混凝土連續(xù)箱梁溫度效應(yīng)施工監(jiān)控

黃學(xué)欣

(黑龍江科技學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150027)

0 引言

在施工過程中有很多因素會引起橋梁結(jié)構(gòu)線形及內(nèi)力的變化，如混凝土彈性模量，混凝土收縮、徐變，橋梁施工臨時荷載，預(yù)應(yīng)力張拉誤差及預(yù)應(yīng)力損失等。其中，溫度對橋梁結(jié)構(gòu)的影響也相對重要，由于橋梁結(jié)構(gòu)存在于自然環(huán)境之中，其不可避免的要受到大氣環(huán)境的影響，而混凝土本身又是熱的不良導(dǎo)體，氣溫的變化必然會引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度分布不均勻(溫度梯度)，導(dǎo)致橋梁上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加的內(nèi)力、次內(nèi)力及變形，因此，在橋梁施工監(jiān)控中應(yīng)重視溫度效應(yīng)的影響。

1 溫度效應(yīng)的產(chǎn)生

當(dāng)橋梁的外部環(huán)境因素發(fā)生變化時，由于混凝土對熱的傳導(dǎo)性不好，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)表面的溫度和結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度分布不均勻，由此會產(chǎn)生溫度變形，當(dāng)這種變形受到約束時，就會在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力。

按照引起溫度變化因素的不同，溫度荷載可分為三種，日照溫度荷載、驟然降溫溫度荷載與年溫溫差溫度荷載。其中年溫溫差是一種緩慢長期的作用，這種作用只是會緩慢的改變結(jié)構(gòu)的整體溫度，而不會引起結(jié)構(gòu)的內(nèi)力;驟然降溫溫差荷載主要是指由于一些因素導(dǎo)致結(jié)構(gòu)表面溫度迅速降低而結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度不變的一種情況，不但發(fā)生概率小且無規(guī)律性;所以，在施工控制中主要控制的是日照溫差的影響。

日照溫差主要是由于太陽輻射引起的，其對結(jié)構(gòu)的影響較大且呈一定的周期性，對它的研究可以總結(jié)出相應(yīng)的規(guī)律，為今后的橋梁施工提供依據(jù)。

2 工程概況

某橋位于江蘇省境內(nèi)，全長285 m，主橋?yàn)?0 m+65 m+40 m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，兩幅分離，支點(diǎn)梁高4 m，跨中梁高2．2 m，底板按圓曲線變化，梁頂面寬 12．4 m，地面寬 6．5 m，翼緣板均為2．95 m。上部結(jié)構(gòu)采用C50混凝土，橋面鋪裝采用C40混凝土。

3 溫度效應(yīng)的監(jiān)控

溫度是結(jié)構(gòu)內(nèi)力、次內(nèi)力和變形的最關(guān)鍵的影響條件之一，尤其是日照溫度差的影響。溫度效應(yīng)不僅能產(chǎn)生主梁內(nèi)部的溫度梯度，引起主梁開裂、下?lián)希€可能導(dǎo)致墩身偏移。所以在施工過程中，要對溫度效應(yīng)有足夠的重視。為了研究溫度在結(jié)構(gòu)截面上的分布規(guī)律，需選取幾天進(jìn)行連續(xù)24 h的溫度測量，并繪制溫度(t)—撓度(S)曲線。

3．1 儀器測量結(jié)構(gòu)溫度

3．1．1 表面溫度測量

對于橋梁表面溫度，由于無法預(yù)埋傳感器，可采用鉑電阻表面溫度點(diǎn)溫計或溫度計進(jìn)行測量。應(yīng)用點(diǎn)溫計或溫度計測量具有較大的靈活性，可對任意處的混凝土表面溫度進(jìn)行測量。

3．1．2 混凝土內(nèi)部溫度測量

本橋預(yù)埋傳感器采用湖南長沙金碼高科技實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的JMZX-215AT傳感器，此傳感器適合于長期監(jiān)測和自動化測量，具有高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性、防潮及絕緣等優(yōu)良性能。

3．2 測點(diǎn)布置

考慮每個懸臂段截面的溫度大致相同，所以選取一個懸臂段的兩個截面作為溫度控制截面，布置溫度測點(diǎn)。在橋梁截面上預(yù)埋的溫度傳感器分別布置在腹板的上下兩端和頂板，底板的中心處，其具體布置位置如圖1所示。

圖1 測點(diǎn)布置示意圖（單位：cm）

3．3 測試數(shù)據(jù)處理

3．3．1 箱梁溫度場的測量

箱梁溫度場的觀測，要選在有代表性的天氣，選擇兩天或三天進(jìn)行一天內(nèi)連續(xù)的溫度測量，一天中的溫度測量應(yīng)從早6:00開始至晚8:00結(jié)束，每小時進(jìn)行一次測量。通過梁內(nèi)預(yù)埋的溫度傳感器，可以獲得箱梁內(nèi)部溫度的變化以及和外界溫度的關(guān)系，總結(jié)溫度效應(yīng)的規(guī)律，為施工和運(yùn)營階段橋梁的溫度分析提供實(shí)測數(shù)據(jù)。

本橋選取連續(xù)晴朗的兩天，測量梁體溫度，取其平均值，得到梁體溫度隨時間變化的曲線如圖2所示。

從圖2可以看出，頂板受陽光照射的影響，溫度不斷上升，而底板由于不受陽光直射，且混凝土結(jié)構(gòu)對熱的傳導(dǎo)較慢，再加上通風(fēng)等原因?qū)е缕錅囟茸兓^慢，由此在梁截面上形成較大的溫度梯度。

圖2 梁體溫度變化圖

3．3．2 箱梁撓度的觀測

箱梁溫度—撓度關(guān)系是確定各階段施工立模標(biāo)高的主要因素之一，因此，對箱梁撓度和溫度二者之間的關(guān)系進(jìn)行研究十分必要。撓度變化監(jiān)測是通過對一天(早晨6:00～晚20:00)中每隔2 h不間斷監(jiān)測，掌握高程變化受溫度影響的關(guān)系，以此來確定立模標(biāo)高。

根據(jù)對箱梁標(biāo)高的測定，得出時間—撓度曲線如圖3所示。

圖3 箱梁撓度變化圖

由圖3可以看出，撓度的變化與溫度變化的規(guī)律基本相同。當(dāng)箱梁頂板、腹板溫差最大時，撓度達(dá)到最大;而溫差較小時，撓度變化很小。

4 結(jié)語

通過對施工過程中溫度的監(jiān)控以及對撓度變化規(guī)律的分析，

可得到以下結(jié)論:1)箱梁受日照溫差的影響較大，在氣溫最高時，梁截面溫差基本達(dá)到最大值;而在太陽照射不強(qiáng)時，其溫度基本相同，因此對于箱梁施工的測量工作可在日出后3 h進(jìn)行。2)根據(jù)測量結(jié)果可看出箱梁的撓度也受溫度變化的影響，所以在施工過程中要注意控制梁的標(biāo)高，以保證橋梁順利合龍，達(dá)到設(shè)計要求的線形。

［1] 雷俊卿．大跨度橋梁結(jié)構(gòu)理論與應(yīng)用［M］．北京:北京交通大學(xué)出版社，2007:82-93．

［2] 黃 毅．混凝土連續(xù)箱梁橋日照溫度場及溫度效應(yīng)研究［D］．武漢:武漢理工大學(xué)，2009．

［3] 方 志，汪 劍．大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋日照溫差效應(yīng)［J］．中國公路學(xué)報，2007，20(1):62-67．