日照作用对连续钢构桥梁体应力及挠度的影响研究

班贵生，黄志发

(广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530200)

0 引言

大跨度连续刚构桥梁体结构的受力及变形受温度的影响较大，对日照作用尤其敏感。而在采用Midas Civil有限元软件对桥梁梁体施工过程进行模拟分析时，因无法模拟梁体结构的实际日照作用，通常都是将控制理想状态定位在某一特定温度，将其作为控制所需实测数据的采集时间[1]。如果在施工监控过程中忽略了该项因素的影响，就必然难以保证施工监控的有效性且难以实现精准合龙，所以需结合桥址处的环境条件，研究日照作用对该桥梁体应力及挠度的影响。

1 工程概况

本文以某新建高速公路的某连续钢构桥(悬臂浇筑法)为研究对象，该大桥左幅全长478.7 m，主桥上部结构采用(50+77+50) m预应力混凝土连续梁。主桥连续箱梁预应力采用三向预应力体系。该主桥在施工过程中，形成一个T构和一个简支悬臂，T构采用挂篮悬臂现浇法分段对称施工。根据相关规范要求，施工单位委托相关监测单位对该桥在施工过程中梁节段线形及应力状态进行监测控制，保证该桥在各施工阶段及成桥后的梁体应力应变及位移在设计控制的范围内，并保证成桥线形满足设计要求[2]。

2 日照作用对梁体应力及挠度的影响研究

温度是影响桥梁梁体内力和形变的主要因素之一，而日温度变化比较复杂，尤其是日照作用，会引起梁体顶板、底板形成温度差，使梁体发生反复挠曲变形[3-4]。因此，该桥施工监控中，需要研究日照作用对梁体应力及梁端挠度的影响。在该桥合龙前，对日照作用进行一次全天测试，研究T构处于最大悬臂段状态下梁体应力及梁端挠度变化规律。在2018-10-03早上8：00至2018-10-04早上8：00对大气温度及该桥梁体应力和梁端挠度进行了24 h不间断地监测，其测点布置位置如图1、图2所示，本文仅选取钟山侧的测点数据进行相关分析。应力数据集应力测量与温度测量于一体的应力-温度传感器进行采集，挠度采集通过精密水准仪。

图1 测点布置示意图(cm)

图2 截面测点布置示意图(cm)

2.1 日照作用对梁体应力变化的影响分析

2018-10-03早上8：00至2018-10-04早上8：00对选定应力测试点进行了24 h不间断监测，桥址处大气温度随日照作用的变化情况如表1所示；而该桥所测试截面处应力随日照作用所产生的变化情况结果如表2所示。

表1 大气温度随日照作用变化监测数值表

表2 梁体顶板和底板应力随日照作用变化监测数值表

从表1可以看出，大气温度受日照作用的影响比较明显，上午大气温度随日照作用快速增强而快速上升，到中午12：00时，日照作用最强而大气温度也达到当天的最高温度值38 ℃，而后随着日照作用逐渐减弱而先快速降低后缓慢降低，到晚上8：00时，桥址处大气温度趋于稳定。总体而言，大气温度基本与日照作用呈线性正相关，因而可以采用所测的大气温度间接表示该桥梁体结构所受日照作用的强弱关系。

从表2可以看出，梁体顶板的应力受日照作用影响比较明显。结合表1数据，梁体顶板的最大应力出现在达到大气最高温度约2 h之后，而又在测点处最高温度到达前约2 h，即梁体顶板应力随日照作用快速上升，在下午2：00时才达到其最大值13.63 MPa，随后梁体顶板应力快速降低，到第二天凌晨2：00基本趋于稳定。

从表2还可以看出，梁体底板应力受日照作用影响相对较弱。在24 h不间断监测周期内，梁体顶板的应力差为4.16 MPa，而梁体底板应力差为1.32 MPa，仅为顶板应力差的32%。梁体底板最大应力滞后于梁体顶板最大应力约2 h，在下午4：00时才达到其最大值9.64 MPa。

