大溫差地區(qū)薄壁高橋墩垂直度的溫度影響及應(yīng)對(duì)措施

楊 霞

大溫差地區(qū)薄壁高橋墩垂直度的溫度影響及應(yīng)對(duì)措施

楊 霞

（中鐵十八局集團(tuán)第二工程有限公司，河北 唐山 064000）

圓端形薄壁空心橋墩是橋梁高墩常用的截面形式，其受力特征比較復(fù)雜，尤其是高墩施工周期長(zhǎng)，溫度變化幅度大，加上混凝土為熱的不良導(dǎo)體，迎光側(cè)與背光側(cè)溫差較大，有時(shí)可達(dá)20°，容易在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生次生應(yīng)力，引起結(jié)構(gòu)變形，從而影響橋梁結(jié)構(gòu)安全。本文結(jié)合大瑞鐵路怒江四線特大橋圓端形變截面空心橋墩施工，分析溫度等因素對(duì)薄壁空心高大橋墩垂直度的影響，提出了施工中減小高大橋墩偏位的措施。

橋梁；空心墩；溫度；垂直度

1 工程概況

大理到瑞麗鐵路起于大理站，止于瑞麗站，沿途設(shè)有漾濞站，永平站，保山站，龍陵站，芒市站等多個(gè)縣級(jí)、地級(jí)中等站，全長(zhǎng)330km，為國(guó)鐵一級(jí)單線電氣化鐵路。大瑞鐵路是西部開(kāi)發(fā)性新線項(xiàng)目之一，也是我國(guó)西南進(jìn)出境通道之一的中緬國(guó)際鐵路通道的重要組成部分。

大瑞鐵路怒江特大橋是目前世界上同類型最大跨度鐵路橋梁，位于施甸縣與龍陵縣交界處，全長(zhǎng)1024.2m，最大墩高110m，全橋孔跨布置為（7×41）m連續(xù)鋼混結(jié)合梁（大理岸引橋）+（14×37.2）m連續(xù)鋼箱梁（拱上結(jié)構(gòu)）+（5×41）m連續(xù)鋼混結(jié)合梁（瑞麗岸引橋），江面到橋面的高度為211m，大橋主跨采用跨度達(dá)490m的鋼桁拱梁。受高黎貢山和怒江特殊地形的限制，怒江車站就設(shè)在橋面上，四線橋面的寬度達(dá)24.9m，屬國(guó)內(nèi)同類型鐵路橋梁之最。

橋址位于施甸縣屬中亞熱帶為主體的低緯山地季風(fēng)氣候。極端最高氣溫32℃，極端最低氣溫零下3.2℃。地處云貴高原，日照強(qiáng)烈，在橋墩的迎光側(cè)與背光側(cè)溫差較大。

2 影響橋墩垂直度的主要因素

怒江四線特大橋橋墩高度均大于20m，橋墩混凝土施工均采用分節(jié)段施工。本橋施工墩身高度＜50m的橋墩采用爬模施工，每次澆筑高度4m；墩身高度＞50m的橋墩采用爬模施工，每次混凝土澆注高度4.5m。墩身混凝土分節(jié)段施工時(shí)，每節(jié)段都要進(jìn)行立模、校模工作，薄壁高墩在施工過(guò)程中每次校模時(shí)要考慮到偏載、風(fēng)荷載、溫度等［1］可能影響墩身垂直度的因素，其中以溫度對(duì)高墩垂直度影響最大，是高墩垂直度監(jiān)控的核心和關(guān)鍵。薄墩結(jié)構(gòu)，在日照溫差作用下引起橋墩的不均勻變形，是影響橋墩垂直度的主要原因［2］。

考慮到怒江大橋位于云貴高原，日照強(qiáng)烈，溫差較大，大橋主墩高達(dá)110m，因此怒江四線特大橋工程項(xiàng)目部的工程技術(shù)人員對(duì)橋墩的垂直度控制進(jìn)行了專題研究。

3 橋墩垂直度的分析

溫度對(duì)橋墩垂直度的影響，實(shí)質(zhì)是薄壁墩兩側(cè)不均勻溫差所引起，均勻升溫只會(huì)引起橋墩的豎直伸縮。為進(jìn)一步了解溫差對(duì)橋墩垂直度的影響，我們可以采用有限元程序?qū)D1中4種不同工況下的橋墩垂直度進(jìn)行理論分析。

程序采用SAP2000，采用梁?jiǎn)卧?、梯度溫度差?jì)算。對(duì)27號(hào)墩兩側(cè)設(shè)置5、8、10℃三級(jí)的溫差，計(jì)算模型如圖1所示。計(jì)算結(jié)果表明，溫度對(duì)橋墩垂直度有影響，我們列出了不同溫差下的偏位的理論值，見(jiàn)圖2和表1。從表1中可以看出，隨著溫度梯度的增加，墩身的偏位相應(yīng)增大。在工況1，溫差10℃時(shí)，墩頂偏位達(dá)44mm。一旦設(shè)置臨時(shí)支撐（工況2），橋墩偏位明顯減小。若在距墩頂5m處架一個(gè)臨時(shí)橫撐，則在溫差10℃的情況下墩頂偏位只有16mm，比工況4（10℃）下的墩頂偏位可減小72%，可見(jiàn)臨時(shí)支撐對(duì)減小墩身的偏位作用明顯。

