高寒地區系桿拱連續梁橋系桿與拱肋溫度場試驗研究

趙一聰 賈 杰

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

1 概述

橋梁的受力不僅與自身結構形式有關，同時還與所處的外界環境存在密切的聯系。對于高寒地區的系桿拱連續梁組合橋，受環境的影響其受力性能及內部溫度的變化規律表現出及其復雜的特征，會在橋梁結構內部產生非線性的溫度變化，使結構發生變形，當這種變形受到內外約束時就會產生一定的溫度應力[1，2]。在長期溫度應力的作用下，會影響結構的使用性和耐久性，嚴重時甚至會危及結構安全。

國內外學者對橋梁溫度場及溫度效應的研究主要集中在混凝土箱梁等橋梁中。系桿拱連續梁組合體系橋結構屬于高次超靜定結構，對于系桿拱連續梁組合橋結構的溫度場及溫度效應方面的影響研究還處于初始階段[3,4]，進一步深入的研究可為分析系桿拱連續梁橋的溫度影響起到借鑒、指導作用。文章依據實際橋梁工程，選取具有代表性的溫度變化時段，通過優化實驗方案對該橋系桿、拱肋溫度進行現場測試。為后續的溫度場以及溫度場效應研究提供理論數據支撐。

2 試驗橋簡介

文章以黑龍江省齊齊哈爾市市區內的一座下承式三跨預應力混凝土系桿拱連續梁組合橋為背景。該橋全長為147.76 m，跨徑布置為40 m+60 m+40 m，橋面全寬為34.2 m。各孔拱肋均為工字形等截面的鋼筋混凝土結構，直線段系桿采用箱型截面。

橋梁總體布置圖如圖1所示。

3 試驗研究方案

3.1 溫度測試斷面選擇

1)系桿縱橋向選取中孔距跨中斷面向3號臺側偏2 m的位置；

2)拱肋溫度測試斷面均選取在中孔跨中斷面。

3.2 溫度測點布置

對所選取的系桿、拱肋溫度測試斷面，沿結構高度方向均布置6個混凝土溫度測點。溫度測點布置如圖2，圖3所示。

3.3 溫度測試與采集系統

1)溫度測試傳感器：采用長沙金碼高科技實業有限公司制造的JMT-215AT型，帶溫度自補償的混凝土應變計，便于溫度修正及測試。

2)溫度采集儀：采用與傳感器相配套的JMZX-3001綜合測試儀，溫度測試精度為0.1 ℃。大氣溫度的測試采用臺灣泰仕生產的TES1360數顯溫濕度計。

3.4 溫度測試時間與頻率

1)溫度測試時間段的選擇。

由齊齊哈爾地區有記錄歷年各月平均溫度數據統計可知每年7月溫度最高，1月溫度最低。由現場實測大氣溫度，并結合當地氣象部門資料可知，所選取的測試時段內日溫度最高值為31.5 ℃，最低值為-28.3 ℃，較接近有記錄以來歷史的日最高及最低值，日溫度變化量在11.9 ℃～15.0 ℃。

2)測試頻率。

在每次測試時段內均進行為期40 h～48 h的連續測試，每隔2 h采集一次環境溫度及相應結構內部測點的溫度數據。

4 實測溫度數據分析

由實測系桿、拱肋豎向各測點的溫度所建立的系桿、拱肋豎向各測點日溫度變化曲線如圖4～圖7所示。

由圖4～圖7可以看出，系桿及拱肋溫度變化規律與大氣溫度變化規律基本一致，各測點日溫度隨時間呈日周期性的波浪狀曲線變化。在時間上相對于環境溫度，結構溫度變化存在一定的滯后性，這與混凝土材料的熱惰性有關。

圖8，圖9為不同時刻系桿及拱肋豎向溫差的變化曲線。根據相關文獻及規范[3,4]可知，通常把沿結構高度方向溫度變化量最小點的溫度作為基準溫度，其他各測點的溫度減去該基準溫度即得結構豎向溫度梯度。

5 結語

沿系桿及拱肋高度方向上緣溫差最大，中部附近最低，下緣小于上緣，沿梁高呈曲線分布。在16:00時系桿、拱肋豎向正溫差最大，分別為11.6 ℃和9.5 ℃，此時系桿及拱肋底部溫差分別為2.4 ℃和4 ℃；在6:00時產生豎向最大負溫差，系桿、拱肋底緣的最大負溫差分別為-1.6 ℃和-2.2 ℃，約為最大正溫差的0.58倍、0.55倍，略大于規程上負溫差為正溫差的0.5倍。