大跨径连续刚构桥日照温差模式探索

殷灿彬 余方

[摘 要]本文在龙潭河特大桥主桥施工阶段进行的箱梁温度场观测的资料基础上，研究了混凝土箱梁在日照温差作用下的温度分布，以确定适合于中国中南地区的混凝土箱梁日照温差模式。

[关键词]温度分布;连续刚构桥;混凝土箱梁;非线性

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

1 混凝土箱梁沿截面高度的温差分布模式

通过对箱梁混凝土温度实测数据的分析，采用各箱梁顶板中心线沿板厚方向3个测点的实测温度来研究混凝土箱梁沿截面高度的温差分布模式。

将3个观测日中上述箱梁混凝土测点的温度实测数据分别整理分析，并且采用温度梯度表示，然后与国内外相关规范温度梯度计算模式的计算值进行比较（见表1），初步判定混凝土箱梁沿截面高度的温差分布形式。

由表1可知，若不考虑箱梁底板混凝土的温差，3个观测日的实测数据与我国铁道部规范的计算模式非常接近，而后者采用的是指数函数，因而，混凝土箱梁沿截面高度的温差分布曲线初步假定为：

Ty=T0e-ay（1）

式中，T0为箱梁断面梁高方向的最大温差;y为计算点至箱顶面的距离;Ty为计算点位置处的温差值;a为系数。

最大温差T0和系数a就决定了整个箱梁断面的温差分布形式，为此，将实测的温度及相应温差数据按最小二乘法进行拟合，表2即为根据3个观测日的不同数据分别求得的T0值和a值。

表2 最大温度差异分布形式的拟合结果

时间T0/℃a拟合公式

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，混凝土箱梁因太阳辐射作用沿截面高度最大温差分布形式较为稳定。考虑到实际工程中各种影响因素的复杂性，可取T0=21，a=5.4，即混凝土箱梁沿其截面高度方向温差分布模式

Ty=21e-5.4y（2）

由表1知，在箱梁底板混凝土下表面的测点位置，实测的温度值都高于基准温度，最大温差在1.0℃～1.6℃，因而，参照新西兰桥梁设计规范，取箱梁底板下边缘温差为2℃，并在沿梁高200mm内按线性变化。

本文所提混凝土箱梁沿截面高度温差计算模式见图1。

图1 混凝土箱梁沿截面高度温差计算模式

2 温度效应实桥计算分析

运用ANSYS大型空间有限元分析软件建立了龙潭河特大桥最大悬臂阶段模型。计算模型见图2。温度荷载采用本文拟合的温度梯度模式。

图2 有限元模型

测量时间选取在2008年8月15日，笔者实测了图1中截面1、截面2的应力以及最大悬臂端的标高。测试结果见表3和表4。

表3 测试截面应力理论应力值与实测值

测点位置箱梁中心线梁高（m）实测值（MPa）理论值（MPa）

截面1顶板上缘

截面1底板下缘12.0-5.28-6.29

-0.48-0.63

截面2顶板上缘

截面2底板下缘5.893-4.36-5.45

-0.50-0.65

由于结构在悬臂阶段上构没有受到外约束，非线形温差作用下只产生温度自应力，因此表3中的理论值和实测值都是结构温度自应力。

表4 悬臂端理论挠度和实测挠度比较

岸侧实测值（mm）理论值（mm）

宜昌侧-25.6-20.3

恩施侧-26.2-20.3

由表4可知在日照温差作用下，上构挠度值较大，最大悬臂阶段达到了26mm左右。在实际施工过程中，主梁立模应尽量安排在日出之前，从而避开日照温差的影响。否则必须进行稳定修正，从而保证主桥成桥后的线形。

将表3和表4中的实测数据和理论数据相比较，两者基本吻合，因此可以认为，本文拟合的大跨连续刚构桥箱梁截面温度分布梯度模式是可行的。

3 结 论

本文结合龙潭河特大桥，依据实测资料，对测试数据进行了详细的分析，从本文的结果可以得出以下几点结论：

（1）通过对混凝土箱梁温度实测数据的回归分析，证明在日照作用下，箱梁截面沿高度的温差分布为非线性分布，温差计算模式建议为箱梁顶板上边缘最大温度差值为21℃，向下至腹板按指数函数Ty=21e-5.4y分布;而底板下边缘最大温差为2℃，并在距离底面200mm高度内按线性变化;

（2）在日照作用下，沿桥纵向不同位置、不同高度的箱梁截面具有一致的温度分布形式和计算模式。

（3）连续刚构桥箱梁在施工阶段的标高受日照温差影响较大，在立模时应避开其影响或进行温度修正。

参考文献：

[1]JTG D62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[2]刘兴法.混凝土结构的温度应力分析[M].北京：人民交通出版社，1991.