圖1 薄壁墩不均勻溫差對(duì)橋墩垂直度影響溫度計(jì)算模型圖

表1 9號(hào)墩單肢在不同工況下沿高度偏位表/mm

4 采取措施

根據(jù)以上有限元分析，為減少溫度對(duì)墩身垂直度的影響，項(xiàng)目部工程技術(shù)人員采取了下列措施。

4.1 定時(shí)測(cè)量校摸法

橋墩經(jīng)受一天的日照后，墩身溫度成不均勻分布，通過(guò)一個(gè)晚上的調(diào)整，墩身體內(nèi)、體外溫度趨于一致，可選擇在早晨太陽(yáng)未出來(lái)前測(cè)量。將此校準(zhǔn)的模板測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)或墩上預(yù)先設(shè)置好的基準(zhǔn)點(diǎn)作為今后施工模板校驗(yàn)的基準(zhǔn)點(diǎn)，由此消除了日照多模板安裝精度的影響（如圖2）。

這種方法因橋墩全斷面施工受到限制，故有時(shí)難以在施工過(guò)程中找到一個(gè)相對(duì)固定的測(cè)量基點(diǎn)。

4.2 采取預(yù)偏置法

預(yù)偏置法是一種主動(dòng)的調(diào)整方法，通過(guò)模擬橋墩結(jié)構(gòu)的溫度分布，給出在假定日照強(qiáng)度下的橋墩溫度狀態(tài)，考慮不同施工高度，計(jì)算橋墩的偏移情況。在較模時(shí)，將墩上的模板測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)按計(jì)算出的偏移量予以預(yù)偏，當(dāng)結(jié)構(gòu)恢復(fù)到均勻溫度狀態(tài)時(shí)，該基點(diǎn)就會(huì)自動(dòng)到原正確位置，即偏差為零［3］。

預(yù)偏值的大小需通過(guò)有限元程序進(jìn)行分析。主要對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算出溫度差引起的橋墩偏位值。

4.3 設(shè)置臨時(shí)橫系梁法

有限元計(jì)算表明，橫系梁能有效減小墩身偏位量，因此在橋墩的適當(dāng)位置增加一或多道臨時(shí)橫系梁，可有效地控制由溫差引起的墩身偏位。

圖2 薄壁墩不均勻溫差對(duì)橋墩垂直度影響分析圖

5 垂直度測(cè)量

在施工中，通過(guò)埋設(shè)在墩表面的溫度傳感器讀取橋墩兩側(cè)的溫差，按照表1提供的值，采取預(yù)偏置法調(diào)整模板位置。在1號(hào)墩的前后兩肢截面上各不止8個(gè)測(cè)點(diǎn)（如圖3），測(cè)量其垂直度。工況4時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

圖3 9號(hào)墩截面測(cè)點(diǎn)布置圖

表2 垂直度測(cè)量記錄表/mm

從表2可以看出，9號(hào)橋墩垂直度最大是9.3mm，根據(jù)《客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》（鐵建設(shè)［2005］160號(hào)），滿足要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

在施工控制中，采用有限元法計(jì)算偏位值，以此控制橋墩垂直度，能達(dá)到控制橋墩垂直度的目的。但橋墩施工工期通常很長(zhǎng)，溫度變化幅度較大，采用預(yù)偏置法難度較大，技術(shù)要求較高。相反，設(shè)置臨時(shí)橫系梁來(lái)控制橋墩垂直度，不但技術(shù)簡(jiǎn)單，而且很容易實(shí)施，如采用萬(wàn)能桿件或其他構(gòu)件作為臨時(shí)橫系梁，不失為一種有效控制橋墩偏位的好方法。

［1］ 張博弢. 實(shí)體有限元模擬預(yù)制節(jié)段橋墩循環(huán)荷載分析［J］. 石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（03）：46-48.

［2］ 唐樂(lè). 客運(yùn)專線連續(xù)梁橋墩線剛度限值探討［J］. 鐵道工程學(xué)報(bào)，2007（S1）：67-69.

［3］ 曾志平，陳秀方，趙國(guó)藩. 簡(jiǎn)支梁橋上無(wú)縫道岔溫度力與位移影響因素分析［J］. 中國(guó)鐵道科學(xué)，2016（01）：88-89.

Temperature effect analysis of verticality for thin-wall high pier in large temperature difference area

YANG Xia

U443.22；U441

B

1001-554X（2018）02-0101-03

10.14189/j.cnki.cm1981.2018.02.014

2017-10-25

［通訊地址］楊霞，河北省唐山市豐潤(rùn)區(qū)光華道28號(hào)