箱梁截面測點實測溫度分析及相關(guān)溫度場構(gòu)建

■陳 標

（福建省交通科研院有限公司，福州 350004）

1 工程概況

該現(xiàn)澆箱梁為全預應力混凝土結(jié)構(gòu)，橋面凈寬15.75 m，單箱雙室截面。 墩頂0 號梁段長14.0 m，連續(xù)剛構(gòu)主墩對應的2 個“T 構(gòu)”的懸臂各分為20 對梁段，其梁段數(shù)及梁段長度從根部至跨中各為：13×3 m、7×4 m， 累計懸臂總長73 m。 跨中合攏段為2 m， 邊跨現(xiàn)澆梁段長7.88 m。 主墩墩頂處箱梁高9.2 m，跨中梁高3.5 m，箱梁高度按1.8 次拋物線變化；箱梁頂板厚為28 cm；主墩墩頂箱梁底板厚為105 cm， 跨中箱梁底板厚32 cm， 箱梁底板厚按1.8 次拋物線變化；腹板厚度：主墩墩頂0 號梁段及1～13 號梁段為75 cm，14 號梁段由75 cm 線性變化至50 cm，15～20 梁段及邊跨現(xiàn)澆段為50 cm。

《機·智》一書的第一作者朱鐸先認為，盡管現(xiàn)在設(shè)備通信協(xié)議的走向是趨于標準化，但是在利益格局的羈絆下，各大巨頭之間尚未達成一致?？傮w上，德國的工業(yè)設(shè)備集成，偏向采用OPC UA協(xié)議，而北美和日本則更偏愛MTConnect協(xié)議。無論如何，不弄懂弄通這5000多種設(shè)備通信協(xié)議，設(shè)備互聯(lián)就會受到極大的限制。

2 箱梁測點布置

如圖1、2 所示， 本次試驗中布置1# 截面與2#截面?zhèn)鞲衅鳎?分別埋設(shè)在預應力混凝土箱梁的頂板、腹板、底板，并將傳感器與自動化網(wǎng)絡(luò)綜合測量采集箱連接。 其中，本文主要分析1# 截面測點，其溫度測點布置如圖3 所示。

圖1 1#、2# 測點截面順橋向示意圖

圖2 1#、2# 箱梁截面構(gòu)造圖

圖3 1# 截面溫度測點布置圖

3 梁截面測點實測溫度分析及溫度場構(gòu)建

一般情況下，當太陽輻射較大時會使得混凝土箱梁出現(xiàn)最不利溫度梯度分布，故本節(jié)選取了6 月28 日至7 月1 日共計4 天的溫度數(shù)據(jù)展開研究。

2年區(qū)試與生產(chǎn)試驗結(jié)果采用DPS數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件[4]，對黔糯優(yōu)11的全生育期、有效穗、株高、穗長、穗粒數(shù)、實粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量進行相關(guān)性分析。

3.1 箱梁頂板測點實測溫度分析

3.4.1 T0求值過程

3.4.2 指數(shù)a 計算

圖4 箱梁頂板不同部位測點溫度時程圖

3.2 箱梁腹板測點實測溫度分析

根據(jù)式（2），把T0當作獨立的隨機變量，以50年作為溫度作用的重現(xiàn)期，根據(jù)計算的廣義極值分布函數(shù)，得到日最大溫差的極值為16.91℃。 但實際上T0不是獨立的隨機變量，進而考慮T0的相關(guān)性，即考慮極值指標θ=0.24，可得極值分布下的極限值為11.70℃。

圖5 箱梁腹板不同部位測點溫度時程圖

3.3 箱梁底板測點實測溫度分析

從圖6 中可以看出：（1）底板下表面測點溫度時程曲線呈現(xiàn)周期性變化，周期為24 h；（2）測點RB1 的溫度在0-6 時下降明顯，隨后溫度以較快的速率上升，受到的太陽輻射越大，其溫度越高；測點CB1 由于位于截面中間位置，不受太陽輻射作用的直接影響，因此溫度變化平緩，溫度較低；測點LB1溫度變化和RB1 相似， 但其溫度峰值較RB1 測點?。唬?）底板測點的橫向溫度差較小，最大處也僅為4℃左右，這是由于底板受太陽輻射作用影響小，主要影響其測點溫度變化的因素為箱梁周圍的大氣溫度變化及箱梁混凝土的導熱作用，但相較于太陽輻射的直接作用，該影響效果十分有限。

圖6 箱梁底板測點實測溫度時程圖

3.4 混凝土箱梁溫度梯度的統(tǒng)計分析

通過在現(xiàn)場布置溫度測點，自動采集系統(tǒng)經(jīng)過采集、保存、傳輸?shù)冗^程獲得大量連續(xù)的箱梁實測溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理得到所有采集日期內(nèi)每日溫度梯度的最大溫差值，如表1 所示。 將其結(jié)果繪制在一張散點圖上，得到圖7。

