汪水清 （寧安鐵路有限責任公司，安徽 蕪湖 241000）

1 研究背景

溫度對橋梁結構受力有較大的影響，除有效溫度變化引起橋梁結構變形外，截面溫度梯度變化還會引起結構附加的溫度應力[1]。這就給橋梁施工時的標高控制，內(nèi)力控制等帶來一系列困難[2]。東營黃河公路鋼斜拉橋施工時，由日照引起頂、底板溫度變化，導致高程變化2 cm～5 cm，由日光側(cè)照引起主梁中線偏移值達5cm之多；杭州江東大橋鋼箱梁頂推施工中，梁體的不均勻溫度場導致拼裝平臺上已拼梁段尾端最大豎向位移達3.5cm。

為了確定結構物內(nèi)的溫度應力，一般要分兩步來實施：首先用實驗或理論方法來確定結構內(nèi)各點在各瞬時的溫度，即“溫度場”，而前后兩個溫度場之差就是結構物的變溫場或溫度荷載；然后，根據(jù)結構物的溫度荷載，用理論或?qū)嶒灧椒▉泶_定結構物內(nèi)各點的溫度應力。當前國內(nèi)外對混凝土構件溫度場分析已相當成熟[3-5]，其溫度荷載的計算方法先后納入橋梁設計規(guī)范[6]。對鋼箱梁溫度場及其效應分析的研究也有相當進展[7]。而對于鋼桁梁，特別是三主桁鋼桁梁結構溫度場，至今研究資料匱乏。文章將對三主桁鋼桁梁溫度場進行測試分析。

2 工程概況

安慶長江鐵路大橋是南京至安慶城際鐵路和阜陽至景德鎮(zhèn)鐵路的重要組成部分，距已建成的安慶長江公路大橋22km。大橋主橋采用六跨連續(xù)鋼桁梁雙塔斜拉橋，跨度組成為（103+188.5+580+217.5+159.5+117.5）m，全長1366 m。主梁為三片主桁鋼桁梁，桁間距2m×14m，節(jié)間長14.5m，桁高15m。主塔為鋼筋混凝土結構，塔高210m，斜拉索為空間三索面，立面上每塔兩側(cè)共18對索，全橋216根斜拉索。所有橋墩上均設豎向和橫向約束，4#塔與主梁之間設縱向水平約束，3#塔與梁間使用帶限位功能的粘滯阻尼器。橋梁概況見圖1所示。

圖1 安慶長江鐵路大橋

圖2 溫度測試數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)示意圖

圖3 鋼桁梁溫度測試斷面布置圖

圖4 E斷面溫度測點布置圖

3 溫度現(xiàn)場測試及數(shù)據(jù)分析

3.1 測試方法和測點布置

安慶長江鐵路大橋為多次超靜定結構，溫度將對斜拉橋的內(nèi)力及線形產(chǎn)生重要影響。在本次測試中引進了美國數(shù)字化溫度傳感器及無線（有線）測控儀采集系統(tǒng)。該溫度測試系統(tǒng)由于采用數(shù)字信號采集傳輸，數(shù)據(jù)不會失真，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性，同時大大減少了系統(tǒng)的電纜數(shù)，更保證了溫度測量的同步性，且感溫元件的制作精度高，傳感器也無須另外標定。其工作原理如圖2所示。

圖5 鋼桁梁溫度測點布置圖

圖7 上弦上游桁主要測點溫度變化圖

圖8 下弦上游桁主要測點溫度變化圖

圖9 上弦各測點溫度變化對比圖

圖10 下弦各測點溫度變化對比圖

選擇主梁具有代表性的截面布置傳感器，通過測量主梁橫向溫度場及沿縱向的變化，了解主梁溫度場情況。由于鋼板較薄，導熱性能好，可忽略沿厚度方向的溫度梯度，沿厚度方向的熱流動也可不考慮，故可以通過在鋼桁梁鋼板內(nèi)壁布設溫度測點，實測鋼桁梁溫度場的變化情況，從而得出鋼桁梁各部位溫度變化情況及最大日照溫度梯度。

溫度測試斷面及測點布置見圖3~6。

3.2 鋼桁梁溫度實測數(shù)據(jù)及分析

太陽總輻射強度是影響日照升溫溫度荷載的主要因素，是結構表面換熱的主要熱源，也是結構內(nèi)部處于高溫差分布的主要因素。從設計計算的角度來看，考慮太陽輻射引起的短時溫差效應，一般是以某一時刻的最大溫度梯度為設計控制荷載的。因此選擇那些天氣晴朗、太陽輻射強烈的典型日子進行24h、時間間隔為1h的溫度測量。

