淺論外界溫度對砼連續(xù)箱梁懸臂施工的影響

程曙光

（中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司，陜西 西安 710068 ）

0 引言

懸臂掛籃法是大跨度預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁常用的施工工藝。按此工法施工時，大跨度預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁需經(jīng)過多次體系轉(zhuǎn)換，從靜定結(jié)構(gòu)變?yōu)槌蓸驎r的超靜定結(jié)構(gòu)，施工時間一般較長，需跨越幾個季節(jié)。這些因素造成梁體砼在施工周期內(nèi)會經(jīng)受較大差異氣溫的影響，對于大跨度箱梁，尤其是多跨的大跨度連續(xù)箱梁，外界溫度變化對梁體懸臂施工和體系轉(zhuǎn)換階段各項(xiàng)工藝均有較大的影響?？紤]不周時，輕則影響梁體的外觀，嚴(yán)重時會影響到橋梁的質(zhì)量。

本文以西安市某市政橋施工控制為例，分析總結(jié)氣溫變化對連續(xù)梁橋施工影響及應(yīng)對方案。

該市政橋梁為東西向跨河布設(shè)，主橋?yàn)槲蹇缱兘孛孢B續(xù)箱梁，每跨橋長100 米，按分離式結(jié)構(gòu)設(shè)計，梁體為單箱三室結(jié)構(gòu)，縱向按拋物線形式設(shè)計。由于本橋是市政橋梁，為達(dá)到美觀效果，體現(xiàn)出拱橋的樣式，設(shè)計時加大橋墩處梁高，其中0#塊高8.0 米，合龍段高2.5 米。主橋箱梁頂板寬27 米，底板寬19.5 米，翼緣懸臂寬3.75 米，頂板厚0.3 米，底板厚由0.3 米按1.8 次拋物線以及圓曲線平滑過渡到根部的1.4 米厚。主橋設(shè)計為一聯(lián)結(jié)構(gòu)，伸縮縫設(shè)在兩端與引橋相接處，伸縮縫預(yù)留寬度為310mm。主橋10#墩橋梁支座設(shè)計為固定支座，其余支座為帶速度鎖定器的摩擦擺支座，可自由縱向滑動。

1 氣溫變化對砼連續(xù)箱梁影響原理

砼連續(xù)箱梁施工階段，外界溫度的影響主要有氣溫變化和太陽輻射，另外瀝青砼橋面施工時，高溫瀝青會對梁體產(chǎn)生一定影響。梁體砼內(nèi)溫度場按變化情況主要分為均勻溫度場和梯度溫度場，均勻溫度場為季節(jié)性氣溫變化在梁體內(nèi)產(chǎn)生緩慢、均勻的溫度變化。梯度溫度場是因不同走向的橋梁由于接受日照強(qiáng)度不同，同時熱量在梁截面內(nèi)的傳導(dǎo)引起梁體各個部位的砼溫度差異較大，或其他施工因素造成梁體不均勻受熱，梁體內(nèi)會出現(xiàn)溫度非線性變化，形成梯度溫度。

均勻溫度場的影響：在掛籃懸臂施工階段，連續(xù)箱梁尚未合龍，施工中的梁體處于靜定結(jié)構(gòu)，懸臂梁體除受支臨時支座（臨時固結(jié)）固定外無多余約束，均勻溫度變化在梁體砼內(nèi)不會產(chǎn)生內(nèi)力，對梁體施工影響不顯著。合龍體系轉(zhuǎn)換階段，均勻溫度引起梁長變化，會影響支座和伸縮安裝。

梯度溫度場的影響：施工過程中，梯度溫度場主要產(chǎn)生三種影響，一是造成梁體不均勻變形，箱梁砼斷面內(nèi)產(chǎn)生自應(yīng)力，在砼澆筑時間、預(yù)應(yīng)力施加等多因素影響下，對梁體施工質(zhì)量會產(chǎn)生較大的影響。二是由于箱梁砼沿豎向溫度變化較大，梁體伸長變形不一致，會引起懸臂端標(biāo)高變化。三是梯度溫度會引起梁體頂板翹曲，使外腹板內(nèi)曲，使腹板內(nèi)表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。

2 砼連續(xù)箱梁懸臂施工出現(xiàn)問題分析

2.1 梁體砼溫度變化情況

通過在箱梁砼內(nèi)外表面不同位置、箱室內(nèi)外空間安裝溫度傳感器，長期測量不同位置氣溫和砼溫度，經(jīng)過統(tǒng)計對比分析，以7月份測設(shè)的溫度進(jìn)行分析：