通過分析，由圖4（a）可知：（1）箱梁頂板上表面測點溫度變化具有周期性；（2）腹板頂面3 個測點（LD4、CD1、RD4）溫度變化規(guī)律幾乎一致；2 個箱室頂部測點（LD7、RD7）和兩側(cè)翼緣板頂面測點（LD1、RD1）溫度變化規(guī)律幾乎相同，其中兩側(cè)翼緣板頂面測點溫度較高， 且以LD7 測點的溫度為最高，其原因一方面是由于翼緣板處測點埋置深度較淺，另一方面是受太陽輻射角度的影響；（3）兩箱室頂部測點及翼緣板頂面測點基本在相同時間到達一天內(nèi)溫度極大值， 即在16∶00-18∶00 間達到溫度極大值，在06∶00-07∶00 間達到溫度極小值；而腹板頂面測點達到極值時間相對滯后2 h。 由圖4（b）可知：（1）翼緣板豎向測點溫度變化具有周期性；（2）測點LD1 在測試期間溫度變化相對較大，每日溫度波動達到5℃左右， 這是因為其所處位置受太陽輻射作用顯著；而其余兩測點（LD2、LD3）由于太陽輻射角較小，溫度變化相對平緩。

本文以某橋6-7 月份高溫季節(jié)每天最大溫度梯度為分析對象，根據(jù)極值統(tǒng)計理論，通過對實測數(shù)據(jù)的研究，得到較為準確的箱梁最不利溫度梯度的表達式。 方志等[1]提出的指數(shù)曲線能對溫度梯度進行較好的擬合，因此本文予以借鑒，采用式（1）的溫度梯度曲線進行后續(xù)研究。

表1 最大溫差統(tǒng)計數(shù)據(jù)匯總

圖7 最大溫差隨時間的分布圖

由圖7 可知，在統(tǒng)計天數(shù)內(nèi)，分析箱梁溫度梯度的日最大溫差值可知，其值在某一溫度范圍內(nèi)發(fā)生隨機波動，因此認為整組分析數(shù)據(jù)的概率分布滿足隨機變量的分布條件要求，進一步將該組隨機樣本數(shù)據(jù)按照一定的溫度分布區(qū)間進行統(tǒng)計計算，求出各溫度區(qū)間的概率分布情況，結(jié)果如圖8所示。

圖8 日最大溫差分布直方圖

為了更準確地確定指數(shù)a 的數(shù)值，選取更有參考價值的日最大溫度差大于7℃的曲線作為樣本數(shù)據(jù)，將其作為樣本進行數(shù)據(jù)擬合，使用概率統(tǒng)計的方法求解指數(shù)a 的數(shù)值，統(tǒng)計分布結(jié)果如圖11所示。

我國的畜牧獸醫(yī)行業(yè)已經(jīng)發(fā)展到了一個至關(guān)重要的時期，上級部門、基層部門、一線從業(yè)人員，都應該強化自己的責任意識。只有把責任放在心里，才能在工作中注意細節(jié)，注意質(zhì)量。加強行業(yè)的執(zhí)法監(jiān)測力度，把畜牧產(chǎn)品的衛(wèi)生、產(chǎn)品質(zhì)量放到第一位，讓安全成為畜牧獸醫(yī)這行業(yè)的代名詞。責任貴在落實，只有心中有責任，手上有落實，才能真正的為行業(yè)的創(chuàng)新改革保駕護航。

通過對求得的極值分布函數(shù)進行統(tǒng)計分析描述可以進一步驗證該求得的分布函數(shù)的合理性，求得該分布的P-P 圖和Q-Q 圖（圖9、10），可知所有點都在同一條直線周圍以較小幅度變化，表明使用該極值分布統(tǒng)計方法來求出的極值分布函數(shù)，用以計算箱梁日最大溫差是合理的。

通過分析，由圖5（a）可知：（1）腹板測點LW4在一天內(nèi)波動最為明顯，且各點溫度波動具有明顯的周期性，周期為24 h；（2）測點RW4 溫度波動規(guī)律與LW4 相同，但其溫度波動幅值較小，且到達溫度峰值的時間較晚；（3）考慮到測點CW2 布置于箱梁中間腹板上，其溫度變化主要受混凝土導熱作用影響，又由于混凝土箱室空間封閉，加之混凝土保溫隔熱作用的影響，因此導致該測點溫度較為穩(wěn)定且沒有呈現(xiàn)出明顯的周期性變化規(guī)律。 由圖5（b）可知：腹板頂面測點LD4 溫度最高，可接近34℃，而其他下部測點溫差不明顯，溫差在1℃以內(nèi)。因此腹板上部存在豎向溫差，而中部溫差較小。

圖10 T0 的Q-Q 圖

現(xiàn)代化高效的交通管理，亟需打破部門數(shù)據(jù)孤島，整合交通大數(shù)據(jù)，綜合制定智能化交通解決方案，建設(shè)統(tǒng)一的跨部門、跨系統(tǒng)的交通大數(shù)據(jù)共享平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與交換，并對數(shù)據(jù)進行深度挖掘分析，拓展交通應用，唯有這樣才能發(fā)揮出通州作為城市副中心的作用，真正實現(xiàn)中心區(qū)與副中心的資源共享.

