日照温度效应对高墩连续刚构桥梁线形的影响

孙龙华

(山西省交通科学研究院，山西太原 030006)

0 引言

近年来，随着我国交通事业的大发展，连续刚构桥梁因其具有的梁体连续、不设支座、方便施工，且顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度较大等优点，在大跨径桥梁中得到了十分广泛的应用。

混凝土桥梁结构受到如阳光辐射、环境气温变化等环境变化的影响，其结构表面与内部的温度随时间变化，并会在桥梁结构上产生非均匀温度场，结构受力及线形受到很大影响。本文以临吉高速公路壶口黄河特大桥为工程背景，对日照温度效应对施工阶段桥梁主梁线形的影响进行分析，并提出相应的工程措施。

1 工程概况

壶口黄河大桥为临吉高速公路的重点控制性工程，为分离式预应力混凝土刚构—连续组合桥，跨径组成为120 m+3×175 m+96 m。上部结构形式为变截面单箱单室箱梁，主梁根部梁高11 m，跨中梁高3 m。1号～4号桥墩均为单肢箱形薄壁墩，1号，4号墩设置支座，2号，3号桥墩为墩梁固结，最大墩高为148 m(3号墩)。

2 结构温度场的确定

半经验半理论法是目前研究温度场采用较为普遍的方法，即在分析实测资料的基础上并结合理论研究，得出某一地区的温度分布模式。

国内外已有实测资料分析的结果表明，沿箱梁高、梁宽方向的温差分布计算公式一般为:

我国JTG D60-2004规范中对温度梯度分布规定如下:进行桥梁结构由于温度梯度引起的效应的计算时，可采用如图1所示的竖向温度梯度曲线，T1及T2的取值见图中表格。对于混凝土结构，当梁高H＜400 mm时，图中 A=H－100 mm;当 H≥400 mm时，A=300 mm。

图1《公路桥规》竖向温度梯度（单位：mm）

本文采用JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范规定的温度梯度进行计算分析。

3 日照温度效应计算及结果分析

1)模型的建立。本文采用空间有限元分析软件MIDAS CIVIL 7.0对壶口黄河特大桥3号墩“T”构最大双悬臂阶段在日照温度效应作用下主梁的挠度变化进行计算。分析模型如图2所示。

2)温度梯度加载方式。最大悬臂阶段的主梁按混凝土铺装考虑，T1取25℃，T2取6.7℃，仅考虑箱梁竖向温度梯度。由于该桥墩高较高，桥墩在顺桥向日光照射下产生的温度效应对主梁挠度的影响亦不可以忽略。桥墩的温度梯度加载方式与主梁相同，仅考虑桥墩在顺桥向单侧受日光照射引起的温度梯度。

3)结果分析。在日照温度梯度作用下大桥3号墩“T”构主梁的变形如图3所示。计算结果见表1。

图2 最大双悬臂阶段日照温度效应分析模型图

图3 日照温度梯度作用下主梁变形图

表1 日照温度效应计算结果表 m

计算结果表明，日照温度梯度作用在主梁上引起“T”构主梁两悬臂端下挠1.6 cm;日照温度梯度作用在桥墩一侧时，引起“T”构主梁两悬臂端分别上挠和下挠8.7 cm;最大合计挠度达到10.3 cm，远大于规范规定的主梁合龙精度(2 cm)。表明在桥梁线形监控的过程中，日照温差效应对于连续梁线形的控制有较大的影响。

目前，大跨径预应力混凝土连续梁、连续刚构桥梁多采用挂篮分节段悬臂浇筑，前一施工节段的线形对后续施工节段具有影响，如果施工中无法剔除日照温度梯度对主梁挠度的影响，最终将会导致桥梁的整体线形偏离设计线形，甚至导致桥梁无法顺利合龙。

4 工程措施

方法一:固定时间观测法。工程实践表明，每天的凌晨至日出前温度变化幅度较为平缓，悬臂箱梁处于夜晚温度降低上挠变形停止和白天温度上升下挠变形开始之前的稳定时段，这个时段进行挠度立模和量测，日照温差效应对挠度影响可以忽略不计。这种方法较为简单，但是必须在上述规定时间范围内测量，在工期较为紧张的情况下，对加快工程进度会有一定的影响。

方法二:温度效应拟合法。温度效应拟合法是在梁体内预埋温度传感器并进行长期长时间周期性的观测，通过采集三场中混凝土表面及大气温度的变化，然后进行分析，拟合出主梁挠度—温度函数关系式。根据后期记录的梁体温度，就可以得出相应的温度挠度值，再对测量结果进行修正。不过这种方法在施工现场不易实现。但对于要求数据精确的科研来说不失为一个处理方法。

方法三:相对坐标法。这一方法是基于相邻梁段温度效应影响接近这一结论得出的。具体实施过程为:在第i段施工完成后，选择较为适合的时间段(凌晨至日出前)准确测量第i段的高程，然后选择第i段前端点作为相对坐标系的原点，此坐标系中的第i+1段坐标可以认为是相对固定的，据此确定第i+1段节段标高。也就是说，在梁段长度不大时，可以参考第i梁段的温度效应来确定第i+1梁段的温度效应。

方法四:相对立模标高法。由于每个施工节段主梁长度不大，故可以认为在不同温度场下各主梁节段前后端的标高差是不变的。在进行第i+1段立模标高放样时，认为在设计温度下第i段前端在预应力张拉完成、挂篮前移后实测标高与第i+1段前端理论标高值(不含挂篮变形预测值)之差与在实际温度下这两个节段前端节点的标高差相等，也即悬臂施工的每个节段的前后节点的相对标高差在不同的温度场下应该是相同的。于是，在立模前，先测出前一节段的实际标高，再叠加设计温度场下前后两个节段的标高差，即可得到考虑温度影响效应的后一个节段的立模标高。

5 结语

上述工程措施中，方法一目前在桥梁施工监控中应用非常普遍，但由于其对测试时间要求较为苛刻，在工期比较紧张的情况下，很难在每个施工工况中都能严格遵循;方法二费用较高，具体实施较为困难，实际工程中应用较少;方法三和方法四可操作性强，实施较为方便，工程实践证明方法三和方法四对于目前的桥梁施工线形的监控工作较为适合。

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