1 溫變化情況：箱梁外部氣溫在同一天內(nèi)隨時間大致呈正弦函數(shù)變化，不同區(qū)域的氣溫變化趨勢基本相同，陽光直射到的區(qū)域在當(dāng)天最高時高于其他區(qū)域，在夜間時不同區(qū)域氣溫基本相同。箱梁內(nèi)部氣溫在一天內(nèi)變化幅度較小，在1～2℃間變化，溫度基本接近同一天內(nèi)最高氣溫。右圖為某一天不同部位的氣溫變化圖，其中T65 為頂板上方的氣溫。

②梁體不同位置砼溫度變化情況：頂板外表面溫度隨著箱室外大氣溫度變化，變化趨勢基本相同。箱梁頂板內(nèi)表面變化受傳導(dǎo)熱影響，比箱室外氣溫變化滯后約2 小時。箱梁底板外表面、外側(cè)腹板的外表面溫度隨箱室外氣溫變化，滯后約3 小時，箱梁腹板內(nèi)表面、底板內(nèi)表面隨箱室內(nèi)氣溫變化，同一天內(nèi)，幾乎無變化。同一天內(nèi)上午6 點(diǎn)到10 點(diǎn)時間段內(nèi)，各部位砼溫度變化速率接近。

③梁體斷面砼溫度分布情況：由于砼導(dǎo)熱系數(shù)較小，沿梁體豎向砼溫度快速降低，橫向頂板砼溫度基本相同，腹板在陽光照射到的位置較高，其他部位在同一水平斷面上基本相同。

2.2 氣溫對懸澆梁頂標(biāo)高的影響

預(yù)應(yīng)力砼箱梁在施工過程中，由于橋梁朝向不同，梁體各個部位接受日照的時間和強(qiáng)度不同，多數(shù)情況下，梁體頂板和無翼緣板箱梁的向陽側(cè)腹板受太陽輻射時間最長，升溫較高，而背陽側(cè)腹板和底板升溫較慢。在不均勻溫升作用下，梁體頂板伸長量較大，腹板下部和底板伸長量較小，在懸臂端自由的條件下，懸臂端會出現(xiàn)下垂。下垂隨梁長和日照時間的增長而增大。此類變形屬彈性變形，隨著頂板溫度降低而恢復(fù)。

在本文例橋施工過程中，懸臂端掛蘭位置在太陽輻射強(qiáng)烈時曾出現(xiàn)較大的高差，在下午3 點(diǎn)左右掛蘭位置梁端出現(xiàn)較大的下垂，而在上午又會回復(fù)到原位，變形值與施工懸臂梁長成正比。最大出現(xiàn)過梁端下?lián)?.4cm。

為減少溫度對梁端下?lián)系挠绊懀谏衔? 點(diǎn)到9 點(diǎn)測設(shè)掛蘭底模調(diào)整標(biāo)高，保證了該橋懸澆箱梁標(biāo)高符合監(jiān)控量測計算的拋高值。

2.3 對梁外腹板質(zhì)量的影響

箱梁頂板受太陽輻射不均勻升溫后，發(fā)生上拱翹曲，腹板抵抗頂板變形，受彎矩作用，會產(chǎn)生向內(nèi)變形，梁體越高，變形越大。由此在腹板上會產(chǎn)生拉應(yīng)力。箱梁腹板預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉時，鋼絞線彎曲段對腹板局部產(chǎn)生拉應(yīng)力，在這幾種內(nèi)力組合下，拉應(yīng)力大于砼抗拉強(qiáng)度，在腹板內(nèi)表面沿鋼絞線布設(shè)方向出現(xiàn)開裂。（變形如右圖）

本文例橋箱梁在腹板內(nèi)設(shè)置縱向無平彎的負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力鋼束，每束均為17 根公稱直徑15.20mm 的低松弛高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線。為避免腹板開裂，沿腹板縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線預(yù)埋的波紋管兩側(cè)間隔10cm 布設(shè)拉筋，拉筋直徑為16mm，兩端分別勾在內(nèi)外主筋上。另外在具備條件時，在張拉縱向預(yù)應(yīng)力筋前先張拉豎向精軋螺紋鋼。有效的解決腹板后半段沿預(yù)應(yīng)力筋開裂的問題。