2.2 日照作用对梁体挠度变化的影响分析

桥梁梁体在日照作用下会产生温度场的变化，进而导致悬臂浇筑法施工的T构悬臂端发生较大的挠度变形。本文选取该桥钟山侧的T构悬臂端进行分析，具体测点布置位置如图1所示，其监测结果如表3所示。

表3 梁端挠度随日照作用变化监测数值表

从表3可以看出，所测梁端挠度受日照作用影响也比较明显。结合表2数据，所测梁端最大挠度滞后于梁体顶板最大应力约2 h，基本与梁体底板最大应力的时间点吻合。梁体梁端挠度变化规律与梁体底板应力变化规律呈现负相关性，梁体梁端随日照作用快速下挠，在下午4：00时达到其最大值13.7 mm，而后随着日照作用逐渐减弱而先快速回升后趋于缓慢，但其不能完全恢复到初始状态，在本次24 h监测周期中，测试梁端约存在2.3 mm的残余挠度。所以，在桥梁梁体达到合龙条件时应尽快选择合适的时间点进行合龙，减少T构悬臂状态下所产生的不可恢复累积残余挠度。

2.3 各合龙段的监测结果分析

通过上述监测数据及分析结果可知：约在凌晨2：00时该桥梁体内力及形变趋于稳定，是进行合龙施工的最佳时间节点。该桥合龙顺序为：先进行小桩号侧边跨合龙，接着进行大桩号侧边跨合龙，最后进行中跨合龙，各合龙段均选择在凌晨2：00前后进行合龙施工，各合龙段的控制标高及各工况下的实测标高如表4～6所示。

表4 小桩号侧边跨合龙标高监测结果表

表5 大桩号侧边跨合龙标高监测结果表

表6 中跨合龙标高监测结果表

从表4可知，该桥的小桩号侧边跨合龙节段的各工况实测标高偏差为-2～9 mm，合龙后同跨对称点高程差为11 mm；从表5可知，该桥的大桩号侧边跨合龙节段的各工况实测标高偏差为-2～12 mm，合龙后同跨对称点高程差为13 mm；从表6可知，该桥的中跨合龙节段的各工况实测标高偏差为1～3 mm，合龙后同跨对称点高程差为0 mm。总而言之，该桥各合龙段的各工况下的同跨对称点高程差均在《公路工程质量检验评定标准 第一册 土建工程》(JTG F80/1-2017)表8.7.4-1中规定的允许偏差(合龙后同跨对称点高程差≤20 mm)范围内，各测点的实测标高偏差也满足该标准的相关规定，从而保证了该桥实现精准合龙。

3 结语

(1)梁体顶板应力及梁端挠度受日照作用影响比较明显。但梁体顶板最高温度和梁端最大挠度均滞后于大气最高温度约4 h，而梁体顶板最大应力滞后于大气最高温度约2 h。

(2)梁体底板应力受日照作用影响相对较弱。在24 h不间断监测周期内，大气温差为22 ℃，梁体顶板温差为12.3 ℃，而梁体底板温差仅为3.0 ℃；梁体顶板应力差约为4.16 MPa，而梁体底板应力差约为1.32 MPa。梁体底板最大应力出现在达到大气最高温度约4 h之后。

(3)梁体顶、底板应力随着温度场回到初始状态而基本恢复到初始值，但梁端挠度不能完全恢复到初始状态。在本次24 h监测周期中，测试梁端约存在2.3 mm的残余挠度，所以在桥梁梁体达到合龙条件时应尽快选择合适时间点进行合龙，以减少T构悬臂状态下所产生的不可恢复的累积残余挠度。

(4)该桥各合龙段的各工况下的同跨对称点高程差均在《公路工程质量检验评定标准 第一册 土建工程》(JTG F80/1-2017)表8.7.4-1中规定的允许偏差(合龙后同跨对称点高程差≤20 mm)范围内，保证了该桥实现精准合龙。