日照溫度效應對高墩連續剛構橋梁線形的影響

孫龍華

(山西省交通科學研究院，山西太原 030006)

0 引言

近年來，隨著我國交通事業的大發展，連續剛構橋梁因其具有的梁體連續、不設支座、方便施工，且順橋向抗彎剛度和橫向抗扭剛度較大等優點，在大跨徑橋梁中得到了十分廣泛的應用。

混凝土橋梁結構受到如陽光輻射、環境氣溫變化等環境變化的影響，其結構表面與內部的溫度隨時間變化，并會在橋梁結構上產生非均勻溫度場，結構受力及線形受到很大影響。本文以臨吉高速公路壺口黃河特大橋為工程背景，對日照溫度效應對施工階段橋梁主梁線形的影響進行分析，并提出相應的工程措施。

1 工程概況

壺口黃河大橋為臨吉高速公路的重點控制性工程，為分離式預應力混凝土剛構—連續組合橋，跨徑組成為120 m+3×175 m+96 m。上部結構形式為變截面單箱單室箱梁，主梁根部梁高11 m，跨中梁高3 m。1號～4號橋墩均為單肢箱形薄壁墩，1號，4號墩設置支座，2號，3號橋墩為墩梁固結，最大墩高為148 m(3號墩)。

2 結構溫度場的確定

半經驗半理論法是目前研究溫度場采用較為普遍的方法，即在分析實測資料的基礎上并結合理論研究，得出某一地區的溫度分布模式。

國內外已有實測資料分析的結果表明，沿箱梁高、梁寬方向的溫差分布計算公式一般為:

我國JTG D60-2004規范中對溫度梯度分布規定如下:進行橋梁結構由于溫度梯度引起的效應的計算時，可采用如圖1所示的豎向溫度梯度曲線，T1及T2的取值見圖中表格。對于混凝土結構，當梁高H＜400 mm時，圖中 A=H－100 mm;當 H≥400 mm時，A=300 mm。

圖1《公路橋規》豎向溫度梯度（單位：mm）

本文采用JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范規定的溫度梯度進行計算分析。

3 日照溫度效應計算及結果分析

1)模型的建立。本文采用空間有限元分析軟件MIDAS CIVIL 7.0對壺口黃河特大橋3號墩“T”構最大雙懸臂階段在日照溫度效應作用下主梁的撓度變化進行計算。分析模型如圖2所示。

2)溫度梯度加載方式。最大懸臂階段的主梁按混凝土鋪裝考慮，T1取25℃，T2取6.7℃，僅考慮箱梁豎向溫度梯度。由于該橋墩高較高，橋墩在順橋向日光照射下產生的溫度效應對主梁撓度的影響亦不可以忽略。橋墩的溫度梯度加載方式與主梁相同，僅考慮橋墩在順橋向單側受日光照射引起的溫度梯度。

3)結果分析。在日照溫度梯度作用下大橋3號墩“T”構主梁的變形如圖3所示。計算結果見表1。

圖2 最大雙懸臂階段日照溫度效應分析模型圖

圖3 日照溫度梯度作用下主梁變形圖

表1 日照溫度效應計算結果表 m

計算結果表明，日照溫度梯度作用在主梁上引起“T”構主梁兩懸臂端下撓1.6 cm;日照溫度梯度作用在橋墩一側時，引起“T”構主梁兩懸臂端分別上撓和下撓8.7 cm;最大合計撓度達到10.3 cm，遠大于規范規定的主梁合龍精度(2 cm)。表明在橋梁線形監控的過程中，日照溫差效應對于連續梁線形的控制有較大的影響。

目前，大跨徑預應力混凝土連續梁、連續剛構橋梁多采用掛籃分節段懸臂澆筑，前一施工節段的線形對后續施工節段具有影響，如果施工中無法剔除日照溫度梯度對主梁撓度的影響，最終將會導致橋梁的整體線形偏離設計線形，甚至導致橋梁無法順利合龍。

4 工程措施

方法一:固定時間觀測法。工程實踐表明，每天的凌晨至日出前溫度變化幅度較為平緩，懸臂箱梁處于夜晚溫度降低上撓變形停止和白天溫度上升下撓變形開始之前的穩定時段，這個時段進行撓度立模和量測，日照溫差效應對撓度影響可以忽略不計。這種方法較為簡單，但是必須在上述規定時間范圍內測量，在工期較為緊張的情況下，對加快工程進度會有一定的影響。

方法二:溫度效應擬合法。溫度效應擬合法是在梁體內預埋溫度傳感器并進行長期長時間周期性的觀測，通過采集三場中混凝土表面及大氣溫度的變化，然后進行分析，擬合出主梁撓度—溫度函數關系式。根據后期記錄的梁體溫度，就可以得出相應的溫度撓度值，再對測量結果進行修正。不過這種方法在施工現場不易實現。但對于要求數據精確的科研來說不失為一個處理方法。

方法三:相對坐標法。這一方法是基于相鄰梁段溫度效應影響接近這一結論得出的。具體實施過程為:在第i段施工完成后，選擇較為適合的時間段(凌晨至日出前)準確測量第i段的高程，然后選擇第i段前端點作為相對坐標系的原點，此坐標系中的第i+1段坐標可以認為是相對固定的，據此確定第i+1段節段標高。也就是說，在梁段長度不大時，可以參考第i梁段的溫度效應來確定第i+1梁段的溫度效應。

方法四:相對立模標高法。由于每個施工節段主梁長度不大，故可以認為在不同溫度場下各主梁節段前后端的標高差是不變的。在進行第i+1段立模標高放樣時，認為在設計溫度下第i段前端在預應力張拉完成、掛籃前移后實測標高與第i+1段前端理論標高值(不含掛籃變形預測值)之差與在實際溫度下這兩個節段前端節點的標高差相等，也即懸臂施工的每個節段的前后節點的相對標高差在不同的溫度場下應該是相同的。于是，在立模前，先測出前一節段的實際標高，再疊加設計溫度場下前后兩個節段的標高差，即可得到考慮溫度影響效應的后一個節段的立模標高。

5 結語

上述工程措施中，方法一目前在橋梁施工監控中應用非常普遍，但由于其對測試時間要求較為苛刻，在工期比較緊張的情況下，很難在每個施工工況中都能嚴格遵循;方法二費用較高，具體實施較為困難，實際工程中應用較少;方法三和方法四可操作性強，實施較為方便，工程實踐證明方法三和方法四對于目前的橋梁施工線形的監控工作較為適合。

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