基于现场试验的混凝土箱梁温度特性研究

2020-08-26吴贵贤

甘肃科技 2020年11期

吴贵贤

（甘肃公路航空旅游研究院有限公司，甘肃兰州 730000）

温度荷载是影响桥梁结构的重要荷载之一，研究温度特征对研究温度荷载引起的混凝土箱梁应力过大，以及温度裂缝都有一定的借鉴意义[1-2]。目前，对于混凝土温度场的计算，大都采用有限元模型计算，计算过程复杂，需要的参数较多[3，6]；各地区的温度场特征不同，个别地区温度梯度和规范不同，因而无法准确计算温度效应[4-5]。针对以上情况，对某连续梁桥进行了观测，分析了其温度时程特征，采用列文伯格-马夸尔特（Levenberg-Marquardt）算法[7]，对其进行了拟合，提出了用于估算混凝土日照温度的拟合公式。对横向和竖向温度梯度进行了分析，确定了当前的横向和竖向温度梯度分布形式，研究了其规律性。

1 温度场观测

1.1 工程概况

古浪属祁连山高寒亚干旱区和河西冷温干旱区。年均气温4.9℃，日照时数2852.3h。该桥为等高度且左右幅分离独立的预应力混凝土预制连续箱梁，纵向为南北走向。大桥右线，最大桥高14.8m；大桥左线，最大桥高13m。

1.2 测点布置

跨中截面断面尺寸以及测点布置如图1所示。图中1-、2-、3-代表了三种不同测试仪器的测试测点编号。

图1 测点布置图实验仪器

1）温度测点（1-开头）采用UT302B非接触红外测温仪观测；

2）温度测点（2-开头）传感器采用WRN型分度号K热电偶温度计。测试仪器采用TES-1310 数字式温度表；

3）温度测点（3-开头）采用 JMZX-215AT型温度测量。

2 温度时程分析

基于曲线拟合原理，采用列文伯格-马夸尔特（Levenberg-Marquardt）算法。该算法是使用最广泛的非线性最小二乘算法，属于一种“信赖域法”。

首先，对各测点的温度时程曲线观察发现其周期性明显，通过对多种函数模型的拟合优度比较，发现采用傅里叶函数进行拟合，效果较好。假设温度时程变化函数为：

式中：y为温度；a，b，c，w 为待定常数；x为时刻数。

拟合结果如图2，图3所示。

图2 实测温度时程曲线

从图2可以看出，箱梁顶板内部各测点的混凝土温度变化规律几乎一致，呈现明显的正弦性变化形式。3-3测点最高温度出现在16：00，为43.9℃，此时光照强度降低，从图3可以看出，实测环境温度也在14：00最高，箱梁顶板内部温度上峰值出现的时刻滞后于环境温度上峰值出现时刻，滞后时间为2～3h。而其余顶板测点最高温度出现在17：00时，各测点最大值：3-1测点为37.2℃,3-5测点为38.8℃，3-7测点为38.7℃。3-5测点和3-7测点变化趋势一致，其差值在 1℃以内。顶板测点 3-1、3-3、3-5、3-7的日温差分别为 19.9℃、28.4℃、21.5℃、21.6℃。

图3 环境温度时程拟合曲线

底板内部各测点温度变化小于顶板，18：00出现温度上峰值，其值在 16：00～20：00之间变化很小，随时间的变化量在1℃以内。底板测点3-2、3-4、3-6、3-8的日温差分别为 8℃、7.7℃、7.7℃、7.2℃。可见虽然测点的保护层厚度一致，但是有日照作用和无日照作用的测点温度变化相差较大，日照作用对混凝土箱梁的影响明显。