钢筋混凝土空心薄壁墩温度梯度分布规律研究

王 运 强

(中电建路桥集团有限公司,北京 100048)

0 引言

外界温度等自然条件的变化以及桥梁自身混凝土的低导热性的特性，使得由此产生的年温差荷载、日照温差荷载对桥梁结构的影响较大[1-3]，因此对于温度梯度分布规律的研究有必要。目前已有研究表明，日照温度场沿桥墩壁厚分布规律大体上符合指数函数曲线[4]。本文结合西南某大桥的实例，利用指数函数建立温度梯度的数学模型，分析指数参数的变化趋势，通过指数参数的变化反映壁厚、方位等因素对温度梯度的影响。

1 工程概况

某大桥位于西南地区，左幅桥为3×40 m+4×40 m+4×40 m预应力混凝土连续T梁桥，右幅桥为3×40 m+4×40 m+3×40 m+3×40 m预应力混凝土连续T梁桥，上部结构均为先简支后连续体系。单幅桥面净宽10.75 m，最大墩高79 m。

预应力混凝土T梁梁高2.5 m、中跨长39.20 m、边跨长39.52 m。预制T梁最大吊装重量分别为1 376 kN(中梁)、1 373 kN(边梁)。工程区的气候属亚热带季风性温湿气候，区多年内年平均气温18.1 ℃。

本项目选取高为79 m的4号空心薄壁墩为重点研究对象。在该桥4号桥墩各布设5个测试截面，进行温度场及其温度效应(温度、温度应力、温度位移)测试。墩身温度测点包括内外表面混凝土温度、大气温度、墩身混凝土温度、墩身内表面温度。主要测试桥墩的日照、寒流时刻桥墩的温度分布及其产生的效应。

2 不同季节下桥墩墩壁温度梯度

分别计算2月12日、4月29日、8月30日在日照作用下4号墩西南壁面的温度分布，并将各天温度计算结果进行拟合，如图1～图3所示。

从图中可以看出，不同日期下，在不同气温及不同太阳辐射强度作用下，壁面内外侧温差变化较大，但拟合曲线中指数项变化较小。冬季(2月12日)夜间流失热量在受太阳照射时得以补充，因此，在日照作用下内外侧温差较大；春季(4月29日)昼夜温差较大，加之太阳辐射较冬季增强，温度梯度较大，故拟合曲线中指数较大；夏季(8月30日)白天太阳辐射增强，内外温差较大。因此，桥墩应力最大值多出现在冬、春季，而墩顶位移最大值多出现在冬季。

3 温度梯度的影响因素

3.1 壁厚对温度梯度的影响

以该大桥4号桥墩为研究对象，计算日期选取8月30日，改变其壁厚，分别为0.15 m,0.2 m,0.3 m,0.4 m,0.5 m,0.6 m,0.7 m,0.8 m,0.9 m,1.0 m，计算其内外温差最大时的温度场，并对东南壁面、西南壁面的温度梯度曲线进行拟合。

不同壁厚下，拟合曲线指数参数的取值如图4所示。

由图4可见，板厚对拟合曲线中指数参数的影响较大，板厚越大，参数越小。

不同壁厚下，内外侧温差如图5所示。

由图5可见，随着板厚的增加，内外温差有增大的趋势，板厚大于0.3 m后增速明显放缓。

将西南壁面不同壁厚下温度拟合曲线汇总，并均减去0.15 m处温度差值，如图6所示，由图可见，壁厚大于0.3 m后，壁厚增大对表面0.15 m范围内温度影响较小，而0.15 m后温度曲线已趋于平缓，由温度梯度引起的应力逐渐减小，故而壁厚大于0.3 m后，壁厚的增加对温度应力的改变不大。

3.2 方位对温度梯度的影响

以该大桥4号桥墩为研究对象，计算日期选取4月29日，改变桥墩方位角，计算最大温差，并对截面温度梯度进行拟合，拟合参数及内外温差随方位角变化如图7,图8所示。

由图7，图8可知，方位角对内外温差影响较大，-90°(正西向)时，内外温差达到最大值；稳定梯度拟合曲线指数参数随方位角改变上下波动，方位角在-135°～+90°范围内(此范围内日照影响较大)，指数参数波动较小，在8.9～13.1之间。因此，可取其均值10.7作为拟合曲线的指数参数。

4 结语

1)壁厚小于0.3 m时，壁厚对距外表面0.15 m范围内温度分布影响较大，当壁厚大于0.3 m后，壁厚的增加对壁板表面温度

梯度影响较小。

2)方位角变化对壁板内外侧温差影响较大，对稳定梯度拟合曲线指数参数也有一定影响，方位角在-135°～+90°范围内(此范围内日照影响较大)，指数参数波动较小，在8.9～13.1之间，可取其均值10.7为拟合曲线的指数参数。