基于極值統(tǒng)計方法對最大溫差數(shù)據(jù)進行參數(shù)估計， 通過計算得到箱梁豎向溫度梯度最大溫差的各個參數(shù)值，進而求得其極值分布函數(shù)如式（2）所示。

圖11 a 的取值分布

由圖11 可得， 指數(shù)a 取值主要分布在5～7 的區(qū)間范圍，為了進一步簡化求解最不利溫度梯度曲線的表達式，忽略指數(shù)a 動態(tài)變化對求解的結(jié)果的影響， 本文在出現(xiàn)頻率較大的分布范圍基礎(chǔ)上，選取其較大概率分布區(qū)間的中位數(shù)作為箱梁豎向最不利溫度梯度曲線表達式的指數(shù)，即取指數(shù)為6。綜上所述，由該橋溫度實測數(shù)據(jù)得到，該橋的最不利溫度梯度曲線如式（3）所示。

3.4.3 溫度曲線對比

將計算曲線與既有研究結(jié)果及現(xiàn)行橋梁設(shè)計規(guī)范進行對比，考慮到實際的箱梁溫度梯度分布形式為非線性分布，目前研究中主要參考鐵路橋涵規(guī)范對箱梁溫度梯度進行選取。

根據(jù)前文研究分析，得到了本橋的溫度分布曲線函數(shù)為T=11.7e-6y。為了研究不同地區(qū)溫度梯度曲線的差異， 選取了其他學者的箱梁溫度梯度曲線的結(jié)果：如劉海彎[2]對陜西地區(qū)一座橋梁進行一年的觀測，通過統(tǒng)計分析得到的溫度梯度曲線T=20.43e-6y；陶翀[3]對位于浙江淳安縣的一座大橋進行為期兩年的觀測， 獲得其溫度梯度曲線為T=17.83e-3y；按照《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》[4]的規(guī)定，可得箱梁溫度梯度曲線為T=20e-5y。 各溫度梯度曲線如圖12 所示。

記錄兩種診斷方式的檢查結(jié)果，并與最終手術(shù)治療結(jié)果進行對比，統(tǒng)計兩種方式的誤診、漏診人數(shù)，以此計算各診斷方式的診斷準確率；記錄兩種診斷方式檢查得出的突出征象，并與最終手術(shù)治療結(jié)果進行對比，統(tǒng)計具體病因診斷的準確率。

圖12 相關(guān)文獻中的溫度梯度曲線對比

由圖12 可知， 各個地區(qū)的溫度曲線均與規(guī)范中規(guī)定的溫度曲線存在差異，并且各個不同地區(qū)之間溫度梯度曲線也不盡相同，因此規(guī)范中對溫度梯度曲線的規(guī)定不能完全符合各個地區(qū)的實際情況，應根據(jù)對箱梁的實測數(shù)據(jù)分析，求得準確的溫度梯度曲線。 本文研究為建立該地區(qū)的箱梁溫度梯度曲線提供了大量實測數(shù)據(jù)和有價值的經(jīng)驗，研究得出的溫度梯度曲線為我國建立更加全面、有效的箱梁溫度梯度曲線提供了參考。

于是我們發(fā)現(xiàn)了自己的窘境：現(xiàn)在常常憂慮的不是知道得太少，而是知道得太多。各種信息太多了，什么網(wǎng)絡(luò)小報廣播電視雜志書籍——連風里都是各種各樣的聲音。我們的視聽已經(jīng)被嚴重堵塞，五官負擔大大超載。這一切已經(jīng)影響到我們的思考和判斷，因為各種參照實在太多了。

4 結(jié)語

本文通過自動化云監(jiān)測系統(tǒng)，建立智慧橋梁監(jiān)測系統(tǒng)，對大橋進行長達數(shù)月的溫度監(jiān)測，獲得了大量有效的實測數(shù)據(jù)。 利用極值統(tǒng)計的方法得到了箱梁截面豎向溫度梯度曲線。 本文主要得到以下研究結(jié)論：（1）日照作用對箱梁溫度場影響顯著。 向陽側(cè)腹板溫度明顯較背陽側(cè)高。 腹板橫向溫度曲線近似呈現(xiàn)對稱分布。 中間腹板由于混凝土保溫隔熱作用，溫度變化較小。 腹板厚度方向尺寸對腹板橫向溫度曲線有一定影響，隨著腹板厚度減小，溫度差出現(xiàn)降低。 （2）通過極值統(tǒng)計分析方法對現(xiàn)場實測所得箱梁溫度數(shù)據(jù)進行分析，確定了該橋溫度梯度曲線表達式為T=11.7e-6y，經(jīng)驗證，該方法計算所得結(jié)果能較好地反應實測溫度的統(tǒng)計特性。 通過對比不同地區(qū)的溫度梯度曲線可知，溫度梯度曲線的區(qū)域性差異較明顯，規(guī)范中對溫度梯度曲線的規(guī)定不能完全適用于各個地區(qū)，不同地區(qū)應考慮根據(jù)現(xiàn)場情況開展箱梁溫度場的實測數(shù)據(jù)分析，求得準確的溫度梯度曲線。