日照作用對連續鋼構橋梁體應力及撓度的影響研究

班貴生，黃志發

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

大跨度連續剛構橋梁體結構的受力及變形受溫度的影響較大，對日照作用尤其敏感。而在采用Midas Civil有限元軟件對橋梁梁體施工過程進行模擬分析時，因無法模擬梁體結構的實際日照作用，通常都是將控制理想狀態定位在某一特定溫度，將其作為控制所需實測數據的采集時間[1]。如果在施工監控過程中忽略了該項因素的影響，就必然難以保證施工監控的有效性且難以實現精準合龍，所以需結合橋址處的環境條件，研究日照作用對該橋梁體應力及撓度的影響。

1 工程概況

本文以某新建高速公路的某連續鋼構橋(懸臂澆筑法)為研究對象，該大橋左幅全長478.7 m，主橋上部結構采用(50+77+50) m預應力混凝土連續梁。主橋連續箱梁預應力采用三向預應力體系。該主橋在施工過程中，形成一個T構和一個簡支懸臂，T構采用掛籃懸臂現澆法分段對稱施工。根據相關規范要求，施工單位委托相關監測單位對該橋在施工過程中梁節段線形及應力狀態進行監測控制，保證該橋在各施工階段及成橋后的梁體應力應變及位移在設計控制的范圍內，并保證成橋線形滿足設計要求[2]。

2 日照作用對梁體應力及撓度的影響研究

溫度是影響橋梁梁體內力和形變的主要因素之一，而日溫度變化比較復雜，尤其是日照作用，會引起梁體頂板、底板形成溫度差，使梁體發生反復撓曲變形[3-4]。因此，該橋施工監控中，需要研究日照作用對梁體應力及梁端撓度的影響。在該橋合龍前，對日照作用進行一次全天測試，研究T構處于最大懸臂段狀態下梁體應力及梁端撓度變化規律。在2018-10-03早上8：00至2018-10-04早上8：00對大氣溫度及該橋梁體應力和梁端撓度進行了24 h不間斷地監測，其測點布置位置如圖1、圖2所示，本文僅選取鐘山側的測點數據進行相關分析。應力數據集應力測量與溫度測量于一體的應力-溫度傳感器進行采集，撓度采集通過精密水準儀。

圖1 測點布置示意圖(cm)

圖2 截面測點布置示意圖(cm)

2.1 日照作用對梁體應力變化的影響分析

2018-10-03早上8：00至2018-10-04早上8：00對選定應力測試點進行了24 h不間斷監測，橋址處大氣溫度隨日照作用的變化情況如表1所示；而該橋所測試截面處應力隨日照作用所產生的變化情況結果如表2所示。

表1 大氣溫度隨日照作用變化監測數值表

表2 梁體頂板和底板應力隨日照作用變化監測數值表

從表1可以看出，大氣溫度受日照作用的影響比較明顯，上午大氣溫度隨日照作用快速增強而快速上升，到中午12：00時，日照作用最強而大氣溫度也達到當天的最高溫度值38 ℃，而后隨著日照作用逐漸減弱而先快速降低后緩慢降低，到晚上8：00時，橋址處大氣溫度趨于穩定?？傮w而言，大氣溫度基本與日照作用呈線性正相關，因而可以采用所測的大氣溫度間接表示該橋梁體結構所受日照作用的強弱關系。

從表2可以看出，梁體頂板的應力受日照作用影響比較明顯。結合表1數據，梁體頂板的最大應力出現在達到大氣最高溫度約2 h之后，而又在測點處最高溫度到達前約2 h，即梁體頂板應力隨日照作用快速上升，在下午2：00時才達到其最大值13.63 MPa，隨后梁體頂板應力快速降低，到第二天凌晨2：00基本趨于穩定。

從表2還可以看出，梁體底板應力受日照作用影響相對較弱。在24 h不間斷監測周期內，梁體頂板的應力差為4.16 MPa，而梁體底板應力差為1.32 MPa，僅為頂板應力差的32%。梁體底板最大應力滯后于梁體頂板最大應力約2 h，在下午4：00時才達到其最大值9.64 MPa。

