大溫差條件下鋼結(jié)構(gòu)復(fù)式拱橋測(cè)量控制分析

摘要：文章通過(guò)對(duì)烏蘭木倫河3號(hào)橋拱肋安裝過(guò)程中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度、風(fēng)速、鋼板溫度、自身荷載等環(huán)境影響因素中，選取對(duì)拱肋變形影響較大的溫度因素進(jìn)行分析，采用SPSS實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度及拱肋變形量的擬合，確定溫度對(duì)拱肋安裝的影響值，為鋼結(jié)構(gòu)復(fù)式拱橋安裝精度控制提供參考依據(jù)。結(jié)果表明，大溫差條件對(duì)鋼結(jié)構(gòu)復(fù)式拱橋安裝的影響較大，通過(guò)溫度系數(shù)修正，可有效提高鋼結(jié)構(gòu)橋梁的安裝精度。

關(guān)鍵詞：溫度；安裝；SPSS；修正；鋼結(jié)構(gòu)復(fù)式拱橋

中圖分類號(hào)：U448.22" " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A" " " "DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.045

文章編號(hào)：1673-4874（2024）11-0152-03

0引言

在鋼結(jié)構(gòu)拱橋安裝過(guò)程中，需要掌握拱肋在未合龍前受環(huán)境影響的變形情況，合理確定預(yù)偏量和最佳合龍時(shí)間，確保拱肋合龍精度。由于目前國(guó)內(nèi)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)復(fù)式拱橋的安裝過(guò)程缺乏變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，安裝誤差普遍較大。因此，如何提高鋼結(jié)構(gòu)復(fù)式拱橋的安裝定位精度，成為亟待解決的科研課題。

本文通過(guò)對(duì)烏蘭木倫河3號(hào)橋拱肋安裝過(guò)程中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度、風(fēng)速、鋼板溫度、自身荷載等［1］環(huán)境影響因素中，選取對(duì)拱肋變形影響較大的溫度進(jìn)行分析［2］，采用SPSS實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度及拱肋變形量的擬合，確定溫度對(duì)拱肋安裝的影響值，為鋼結(jié)構(gòu)復(fù)式拱橋安裝精度控制提供參考依據(jù)。

1工程概況

烏蘭木倫河3號(hào)橋是國(guó)內(nèi)首座雙飛翼景觀特大橋梁，橋長(zhǎng)348 m，主跨200 m，屬于中承式復(fù)式鋼箱拱橋，橋面變截面寬度為42～65 m，見(jiàn)圖1。

橋梁上部主拱結(jié)構(gòu)為外傾式鋼箱拱，橫橋向向道路中心線外傾斜17°，順橋向最大角度為57°；副拱結(jié)構(gòu)為內(nèi)傾式鋼箱拱，橫橋向向道路中心線內(nèi)傾45°，順橋向最大角度為18°。

主拱由兩條對(duì)稱外傾式拱肋組成，東西拱肋各分27個(gè)吊裝節(jié)段，全橋共54個(gè)吊裝節(jié)段。副拱由兩條非對(duì)稱內(nèi)傾式拱肋組成，左側(cè)拱肋分31個(gè)吊裝節(jié)段，右側(cè)拱肋分32個(gè)吊裝節(jié)段，全橋設(shè)計(jì)共63個(gè)吊裝節(jié)段。見(jiàn)圖1。

工程項(xiàng)目地處鄂爾多斯市，屬于典型的溫帶大陸性氣候，最主要的特點(diǎn)是晝夜溫差大，且較為干燥。鋼結(jié)構(gòu)由于其材料屬性，受溫度等因素影響變形較大。因此，當(dāng)?shù)貧夂驐l件對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的安裝造成很大的困難。

2變形監(jiān)測(cè)

通過(guò)對(duì)大氣溫度、鋼板溫度分別進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判斷大氣溫度對(duì)鋼板溫度的影響。結(jié)合鋼板溫度與拱肋變形量的對(duì)比分析，判斷鋼板溫度對(duì)拱肋變形的影響規(guī)律。

2.1大氣溫度、鋼板溫度監(jiān)測(cè)

大氣溫度監(jiān)測(cè)采用水銀溫度計(jì)，在觀測(cè)場(chǎng)中離地面1.5 m高的百葉箱中進(jìn)行，保持良好的通風(fēng)性，并避免陽(yáng)光直接照射，每小時(shí)進(jìn)行讀數(shù)記錄；鋼板溫度采用紅外測(cè)溫儀測(cè)量，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)原件溫度進(jìn)行測(cè)量，頻率與大氣溫度數(shù)據(jù)采集一致，測(cè)溫精度為±1 ℃。采集數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2。

2.2拱肋變形監(jiān)測(cè)

各節(jié)段安裝后在拱肋自由端布設(shè)棱鏡，采用測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行24 h不間斷監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)采集頻率為1 h。以副拱為例，在副拱T1安裝后及T2安裝前對(duì)拱肋進(jìn)行監(jiān)測(cè)，后續(xù)拱肋安裝后對(duì)T1拱肋進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，對(duì)拱肋單邊自由狀態(tài)與前后節(jié)段安裝后狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。

2.2.1棱鏡布設(shè)及復(fù)位監(jiān)測(cè)

