斜拉橋施工溫度效應研究
2018-04-16
橋梁結構是暴露在大氣中的結構物，大氣環(huán)境溫度場對結構的影響，主要體現(xiàn)在長期溫差和短期溫差兩種形式的作用上。長期溫差影響是指環(huán)境溫度場隨季節(jié)發(fā)生周期性時，對結構物所產(chǎn)生的影響。短期溫差影響是指環(huán)境溫度場隨日照或寒流發(fā)生變化時，對結構物所產(chǎn)生的影響。它主要以日照溫差和驟然降溫兩種形式出現(xiàn)，不僅引起混凝土結構的溫度隨時間變化，而且引起混凝土體內(nèi)各點的溫度差，形成不均勻的溫度場。確定此種情況下混凝土結構的溫度場比年溫變化下的溫度場要復雜的多。大量現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)表明，短期溫差在梁體產(chǎn)生的拉應力可高達2Mpa以上，是混凝土梁發(fā)生裂縫的主要原因。
本文以某斜拉橋為工程實例，對該橋主體結構溫度進行監(jiān)控測量，對主梁梁線型底標高、索塔塔頂偏位、后視點標高偏位、斜拉索索力、主梁控制截面應變、控制截面溫度傳感器溫度場等內(nèi)容進行監(jiān)測，探討溫度應力對斜拉橋主體結構施工的影響。
1工程實例
鐵鑼坪雙塔斜拉橋是位于滬蓉西國道主干線第十三標段湖北宜昌至恩施段的一座特大型公路橋梁。主橋斜拉橋為三跨一聯(lián)雙塔雙索面塔梁固結預應力混凝土斜拉橋，主橋跨徑組合為140+322+140m，主梁采用肋板式結構，拉索采用平行鋼絲體系。承臺以上塔柱總高為190.397m。其中宜昌側為7#索塔，恩施側為8#索塔。
2溫度場測試方法
2.1溫度場測點布置
對該斜拉橋橋監(jiān)測監(jiān)控小組進行過兩次24小時溫度場測試，目的是為了得到溫度場對合龍前主梁標高、索力、應變影響大小以及內(nèi)部溫度場的分布規(guī)律，得出較為準確的符合該橋的合龍時間段，為合龍段的施工提供力所能及的幫助。
2.2測試情況說明
測試內(nèi)容包括：主梁梁底標高、索塔塔頂偏位、后視點標高偏位、斜拉索索力、主梁控制截面應變、控制截面溫度傳感器溫度場。
溫度監(jiān)測小組對大橋進行了24小時的溫度場觀測，考慮到實際情況，間隔時間為3小時。此時7#橋塔的17#和17’#梁段剛第三次張拉完畢，在測試期間無橋面施工荷載變化，以確保實測數(shù)據(jù)只受溫度的影響。
大橋為東西走向，左側(朝南)為向陽面中午直接受陽光的照射，下午時刻，中跨(朝西，7#索塔)受太陽直接照射的影響較邊跨(7#索塔)時間要大一些。
3主橋結構溫度效應分析
3.1主粱截面溫度場變化
根據(jù)我們測試的數(shù)據(jù)，梁體兩邊主梁上邊緣與下邊緣溫度場的差值，在上午10時，左、右邊主梁上下緣溫差最大值分別為10.9℃和10.0℃：下午14時，左、右邊主梁上下緣溫差最大值分別為10.6℃和9.3℃。同時，梁體內(nèi)部的溫度普遍較高，這與混凝土剛澆注完3天，梁體內(nèi)的水化熱有關。我們可從左邊主梁102、106與110測點的溫度變化圖看出梁體高度方向24小時的溫度場變化情況。
其后，邊主粱上下緣溫差在不斷減小，這是與下午14時過后，日照強度降低相吻合的。到晚上22點過后，從圖中可以看到，梁體內(nèi)的溫度仍在緩慢下降，這種情況～直持續(xù)到第二天的早晨8點，溫度有所回升。
3.2主粱標高
繪制7#索塔邊跨3’#梁段左右幅梁底標高的變化曲線如圖3。從圖中可以看到，各梁段左、右幅的梁底標高在24小時內(nèi)的變化趨勢是比較接近的，結合測試的大氣溫度，溫度升高，梁體標高有產(chǎn)生向下的撓度的趨勢。相對于6點時的梁底標高，3’#梁段產(chǎn)生的最大標高差值都是在18：00，左、右幅24小時內(nèi)的最大差值分別為13mm和12mm。
從上面兩個圖形，我們可以看到，梁段受日照的影響顯著，并且隨著日照溫度較高時，梁段產(chǎn)生有下?lián)系内厔荩@個結論對于施工控制中梁體線形的溫度修正是有指導作用的。
3.3斜拉索索力
取各梁段左、右幅索力的平均值作為該力的變化曲線，如圖4，圖5。
梁段的索力值，繪制邊跨和中跨的各梁段索
根據(jù)上面的圖形，7#索塔邊中跨兩側索力，除1#和1’#的索力變化較大外，2#、3#、
3’#索力的變化相對比較平穩(wěn)，差值基本上在±2％以內(nèi)。
4結論
日照溫差對鐵鑼坪斜拉橋的結構影響顯著，對主梁標高影響最大為13mm，索塔偏位影響接近2.5cm，對斜拉索索力影響最大接近5％，應力影響最大為2.4MPa；主梁截面內(nèi)外溫度場處于比較均衡的時間為凌晨4：00～6：00凌晨6：00測試的各項技術指標與理論值最為接近；初步建議合龍時間選擇在凌晨4；00～6：00間完成，或者選擇在多云陰天等溫度場比較穩(wěn)定的時間段內(nèi)。斜拉橋合龍時應避開短期溫差(日照溫差或驟然降溫)的影響，只考慮長期溫差的影響。