2.2 日照作用對梁體撓度變化的影響分析

橋梁梁體在日照作用下會產生溫度場的變化，進而導致懸臂澆筑法施工的T構懸臂端發生較大的撓度變形。本文選取該橋鐘山側的T構懸臂端進行分析，具體測點布置位置如圖1所示，其監測結果如表3所示。

表3 梁端撓度隨日照作用變化監測數值表

從表3可以看出，所測梁端撓度受日照作用影響也比較明顯。結合表2數據，所測梁端最大撓度滯后于梁體頂板最大應力約2 h，基本與梁體底板最大應力的時間點吻合。梁體梁端撓度變化規律與梁體底板應力變化規律呈現負相關性，梁體梁端隨日照作用快速下撓，在下午4：00時達到其最大值13.7 mm，而后隨著日照作用逐漸減弱而先快速回升后趨于緩慢，但其不能完全恢復到初始狀態，在本次24 h監測周期中，測試梁端約存在2.3 mm的殘余撓度。所以，在橋梁梁體達到合龍條件時應盡快選擇合適的時間點進行合龍，減少T構懸臂狀態下所產生的不可恢復累積殘余撓度。

2.3 各合龍段的監測結果分析

通過上述監測數據及分析結果可知：約在凌晨2：00時該橋梁體內力及形變趨于穩定，是進行合龍施工的最佳時間節點。該橋合龍順序為：先進行小樁號側邊跨合龍，接著進行大樁號側邊跨合龍，最后進行中跨合龍，各合龍段均選擇在凌晨2：00前后進行合龍施工，各合龍段的控制標高及各工況下的實測標高如表4～6所示。

表4 小樁號側邊跨合龍標高監測結果表

表5 大樁號側邊跨合龍標高監測結果表

表6 中跨合龍標高監測結果表

從表4可知，該橋的小樁號側邊跨合龍節段的各工況實測標高偏差為-2～9 mm，合龍后同跨對稱點高程差為11 mm；從表5可知，該橋的大樁號側邊跨合龍節段的各工況實測標高偏差為-2～12 mm，合龍后同跨對稱點高程差為13 mm；從表6可知，該橋的中跨合龍節段的各工況實測標高偏差為1～3 mm，合龍后同跨對稱點高程差為0 mm?？偠灾摌蚋骱淆埗蔚母鞴r下的同跨對稱點高程差均在《公路工程質量檢驗評定標準 第一冊 土建工程》(JTG F80/1-2017)表8.7.4-1中規定的允許偏差(合龍后同跨對稱點高程差≤20 mm)范圍內，各測點的實測標高偏差也滿足該標準的相關規定，從而保證了該橋實現精準合龍。

3 結語

(1)梁體頂板應力及梁端撓度受日照作用影響比較明顯。但梁體頂板最高溫度和梁端最大撓度均滯后于大氣最高溫度約4 h，而梁體頂板最大應力滯后于大氣最高溫度約2 h。

(2)梁體底板應力受日照作用影響相對較弱。在24 h不間斷監測周期內，大氣溫差為22 ℃，梁體頂板溫差為12.3 ℃，而梁體底板溫差僅為3.0 ℃；梁體頂板應力差約為4.16 MPa，而梁體底板應力差約為1.32 MPa。梁體底板最大應力出現在達到大氣最高溫度約4 h之后。

(3)梁體頂、底板應力隨著溫度場回到初始狀態而基本恢復到初始值，但梁端撓度不能完全恢復到初始狀態。在本次24 h監測周期中，測試梁端約存在2.3 mm的殘余撓度，所以在橋梁梁體達到合龍條件時應盡快選擇合適時間點進行合龍，以減少T構懸臂狀態下所產生的不可恢復的累積殘余撓度。

(4)該橋各合龍段的各工況下的同跨對稱點高程差均在《公路工程質量檢驗評定標準 第一冊 土建工程》(JTG F80/1-2017)表8.7.4-1中規定的允許偏差(合龍后同跨對稱點高程差≤20 mm)范圍內，保證了該橋實現精準合龍。