本研究選取2012年7月31日凌晨1時至晚上24時E斷面測點溫度測試數(shù)據(jù)為例子進行分析。

3.2.1 上弦、下弦上游桁溫度變化對比（見圖7、圖8）

從圖7和圖8可以看出，鋼桁梁溫度受外界溫度影響。同樣是上游桁，測點位置不同，接受陽光輻射不同，溫度場也有差異。上弦上游桁各測點受陽光照射時間長且劇烈，各點溫度差異比較大。從圖7可以看出，上弦上游桁各測點從7:00至13:00，由于陽光輻射的逐步增強，溫度呈上升趨勢。13:00以后，陽光輻射逐步減弱，溫度呈下降趨勢。11通道測點位于接受陽光輻射比較弱的位置，相對于另外3個測點溫度變化比較穩(wěn)定。上弦上游桁各測點最大溫差在13:00左右，最大溫差為5.63℃。下游上弦桿位于外側(cè)的兩個測點接受陽光輻射時間長，里側(cè)的2個測點相對比較弱，因此1通道測點和10通道測點溫度變化比較大，而9通道測點和3通道測點則相對比較穩(wěn)定。從圖8可以看出，1通道測點和10通道測點在8：00左右有明顯的升溫過程，之后由于陽光輻射角度的不同，溫度逐步下降，在下午17:00左右又有小幅升溫。而9通道測點和3通道測點由于受不到陽光直射，溫度比較穩(wěn)定，在8:00至16:00由于大氣溫度較高有小幅的逐步升溫。下弦上游桁各測點最大溫差在11:00左右，最大溫差為12.89℃。

3.2.2 上弦和下弦各測點溫度變化對比（見圖9、圖10）

從圖9可以看出，上弦各桿測點最大溫差在16:00左右，最大溫差為5.25℃，上弦各桿測點在7:00至20:00之間均有較大起伏。從圖10可以看出，下弦各桿測點最大溫差在11:00左右，最大溫差為11.87℃。下弦各桿測點最大溫差大于上弦各桿最大溫差，因為下弦測點在同一時刻外側(cè)測點接受陽光輻射大，而內(nèi)側(cè)接受陽光輻射少，溫度差異比較大。上、下弦各測點溫度均有先升后降的過程，這是由于太陽輻射的強度也有先升后降的變化趨勢。而通過兩圖對比可知，下弦外側(cè)測點通道1和9有突然的升溫和降溫過程，說明其對太陽輻射十分敏感。下弦的中游測點和下游測點相對于上弦，溫度變化不那么明顯，主要是因為其位于背陽處，溫度變化主要是由環(huán)境溫度的變化引起。

3.2.3 上弦、下弦各桿溫度變化對比（見圖11）

圖11 上弦下弦各桿溫度變化對比圖

圖6 溫度測點布置現(xiàn)場圖

從圖11可以看出，上下弦各桿最大溫差在12:00左右，最大溫差為7.23℃。上、下弦各測點在7:00至14:00之間溫度均逐步升高，上弦各測點溫度升高明顯強于下弦。而在22:00至7:00之間，下弦各測點溫度略高于上弦各測點溫度，說明上弦各測點溫度上升和下降都比較明顯，而下弦各測點溫度則比較穩(wěn)定。這主要是由于上弦各測點接受陽光輻射時間長，強度大，而鋼桁梁對太陽輻射比較敏感，因此上弦各測點溫度有明顯的上升和下降趨勢；而下弦選取的3個主要測點處于背陽位置，接受陽光輻射少，溫度變化不那么明顯。

4 結 論

①太陽輻射強度是影響鋼桁梁溫差分布最重要的因素，外界氣溫變化對鋼桁梁的溫度分布也有一定的影響。

②鋼桁梁對太陽輻射十分敏感，鋼桁梁上弦桿在有太陽輻射時升溫迅速，無太陽輻射時降溫迅速。

③溫差主要集中在鋼桁梁的向陽側(cè)，在梁的背陽側(cè)，溫度分布比較均勻且波動較小。在斜拉橋主橋施工階段必須要考慮溫度對鋼桁梁的內(nèi)力及變形的影響。

[1]王解軍,李小國,殷燦彬.高墩大跨連續(xù)剛構箱梁橋的溫度場測試研究[J].中南林業(yè)科技大學學報,2011(4).

[2]葛耀君,翟東,張國泉.混凝土斜拉橋溫度場的試驗研究[J].中國公路學報,1996(2).

[3]李艷,李小國,楊可可.連續(xù)剛構橋箱梁溫度場測試研究[J].交通科技,2011(3).

[4]李全林.日照下混凝土箱梁溫度場和溫度應力研究[D].長沙：湖南大學,2004.

[5]劉興法.混凝土結構的溫度應力分析[M].北京:人民交通出版社,2003.

[6]TB10002.1-2005,鐵路橋涵設計基本規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

[7]楊寧.無鋪裝層鋼箱梁日照溫度場及其效應分析[D].長沙:長沙理工大學,2009.