凌晨至日出前溫度變化幅度較為平緩，懸臂箱梁處于夜晚溫度降低上撓變形停止和白天溫度上升下?lián)献冃伍_始之前的穩(wěn)定時(shí)段，這個(gè)時(shí)段進(jìn)行撓度立模和量測(cè)，日照溫差效應(yīng)對(duì)撓度影響可以忽略不計(jì)。這種方法較為簡(jiǎn)單，但是必須在上述規(guī)定時(shí)間范圍內(nèi)測(cè)量，在工期較為緊張的情況下，對(duì)加快工程進(jìn)度會(huì)有一定的影響。

方法二:溫度效應(yīng)擬合法。溫度效應(yīng)擬合法是在梁體內(nèi)預(yù)埋溫度傳感器并進(jìn)行長(zhǎng)期長(zhǎng)時(shí)間周期性的觀測(cè)，通過采集三場(chǎng)中混凝土表面及大氣溫度的變化，然后進(jìn)行分析，擬合出主梁撓度—溫度函數(shù)關(guān)系式。根據(jù)后期記錄的梁體溫度，就可以得出相應(yīng)的溫度撓度值，再對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。不過這種方法在施工現(xiàn)場(chǎng)不易實(shí)現(xiàn)。但對(duì)于要求數(shù)據(jù)精確的科研來說不失為一個(gè)處理方法。

方法三:相對(duì)坐標(biāo)法。這一方法是基于相鄰梁段溫度效應(yīng)影響接近這一結(jié)論得出的。具體實(shí)施過程為:在第i段施工完成后，選擇較為適合的時(shí)間段(凌晨至日出前)準(zhǔn)確測(cè)量第i段的高程，然后選擇第i段前端點(diǎn)作為相對(duì)坐標(biāo)系的原點(diǎn)，此坐標(biāo)系中的第i+1段坐標(biāo)可以認(rèn)為是相對(duì)固定的，據(jù)此確定第i+1段節(jié)段標(biāo)高。也就是說，在梁段長(zhǎng)度不大時(shí)，可以參考第i梁段的溫度效應(yīng)來確定第i+1梁段的溫度效應(yīng)。

方法四:相對(duì)立模標(biāo)高法。由于每個(gè)施工節(jié)段主梁長(zhǎng)度不大，故可以認(rèn)為在不同溫度場(chǎng)下各主梁節(jié)段前后端的標(biāo)高差是不變的。在進(jìn)行第i+1段立模標(biāo)高放樣時(shí)，認(rèn)為在設(shè)計(jì)溫度下第i段前端在預(yù)應(yīng)力張拉完成、掛籃前移后實(shí)測(cè)標(biāo)高與第i+1段前端理論標(biāo)高值(不含掛籃變形預(yù)測(cè)值)之差與在實(shí)際溫度下這兩個(gè)節(jié)段前端節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高差相等，也即懸臂施工的每個(gè)節(jié)段的前后節(jié)點(diǎn)的相對(duì)標(biāo)高差在不同的溫度場(chǎng)下應(yīng)該是相同的。于是，在立模前，先測(cè)出前一節(jié)段的實(shí)際標(biāo)高，再疊加設(shè)計(jì)溫度場(chǎng)下前后兩個(gè)節(jié)段的標(biāo)高差，即可得到考慮溫度影響效應(yīng)的后一個(gè)節(jié)段的立模標(biāo)高。

5 結(jié)語(yǔ)

上述工程措施中，方法一目前在橋梁施工監(jiān)控中應(yīng)用非常普遍，但由于其對(duì)測(cè)試時(shí)間要求較為苛刻，在工期比較緊張的情況下，很難在每個(gè)施工工況中都能嚴(yán)格遵循;方法二費(fèi)用較高，具體實(shí)施較為困難，實(shí)際工程中應(yīng)用較少;方法三和方法四可操作性強(qiáng)，實(shí)施較為方便，工程實(shí)踐證明方法三和方法四對(duì)于目前的橋梁施工線形的監(jiān)控工作較為適合。

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