拱肋安裝過(guò)程中對(duì)每節(jié)段端頭拱肋安裝棱鏡進(jìn)行監(jiān)測(cè)。根據(jù)設(shè)計(jì)坐標(biāo)在拱肋下方支架頂部放樣坐標(biāo)點(diǎn)A、B、C，其分別對(duì)應(yīng)為D、E、F點(diǎn)的平面坐標(biāo)，見(jiàn)圖3。觀測(cè)A、B、C三點(diǎn)的標(biāo)高后，計(jì)算其與拱肋實(shí)際坐標(biāo)的高差，在吊裝過(guò)程中對(duì)D、E、F點(diǎn)使用吊錘對(duì)拱肋定位進(jìn)行調(diào)整。拱肋安裝完成后下一節(jié)段安裝前，在D、E、F側(cè)方安裝小棱鏡，以便進(jìn)行變形觀測(cè)。通過(guò)對(duì)拱肋T29的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)拱肋由于陽(yáng)光照射等原因向背陰面偏移，無(wú)陽(yáng)光照射氣溫下降的情況下拱肋又恢復(fù)原位，見(jiàn)圖4。

2.2.2首節(jié)段拱肋變形監(jiān)測(cè)

拱肋T1及后續(xù)節(jié)段安裝后對(duì)T1監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5。由圖5可知，首節(jié)段拱肋變化較小，三向變化中相對(duì)較大的為順橋向偏差，最大位移約3 mm。

2.2.3多節(jié)段拱肋變形監(jiān)測(cè)

拱肋安裝自T2節(jié)段至T29、T30，對(duì)多節(jié)拱肋單邊自由狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)拱肋進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖6、圖7。

3數(shù)據(jù)分析

將拱肋變形數(shù)據(jù)及測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行整合、整理（以T30節(jié)段為例）見(jiàn)圖8，可見(jiàn)拱肋變形隨溫度變化較大，但整體可控。

3.1鋼板自身變形分析

根據(jù)主橋所用鋼板Q345qd的膨脹系數(shù)，鋼板自身變形主要為順橋方向偏差［3］。通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在拱肋安裝時(shí)間段內(nèi)，當(dāng)?shù)刈畲鬁夭罴s15 ℃，鋼板自身最大變形約0.000 2 mm，累計(jì)變形≤0.1 mm，可忽略不計(jì)。因此，拱肋變形基本為外界環(huán)境因素導(dǎo)致，其中影響最大的為鋼板溫度。

3.2鋼板受溫度影響變形分析

由圖8可知，拱肋標(biāo)高及順橋方向偏差均在10 mm內(nèi)，主要考慮拱肋橫橋方向偏差隨鋼板溫度變化的影響。將鋼板溫度及拱肋橫橋偏差導(dǎo)入SPSS進(jìn)行相關(guān)性分析［4］，見(jiàn)表1。通過(guò)分析可見(jiàn)，P值＜0.01，證明兩者相關(guān)性顯著。

由數(shù)據(jù)分析可知兩者存在較為顯著的相關(guān)性，但通過(guò)觀察數(shù)據(jù)難以確定適用函數(shù)，選擇將散點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多函數(shù)擬合，選擇線性、對(duì)數(shù)、二次、三次等多個(gè)函數(shù)進(jìn)行擬合，擬合效果見(jiàn)圖9。選擇最佳擬合函數(shù)，通過(guò)擬合后參數(shù)估算值，見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，三次函數(shù)擬合效果最佳，擬合函數(shù)為Y=39.501-2.674X+0.037X2+0.000 3X3（Y為橫橋方向偏差，X為鋼板溫度）。

4安裝優(yōu)化措施

通過(guò)對(duì)安裝過(guò)程中大氣溫度、鋼板溫度、拱肋變形等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)烏蘭木倫河3號(hào)橋的拱肋安裝采取以下優(yōu)化措施：

（1）在拱肋安裝過(guò)程中，應(yīng)實(shí)時(shí)測(cè)量拱肋鋼板的溫度，并按照拱肋鋼板溫度與拱肋橫向偏移量的曲線擬合函數(shù)，即Y=39.501-2.674X+0.037X2+0.000 3X3（Y為橫橋方向偏差，X為鋼板溫度）確定拱肋預(yù)偏量，測(cè)量放樣應(yīng)結(jié)合預(yù)偏量進(jìn)行安裝，確保拱肋在設(shè)計(jì)溫度下能恢復(fù)至設(shè)計(jì)坐標(biāo)。

（2）拱肋合龍段是鋼結(jié)構(gòu)復(fù)式拱橋安裝精度控制的關(guān)鍵，應(yīng)選擇鋼板溫度趨于穩(wěn)定的時(shí)間段開(kāi)展合龍段的安裝工作，結(jié)合該項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，具體安裝時(shí)間宜選擇當(dāng)?shù)匾归g23∶00之后，并在鋼板溫度上升前盡快完成。

5結(jié)語(yǔ)

本文以烏蘭木倫河3號(hào)橋拱肋安裝為基礎(chǔ)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得出鋼板溫度對(duì)拱肋橫橋向偏移量影響較大。在大溫差條件下開(kāi)展的鋼結(jié)構(gòu)復(fù)式拱橋拱肋安裝，可通過(guò)測(cè)量機(jī)器人采集安裝過(guò)程的拱肋橫向偏移量，分析查找鋼板溫度與拱肋橫橋向偏移量的變化規(guī)律，以合理確定拱肋預(yù)偏量，并在安裝時(shí)結(jié)合其他環(huán)境影響因素綜合考慮實(shí)施。在大跨徑鋼結(jié)構(gòu)復(fù)式拱橋拱肋的合龍時(shí)間選擇上，宜選擇凌晨溫度較為穩(wěn)定的時(shí)間段快速完成。實(shí)踐證明，通過(guò)溫度系數(shù)修正測(cè)量放樣數(shù)據(jù)，能有效提高大溫差條件下鋼結(jié)構(gòu)復(fù)式拱橋的安裝精度，可為同類拱橋安裝提供借鑒。

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作者簡(jiǎn)介：文彬（1989—），工程師，主要從事工程項(xiàng)目管理工作。

收稿日期：2024-05-08