2.4 對支座和伸縮縫的影響

砼連續(xù)箱梁掛籃懸臂施工合龍溫度按規(guī)范要求為當(dāng)天最低溫度，且通常要求合龍溫度為15±3℃。而實(shí)際合龍時的梁體溫度很難確保當(dāng)天最低溫度時滿足設(shè)計要求。這時整個梁體會發(fā)生均勻伸長或縮短的變形，同時受砼材料、收縮、徐變等多方面因素的共同作用下，支座安裝和伸縮縫預(yù)留寬度會受到很大的影響，同聯(lián)跨數(shù)越多、橋梁越長，最遠(yuǎn)端的支座和伸縮縫受最后一個合龍段施工時的溫度影響越大。

本文例橋10#墩為固結(jié)墩，該墩上的支座不會發(fā)生移動和變形，7#和14#墩分別為引、主橋分界線，此處設(shè)計預(yù)留變形縫寬為310mm。由于外界因素影響，該橋未按正常順序合龍，其中7#墩合龍時間在1月份，合龍溫度為5℃。由于8～10#墩間主梁先于7#墩完成，相差時間較長，在7#墩主梁完成時，8～10#墩間主梁砼收縮、徐變大部分已完成。經(jīng)過計算后，梁體間伸縮縫預(yù)留寬度按比設(shè)計增加2cm 預(yù)留。由于設(shè)計的支座容許變形為正負(fù)各20cm，考慮支座預(yù)偏較困難，且后期變形不會超出容許值，7#墩上主梁支座按正常狀態(tài)安裝。

在7#墩主橋與引橋伸縮縫安裝時，當(dāng)天平均氣溫為13℃，梁體間預(yù)留伸縮縫寬度基本恢復(fù)至設(shè)計寬度，7#墩主梁下支座變形3cm。

3 控制技術(shù)

砼連續(xù)箱梁橋采用掛籃工藝施工時，從以上分析可看出，外界溫度主要對橋梁施工時掛籃標(biāo)高控制、箱梁腹板砼、支座安裝位置、伸縮縫預(yù)留寬度等影響較大，若控制措施不力，會影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量和使用安全，按例橋施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出主要控制技術(shù)如下：

4.1 制定詳細(xì)的橋梁砼溫度監(jiān)控量測方案，按方案測量、分析不同氣溫和日照條件下，箱梁斷面內(nèi)砼溫度隨氣溫、時間的變化曲線。

4.2 為減少溫度梯度對懸臂端標(biāo)高的影響，懸臂端掛籃、模板測量放樣時間應(yīng)選在頂板和腹板砼溫度基本相同的時間段。在其他時間段內(nèi)放樣時，懸臂端確定施工標(biāo)高時應(yīng)考慮豎向和橫向溫度梯度的影響。

4.3 為避免在日照時間較長的季節(jié)施工時腹板出現(xiàn)受力裂縫，可根據(jù)實(shí)測砼溫度，結(jié)合箱梁結(jié)構(gòu)計算腹板因溫度產(chǎn)生的拉應(yīng)力，選用以下控制措施。

1） 在懸臂端2 米長范圍內(nèi)的腹板縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線兩側(cè)增加拉筋，增強(qiáng)腹板局部拉應(yīng)力的抵抗力。

2）調(diào)整預(yù)應(yīng)力張拉順序，在張拉縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線前，先張拉外側(cè)腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋，張拉力可按設(shè)計值的50%控制。

3）給箱梁面采取灑水、遮陽等措施降低頂板與底板的溫差，控制時間段為下塊懸澆塊段縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉后。

4.4 為保證支座安裝正確和伸縮縫預(yù)留符合設(shè)計尺寸，采取以下措施控制：

1）確定合適的合龍順序，制定切實(shí)可行的施工計劃，預(yù)測合龍時的氣溫和梁溫。

2）模擬計算施工條件和完成體系轉(zhuǎn)換后各支座的變形數(shù)據(jù)，對較大變形的支座向相反方向頂推，設(shè)預(yù)變形，消除和減小溫度引起的變形量。

3） 按計劃和預(yù)測的同聯(lián)最后一個合龍段的梁溫，計算推測伸縮縫變形數(shù)據(jù)，調(diào)整預(yù)留伸縮縫寬度。

5 結(jié)語

溫度對連續(xù)梁橋和剛構(gòu)橋施工影響非常大，尤其對于多跨連續(xù)梁橋，溫度變化造成梁體變形累積或產(chǎn)生的自內(nèi)力，處理不好就會直接影響橋梁的質(zhì)量和后期運(yùn)行安全。同時溫度對砼橋梁的影響又是非常復(fù)雜的，與橋梁所處位置、走向、結(jié)構(gòu)形式、氣溫變化、日溫差、太陽輻射強(qiáng)度等因素有關(guān)，本文進(jìn)行初步總結(jié)，為以后同類橋梁施工提供參考。