大跨徑連續(xù)剛構橋日照溫差模式探索

殷燦彬 余方

[摘 要]本文在龍?zhí)逗犹卮髽蛑鳂蚴┕るA段進行的箱梁溫度場觀測的資料基礎上，研究了混凝土箱梁在日照溫差作用下的溫度分布，以確定適合于中國中南地區(qū)的混凝土箱梁日照溫差模式。

[關鍵詞]溫度分布;連續(xù)剛構橋;混凝土箱梁;非線性

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.11.043

1 混凝土箱梁沿截面高度的溫差分布模式

通過對箱梁混凝土溫度實測數據的分析，采用各箱梁頂板中心線沿板厚方向3個測點的實測溫度來研究混凝土箱梁沿截面高度的溫差分布模式。

將3個觀測日中上述箱梁混凝土測點的溫度實測數據分別整理分析，并且采用溫度梯度表示，然后與國內外相關規(guī)范溫度梯度計算模式的計算值進行比較（見表1），初步判定混凝土箱梁沿截面高度的溫差分布形式。

由表1可知，若不考慮箱梁底板混凝土的溫差，3個觀測日的實測數據與我國鐵道部規(guī)范的計算模式非常接近，而后者采用的是指數函數，因而，混凝土箱梁沿截面高度的溫差分布曲線初步假定為：

Ty=T0e-ay（1）

式中，T0為箱梁斷面梁高方向的最大溫差;y為計算點至箱頂面的距離;Ty為計算點位置處的溫差值;a為系數。

最大溫差T0和系數a就決定了整個箱梁斷面的溫差分布形式，為此，將實測的溫度及相應溫差數據按最小二乘法進行擬合，表2即為根據3個觀測日的不同數據分別求得的T0值和a值。

表2 最大溫度差異分布形式的擬合結果

時間T0/℃a擬合公式

2008-8-719.485.36Ty=19.48e-5.36y

2008-8-821.095.40Ty=21.09e-5.40y

2008-8-921.275.39Ty=21.27e-5.39y

在晴好天氣，混凝土箱梁因太陽輻射作用沿截面高度最大溫差分布形式較為穩(wěn)定。考慮到實際工程中各種影響因素的復雜性，可取T0=21，a=5.4，即混凝土箱梁沿其截面高度方向溫差分布模式

Ty=21e-5.4y（2）

由表1知，在箱梁底板混凝土下表面的測點位置，實測的溫度值都高于基準溫度，最大溫差在1.0℃～1.6℃，因而，參照新西蘭橋梁設計規(guī)范，取箱梁底板下邊緣溫差為2℃，并在沿梁高200mm內按線性變化。

本文所提混凝土箱梁沿截面高度溫差計算模式見圖1。

圖1 混凝土箱梁沿截面高度溫差計算模式

2 溫度效應實橋計算分析

運用ANSYS大型空間有限元分析軟件建立了龍?zhí)逗犹卮髽蜃畲髴冶垭A段模型。計算模型見圖2。溫度荷載采用本文擬合的溫度梯度模式。

圖2 有限元模型

測量時間選取在2008年8月15日，筆者實測了圖1中截面1、截面2的應力以及最大懸臂端的標高。測試結果見表3和表4。

表3 測試截面應力理論應力值與實測值

測點位置箱梁中心線梁高（m）實測值（MPa）理論值（MPa）

截面1頂板上緣

截面1底板下緣12.0-5.28-6.29

-0.48-0.63

截面2頂板上緣

截面2底板下緣5.893-4.36-5.45

-0.50-0.65

由于結構在懸臂階段上構沒有受到外約束，非線形溫差作用下只產生溫度自應力，因此表3中的理論值和實測值都是結構溫度自應力。

表4 懸臂端理論撓度和實測撓度比較

岸側實測值（mm）理論值（mm）

宜昌側-25.6-20.3

恩施側-26.2-20.3

由表4可知在日照溫差作用下，上構撓度值較大，最大懸臂階段達到了26mm左右。在實際施工過程中，主梁立模應盡量安排在日出之前，從而避開日照溫差的影響。否則必須進行穩(wěn)定修正，從而保證主橋成橋后的線形。

將表3和表4中的實測數據和理論數據相比較，兩者基本吻合，因此可以認為，本文擬合的大跨連續(xù)剛構橋箱梁截面溫度分布梯度模式是可行的。

3 結 論

本文結合龍?zhí)逗犹卮髽颍罁崪y資料，對測試數據進行了詳細的分析，從本文的結果可以得出以下幾點結論：

（1）通過對混凝土箱梁溫度實測數據的回歸分析，證明在日照作用下，箱梁截面沿高度的溫差分布為非線性分布，溫差計算模式建議為箱梁頂板上邊緣最大溫度差值為21℃，向下至腹板按指數函數Ty=21e-5.4y分布;而底板下邊緣最大溫差為2℃，并在距離底面200mm高度內按線性變化;

（2）在日照作用下，沿橋縱向不同位置、不同高度的箱梁截面具有一致的溫度分布形式和計算模式。

（3）連續(xù)剛構橋箱梁在施工階段的標高受日照溫差影響較大，在立模時應避開其影響或進行溫度修正。

參考文獻：

[1]JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].

[2]劉興法.混凝土結構的溫度應力分析[M].北京：人民交通出版社，1991.