浅议50m以上空心高墩施工的温度应力应变控制

孙帆

摘要：文章选取大瑞线铁路桥50m以上空心高墩桥梁施工建设项目为研究对象，从桥墩轴线放样施工、空心高墩施工温度影响控制技术、温度应力应变理论计算以及50m以上空心高墩施工现场应用情况这四个方面入手，对50m以上空心高墩施工的温度应力及应变控制进行了较为详细的分析与阐述，并据此论证了做好空心高墩温度应力应变控制工作在确保整个桥梁工程项目施工质量与施工效率的过程中所起到的至关重要的作用与意义。

关键词：空心高墩；温度应力应变；桥墩轴线放样施工

中图分类号：U445文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）03-0114-02

在我国的铁路建设大发展的条件下，普速和高速铁路达到上万公里，在客运专线高速铁路中，桥梁比例达70％～80％，空心高墩占据的比重也越来越大，极易在施工过程中受到各方面因素的影响与制约，温度因素尤其难以控制。空心高墩桥梁为确保一定的承载作用力，在桥墩施工过程中往往会将混凝土施工阶段的水化热温度选取的比较高，这也就不可避免的导致了空心高墩壁内与壁外温差问题，从而形成的拉应力需要引起我们的广泛关注。据此，采取何种方式来控制空心高墩施工阶段的温度应力与应变，以此有效缓解并防止桥梁工程在运行过程中可能出现的裂缝问题，已成为当前相关工作人员最亟待解决的问题之一。笔者现结合实践工作经验，以大瑞线铁路桥50m以上空心高墩施工中的温度应力应变控制问题谈谈自己的看法与体会。

一、桥墩轴线放样施工分析

正如上文所述，在当前技术条件支持下，我们所选取的桥梁工程项目在桥墩结构设计方面高耸的薄壁式结构很多。这种薄壁式结构较为显著的柔性特性使其在桥墩施工过程中极易受到各方面因素的影响与干预，这最终会使得桥墩轴线放样施工出现各方面的问题与缺陷。从空心高墩桥墩施工角度来说，会造成桥墩墩身偏移的因素主要可以分为以下三个方面：施工偏差、风荷载以及日照温差。笔者现从这三个方面入手对桥墩轴线放样施工工作做详细说明。

1．从施工偏差角度来说，形成这种问题最关键的原因在于桥墩施工设备偏心位置与混凝土施工位置出现对称性误差。从桥墩施工的角度来说，避免这一问题往往可以从施工组织的优化调控方面入手，将这种混凝土非对称浇注对于整个桥墩结构的影响降至最低。

2．从风荷载角度来说，桥墩高度设计越高，其桥墩所承受的风速也就越大。就50m以上的空心高墩桥梁施工项目来说，风荷载使桥墩产生的位移相对于施工人员来说是极为明显的，这不仅严重干扰到了桥墩轴线方向施工质量的实现，同时也给桥墩施工轴向放样施工人员的施工作业埋下了严重安全隐患。为此，在风荷载参数较大，即风力较大的天气气候状况下，基于多方面因素考虑，桥梁施工项目建设团队应当以停工的方式来合理规避这一问题。

3．从日照温差角度来说，50m以上空心高墩施工作业中所选用的混凝土材料自身所具备的导热性能比较差，太阳光在正常照射状态下会使得桥墩相对的两个侧面产生较为明显的温度落差。这种温度落差会直接导致整个桥墩发生一定程度的偏移，进而形成相应的应力重分布。就当前技术条件支持下，50m以上空心高墩施工中的桥墩轴线放样施工多采取对中放样的方式。很显然，这种放样方式并未考虑日照的偏差性因素，整个桥墩一定程度的偏移最终会使得桥墩的轴线放样存在客观的偏差。这一偏差的控制也正是当前我们所研究的中心与重点。

二、空心高墩施工温度影响控制技术分析

就空心高墩施工温度影响控制技术的研发与应用现状来看，施工人员普遍采用的温度控制技术为校模时间的合理选取。为便于理解，笔者现举例对这种空心高墩施工阶段的温度影响控制技术作进一步研究：一般来说，每日6～7点这一时间段整个桥梁工程项目的桥墩结构会处于一个相对稳定的温度环境当中，我们可以选取这一时间段内桥墩某一实际测量点或是校准模板所提供的测量点作为测量基准，并以此作为以后各个时段施工模板参数校验的固定值。这样既免去了水准点参数引出的复杂工序，同时也极大的缓解了温度因素给校准模板精度带来的影响。总的来说，这种温度控制技术在空心高墩施工中较好的适应性与可操作性值得我们对其展开进一步的研究与应用。然而这种校模时间有着最致命的一个缺陷：其校准参数的选取时间比较受限，这就需要我们以理论预测的方式对空心高墩施工过程中的温度影响因素进行控制。笔者接下来对这种预测计算方式做详细分析与说明。

三、温度应力应变理论计算分析

50m以上空心高墩中的桥墩结构从本质上来说等同于空间板壳结构。以某空心高墩桥梁施工项目为例，我们可以对桥墩温度应力应变参数进行计算。假定某空心高墩施工项目桥墩全高为97m，在桥墩距水平地面65m处取桥墩截面作为圆端空心结构模型当中的等效截面。再假定桥墩纵向参数A为3.2m²，I为2.1m²且整个空心高墩项目施工所处环境温度温差为1℃。根据上述已知参数指标，我们即可根据温度影响因素计算公式：d²v/dx²=σ（T1-T2）/h来求得在该温差环境下，桥墩墩顶的有效位移为1.9cm，有这一位移而形成的桥墩墩壁混凝土应力变化约为0.17MPa。

四、50m以上空心高墩施工现场应用情况分析

笔者选取大瑞线某大桥50m以上空心高墩施工项目为研究对象，就上述温度因素控制措施及其计算在实际桥墩施工项目中的应用情况进行了详细分析与探讨——以大瑞线某大桥为例，采取有限元相关原理将圆端形空心桥墩划分为多个小型单元。我们任意对每一单元作用温度荷载既能够充分把握桥墩的实际结构情况，同时也能够更为精确的模拟桥墩不均匀温差状态，是有限元结果更为精确。我们通过对某大桥几个桥墩集中状态的有限元计算与简化分析，能够证明其精确度。以下表中的并得出了几点结论：第一，下表（见表1）为桥墩模板安装检验的温度影响偏差，由表中数据我们可以判定整个预测精确有效；第二，下表（见表2）为桥墩应力重分布的测量结果。

五、结语

本文以理论分析结合实践应用的方式针对50m以上空心高墩施工中温度应力应变的控制问题做出了简要分析与说明，根据表1与表2所反映的数据我们可以得到如下结论：对于50m以上空心高墩项目的施工而言，温度因素是空心高墩施工质量的一大关键影响因素。但其在实际施工过程中是能够预纠与避免的，采用有限元的精确计算法和工程使用的简化计算法够能够在温度应力应变控制中起到较为显著的作用。本方法在大瑞铁路澜沧江大桥工程应用中取得了较好的结果，为后续相关研究与实践工作的开展提供了一定的参考与帮助。

参考文献

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（责任编辑：刘晶）