浅论外界温度对砼连续箱梁悬臂施工的影响

程曙光

（中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西 西安 710068 ）

0 引言

悬臂挂篮法是大跨度预应力砼连续箱梁常用的施工工艺。按此工法施工时，大跨度预应力砼连续箱梁需经过多次体系转换，从静定结构变为成桥时的超静定结构，施工时间一般较长，需跨越几个季节。这些因素造成梁体砼在施工周期内会经受较大差异气温的影响，对于大跨度箱梁，尤其是多跨的大跨度连续箱梁，外界温度变化对梁体悬臂施工和体系转换阶段各项工艺均有较大的影响。考虑不周时，轻则影响梁体的外观，严重时会影响到桥梁的质量。

本文以西安市某市政桥施工控制为例，分析总结气温变化对连续梁桥施工影响及应对方案。

该市政桥梁为东西向跨河布设，主桥为五跨变截面连续箱梁，每跨桥长100 米，按分离式结构设计，梁体为单箱三室结构，纵向按抛物线形式设计。由于本桥是市政桥梁，为达到美观效果，体现出拱桥的样式，设计时加大桥墩处梁高，其中0#块高8.0 米，合龙段高2.5 米。主桥箱梁顶板宽27 米，底板宽19.5 米，翼缘悬臂宽3.75 米，顶板厚0.3 米，底板厚由0.3 米按1.8 次抛物线以及圆曲线平滑过渡到根部的1.4 米厚。主桥设计为一联结构，伸缩缝设在两端与引桥相接处，伸缩缝预留宽度为310mm。主桥10#墩桥梁支座设计为固定支座，其余支座为带速度锁定器的摩擦摆支座，可自由纵向滑动。

1 气温变化对砼连续箱梁影响原理

砼连续箱梁施工阶段，外界温度的影响主要有气温变化和太阳辐射，另外沥青砼桥面施工时，高温沥青会对梁体产生一定影响。梁体砼内温度场按变化情况主要分为均匀温度场和梯度温度场，均匀温度场为季节性气温变化在梁体内产生缓慢、均匀的温度变化。梯度温度场是因不同走向的桥梁由于接受日照强度不同，同时热量在梁截面内的传导引起梁体各个部位的砼温度差异较大，或其他施工因素造成梁体不均匀受热，梁体内会出现温度非线性变化，形成梯度温度。

均匀温度场的影响：在挂篮悬臂施工阶段，连续箱梁尚未合龙，施工中的梁体处于静定结构，悬臂梁体除受支临时支座（临时固结）固定外无多余约束，均匀温度变化在梁体砼内不会产生内力，对梁体施工影响不显著。合龙体系转换阶段，均匀温度引起梁长变化，会影响支座和伸缩安装。

梯度温度场的影响：施工过程中，梯度温度场主要产生三种影响，一是造成梁体不均匀变形，箱梁砼断面内产生自应力，在砼浇筑时间、预应力施加等多因素影响下，对梁体施工质量会产生较大的影响。二是由于箱梁砼沿竖向温度变化较大，梁体伸长变形不一致，会引起悬臂端标高变化。三是梯度温度会引起梁体顶板翘曲，使外腹板内曲，使腹板内表面产生拉应力。

2 砼连续箱梁悬臂施工出现问题分析

2.1 梁体砼温度变化情况

通过在箱梁砼内外表面不同位置、箱室内外空间安装温度传感器，长期测量不同位置气温和砼温度，经过统计对比分析，以7月份测设的温度进行分析：

1 温变化情况：箱梁外部气温在同一天内随时间大致呈正弦函数变化，不同区域的气温变化趋势基本相同，阳光直射到的区域在当天最高时高于其他区域，在夜间时不同区域气温基本相同。箱梁内部气温在一天内变化幅度较小，在1～2℃间变化，温度基本接近同一天内最高气温。右图为某一天不同部位的气温变化图，其中T65 为顶板上方的气温。

②梁体不同位置砼温度变化情况：顶板外表面温度随着箱室外大气温度变化，变化趋势基本相同。箱梁顶板内表面变化受传导热影响，比箱室外气温变化滞后约2 小时。箱梁底板外表面、外侧腹板的外表面温度随箱室外气温变化，滞后约3 小时，箱梁腹板内表面、底板内表面随箱室内气温变化，同一天内，几乎无变化。同一天内上午6 点到10 点时间段内，各部位砼温度变化速率接近。

③梁体断面砼温度分布情况：由于砼导热系数较小，沿梁体竖向砼温度快速降低，横向顶板砼温度基本相同，腹板在阳光照射到的位置较高，其他部位在同一水平断面上基本相同。

2.2 气温对悬浇梁顶标高的影响

预应力砼箱梁在施工过程中，由于桥梁朝向不同，梁体各个部位接受日照的时间和强度不同，多数情况下，梁体顶板和无翼缘板箱梁的向阳侧腹板受太阳辐射时间最长，升温较高，而背阳侧腹板和底板升温较慢。在不均匀温升作用下，梁体顶板伸长量较大，腹板下部和底板伸长量较小，在悬臂端自由的条件下，悬臂端会出现下垂。下垂随梁长和日照时间的增长而增大。此类变形属弹性变形，随着顶板温度降低而恢复。

