大跨径波形钢腹板箱梁内衬混凝土温度效应

2021-01-06曹洪亮

筑路机械与施工机械化 2020年11期

曹洪亮，沈佳，张峰

(1.山东高速高广公路有限公司，山东滨州 256600； 2.山东交通学院交通土建工程学院，山东济南 250023； 3.山东大学岩土与结构工程研究中心，山东济南 250061)

0 引言

波形钢腹板是一种钢混组合结构，其以波纹钢作为腹板通过连接件将2块腹板和混凝土顶底板结合起来，充分发挥2种材料的力学性能[1-3]，具有结构轻、抗震性能好、受力合理、施工简便和工程造价经济等优点。

桥梁结构长期处于自然环境中，受气温、风速及太阳辐射等环境因素的影响，桥梁结构断面上的温度梯度分布十分复杂。在温度梯度作用下，波纹钢和混凝土导热性能的差异，导致波形钢腹板梁桥应力变化十分显著，在波形钢腹板内衬混凝土易出现裂缝、应力集中等现象，对结构产生危害。因此，开展波形钢腹板组合箱梁桥内衬混凝土温度效应研究显得极为重要。

国内外学者已对桥梁结构开展了温度效应研究，叶见曙等[4-6]对混凝土箱梁进行了研究，建立了竖向及横向最大温度梯度计算经验公式。Sallal R Abid[7]开展了混凝土箱梁温度场测试研究，建立了竖向及横向最大温度梯度计算经验公式。朱志鹏[8]采用数值模拟研究波形钢腹板梁的温度分布特点及变化规律。董旭[9]等依托前山河特大跨波形钢腹板箱梁桥开展3d的温度场观测，研究其温度场分布规律并提出了波形钢腹板箱梁桥竖向及横向温度梯度数学计算模型。赵品等[10]提出了波形钢腹板的温差计算模式。徐向峰等[11]基于一座8 m波形钢腹板梁开展9个月的温度测试。姚晨[12]基于陕西西咸高速人行桥及宁夏叶盛黄河大桥开展了极端气温下的波形钢腹板箱梁日照温度研究。廖乾健等[13]认为设计上只考虑顶板温度应力时可以采用规范T=25 ℃的温度场数据。商敬淼[14]发现波纹钢腹板箱梁横截面最大应力普遍发生于波纹钢腹板与混凝土顶底板交接处，容易产生应力集中现象，进而导致开裂等问题发生。郭翔飞等[15]基于李家河中桥，对波纹钢腹板预应力混凝土箱梁的温度效应展开研究。

以上研究均基于普通梁桥或波形钢腹板组合梁钢腹板截面进行研究，目前国内外未见对波形钢腹板内衬混凝土温度场研究的报道。

本文依托山东省高广高速公路小清河3号大跨波形钢腹板连续箱梁桥，对其波形钢腹板内衬混凝土截面进行了为长达3 216 h的温度观测，基于现场实测数据，采用数理统计的方法，研究1年中温度较高时段(5～9月)内衬混凝土截面的温度分布。

1 波形钢腹板箱梁桥温度测试

1.1 工程概况

小清河3号桥上部采用(90+150+90)m波形钢腹板预应力混凝土变截面连续箱梁，其余引桥均采用装配式预应力小箱梁；主桥桥墩采用矩形实心墩配钻孔灌注桩群桩基础，引桥桥墩30 m跨采用桩柱式桥墩，两侧桥台均采用肋板台配钻孔灌注桩群桩基础，如图1所示。

图1 小清河3号桥

1.2 测试内容及布置方案

该桥呈东西走向，为研究该桥波形钢腹板内衬混凝土温度分布方面的差异，测试截面选择小清河大桥小里程方向右幅39#墩和4#块箱梁截面，测试截面梁高为7.73 m，顶板宽度为12.75 m，钢腹板高为5.4 m，内衬混凝土厚度为33.4 cm，波纹钢厚度为3 cm，断面布置如图2所示。共布置32个温度测点，顶板位置布置10个测点(1～10)，底板位置布置8个测点(23～30)，腹板波纹钢位置布置6个测点(14～16,20～22)，腹板混凝土位置布置6个测点(11～13,17～19)，温度测点布置如图3所示。

图2 测试断面布置图(单位：m)

图3 温度测点布置

测试截面的温度测点采用了预埋式JMT-36B 智能温度传感器，现场预埋传感器如图 4所示，采用无线远程自动化采集模块进行数据采集，采集频率为1 次·h-1。

图4 现场测试

2 测试数据及分析

2.1 实测数据

取顶板、底板、向阳侧腹板、背阳侧腹板和大气温度，并绘制时程曲线，如图5所示。

图5 测点温度时程变化

为了进一步观测24 h之内波形钢腹板PC箱梁的温度变化曲线，选取24 h为1个温度循环(7月24日整天)，在1个循环内对顶板上10个测点温度取其平均值作为顶板温度；分别对左右腹板上各6个测点温度取其平均值，作为腹板温度；对底板上8个测点的测试温度取平均值，作为底板温度。箱梁截面整体温度时程变化如图6所示。