在本文例桥施工过程中，悬臂端挂兰位置在太阳辐射强烈时曾出现较大的高差，在下午3 点左右挂兰位置梁端出现较大的下垂，而在上午又会回复到原位，变形值与施工悬臂梁长成正比。最大出现过梁端下挠2.4cm。

为减少温度对梁端下挠的影响，在上午6 点到9 点测设挂兰底模调整标高，保证了该桥悬浇箱梁标高符合监控量测计算的抛高值。

2.3 对梁外腹板质量的影响

箱梁顶板受太阳辐射不均匀升温后，发生上拱翘曲，腹板抵抗顶板变形，受弯矩作用，会产生向内变形，梁体越高，变形越大。由此在腹板上会产生拉应力。箱梁腹板预应力钢绞线张拉时，钢绞线弯曲段对腹板局部产生拉应力，在这几种内力组合下，拉应力大于砼抗拉强度，在腹板内表面沿钢绞线布设方向出现开裂。（变形如右图）

本文例桥箱梁在腹板内设置纵向无平弯的负弯矩预应力钢束，每束均为17 根公称直径15.20mm 的低松弛高强度预应力钢绞线。为避免腹板开裂，沿腹板纵向预应力钢绞线预埋的波纹管两侧间隔10cm 布设拉筋，拉筋直径为16mm，两端分别勾在内外主筋上。另外在具备条件时，在张拉纵向预应力筋前先张拉竖向精轧螺纹钢。有效的解决腹板后半段沿预应力筋开裂的问题。

2.4 对支座和伸缩缝的影响

砼连续箱梁挂篮悬臂施工合龙温度按规范要求为当天最低温度，且通常要求合龙温度为15±3℃。而实际合龙时的梁体温度很难确保当天最低温度时满足设计要求。这时整个梁体会发生均匀伸长或缩短的变形，同时受砼材料、收缩、徐变等多方面因素的共同作用下，支座安装和伸缩缝预留宽度会受到很大的影响，同联跨数越多、桥梁越长，最远端的支座和伸缩缝受最后一个合龙段施工时的温度影响越大。

本文例桥10#墩为固结墩，该墩上的支座不会发生移动和变形，7#和14#墩分别为引、主桥分界线，此处设计预留变形缝宽为310mm。由于外界因素影响，该桥未按正常顺序合龙，其中7#墩合龙时间在1月份，合龙温度为5℃。由于8～10#墩间主梁先于7#墩完成，相差时间较长，在7#墩主梁完成时，8～10#墩间主梁砼收缩、徐变大部分已完成。经过计算后，梁体间伸缩缝预留宽度按比设计增加2cm 预留。由于设计的支座容许变形为正负各20cm，考虑支座预偏较困难，且后期变形不会超出容许值，7#墩上主梁支座按正常状态安装。

在7#墩主桥与引桥伸缩缝安装时，当天平均气温为13℃，梁体间预留伸缩缝宽度基本恢复至设计宽度，7#墩主梁下支座变形3cm。

3 控制技术

砼连续箱梁桥采用挂篮工艺施工时，从以上分析可看出，外界温度主要对桥梁施工时挂篮标高控制、箱梁腹板砼、支座安装位置、伸缩缝预留宽度等影响较大，若控制措施不力，会影响结构质量和使用安全，按例桥施工经验，总结出主要控制技术如下：

4.1 制定详细的桥梁砼温度监控量测方案，按方案测量、分析不同气温和日照条件下，箱梁断面内砼温度随气温、时间的变化曲线。

4.2 为减少温度梯度对悬臂端标高的影响，悬臂端挂篮、模板测量放样时间应选在顶板和腹板砼温度基本相同的时间段。在其他时间段内放样时，悬臂端确定施工标高时应考虑竖向和横向温度梯度的影响。

4.3 为避免在日照时间较长的季节施工时腹板出现受力裂缝，可根据实测砼温度，结合箱梁结构计算腹板因温度产生的拉应力，选用以下控制措施。

1） 在悬臂端2 米长范围内的腹板纵向预应力钢绞线两侧增加拉筋，增强腹板局部拉应力的抵抗力。

2）调整预应力张拉顺序，在张拉纵向预应力钢绞线前，先张拉外侧腹板竖向预应力筋，张拉力可按设计值的50%控制。

3）给箱梁面采取洒水、遮阳等措施降低顶板与底板的温差，控制时间段为下块悬浇块段纵向预应力钢绞线张拉后。

4.4 为保证支座安装正确和伸缩缝预留符合设计尺寸，采取以下措施控制：

1）确定合适的合龙顺序，制定切实可行的施工计划，预测合龙时的气温和梁温。

2）模拟计算施工条件和完成体系转换后各支座的变形数据，对较大变形的支座向相反方向顶推，设预变形，消除和减小温度引起的变形量。

3） 按计划和预测的同联最后一个合龙段的梁温，计算推测伸缩缝变形数据，调整预留伸缩缝宽度。

5 结语

温度对连续梁桥和刚构桥施工影响非常大，尤其对于多跨连续梁桥，温度变化造成梁体变形累积或产生的自内力，处理不好就会直接影响桥梁的质量和后期运行安全。同时温度对砼桥梁的影响又是非常复杂的，与桥梁所处位置、走向、结构形式、气温变化、日温差、太阳辐射强度等因素有关，本文进行初步总结，为以后同类桥梁施工提供参考。