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        大跨徑橋梁施工控制溫度應(yīng)力問題

        2016-07-07 01:45:54陶文景
        西部交通科技 2016年4期
        關(guān)鍵詞:溫度應(yīng)力施工控制

        陶文景

        (貴州貴安建設(shè)投資有限公司,貴州 貴安 550025)

        大跨徑橋梁施工控制溫度應(yīng)力問題

        陶文景

        (貴州貴安建設(shè)投資有限公司,貴州貴安550025)

        關(guān)鍵詞:大跨徑橋梁;溫度應(yīng)力;施工控制

        0引言

        橋梁施工安全與成橋狀態(tài)能否符合設(shè)計(jì)要求是人們關(guān)注的重點(diǎn)問題,要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量施工,只通過簡(jiǎn)單的檢查與驗(yàn)收顯然是具有很大難度的,所以需要對(duì)橋梁施工進(jìn)行嚴(yán)格的控制,確保實(shí)際的施工狀態(tài)與設(shè)計(jì)預(yù)期一一對(duì)應(yīng)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)主要用于衡量結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化,若參數(shù)改變,則結(jié)構(gòu)內(nèi)力必然會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)變化。在眾多結(jié)構(gòu)參數(shù)當(dāng)中,溫度參數(shù)的確定難度較大,屬于復(fù)雜變量,和所在地理位置、方向以及材料等有關(guān),在明確結(jié)構(gòu)應(yīng)力中有著十分重要的作用,而且也是最難進(jìn)行識(shí)別的重要參數(shù)。因此,針對(duì)溫度應(yīng)力開展深入的研究工作是施工控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是實(shí)現(xiàn)最佳成橋狀態(tài)的重要舉措。

        1溫度應(yīng)力

        1.1溫度應(yīng)力的產(chǎn)生

        在分析溫度應(yīng)力的早期,人們通常將年溫變化的產(chǎn)生與分布作為依據(jù),隨著研究的進(jìn)一步深入,人們逐漸認(rèn)識(shí)到非線性特點(diǎn)對(duì)于研究的重要性。近幾年,伴隨研究成果的不斷更新,溫度應(yīng)力研究已經(jīng)從過去的單一考慮氣溫條件上升至充分考慮日照條件的高度。對(duì)于大跨徑橋梁而言,溫度應(yīng)力主要分成兩種形式,分別為:結(jié)構(gòu)物某種構(gòu)件單元內(nèi),由于各纖維溫度不盡相同而形成的應(yīng)變差在約束的作用下產(chǎn)生的應(yīng)力,這種溫度應(yīng)力被稱為溫度自應(yīng)力;在結(jié)構(gòu)或者是體系當(dāng)中的各個(gè)構(gòu)件,由于其溫度存在一定差別而形成的結(jié)構(gòu)變化,會(huì)在支承約束條件下生成應(yīng)力,這種應(yīng)力即為溫度次應(yīng)力[1]。研究還發(fā)現(xiàn),溫度應(yīng)力的產(chǎn)生與分布不僅具有非線性,還具有十分顯著的時(shí)間性。

        1.2溫度應(yīng)力效應(yīng)類別

        大跨徑橋梁由于受到自然條件等因素的影響會(huì)出現(xiàn)溫度效應(yīng),一般而言,這種溫度效應(yīng)可以分成兩種類型,分別為:年溫差效應(yīng)與局部溫差效應(yīng)。其中,年溫差效應(yīng)為改變遲緩的年溫差,它會(huì)影響到橋梁截面的溫升、溫降以及伸長(zhǎng)、縮短,橋梁位移在受到一定約束后,會(huì)生成溫度次應(yīng)力[2]。局部溫差效應(yīng)因?yàn)槿照蛰椛渖?,其在各種截面上的傳熱形式均不相同,具有非線性分布特征,而且,截面非線性溫度分布所造成的脹縮和截面形變之間存在的差別,會(huì)使所有種類的截面都會(huì)出現(xiàn)自應(yīng)力。

        2大跨徑橋梁溫度應(yīng)力計(jì)算

        2.1基本假定

        在對(duì)溫度應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算的過程中,基本假定是首要環(huán)節(jié),具體內(nèi)容如下:

        (1)假設(shè)梁長(zhǎng)方向中的溫度分布均勻,同時(shí)省略掉局部溫度變化所造成的差別;

        (2)假設(shè)混凝土結(jié)構(gòu)的材料是均勻,且各向同性的,在生成裂縫前,滿足各項(xiàng)基本規(guī)律;

        (3)假定截面不變且可用;

        (4)根據(jù)溫度荷載理論對(duì)應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算;

        (5)采用疊加法等計(jì)算出多種荷載情況下的應(yīng)力。

        2.2溫度應(yīng)力計(jì)算

        在橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)中,若實(shí)際的分布曲線給定,如圖1所示,則可據(jù)此求出應(yīng)力分布。

        圖1 橋梁結(jié)構(gòu)溫度分布曲線圖

        首先,假定結(jié)構(gòu)中各種纖維均自由伸縮,則可得應(yīng)力:

        εT(y)=αT(y)

        (1)

        式中,a——膨脹系數(shù);

        T(y)——具體溫度分布。

        依據(jù)假設(shè)的平截面,可得總應(yīng)變:

        ε(y)=εc+ky

        (2)

        式中,εc——重心位置應(yīng)變;

        k——微段曲率。

        因?yàn)榭倯?yīng)變和溫度應(yīng)變不相同,所以可以得出一定幾何關(guān)系:

        ε(y)=εT(y)+εe(y)

        (3)

        式中,εe(y)——彈性應(yīng)變,其應(yīng)力可表示為:

        σe(y)=Eεe(y)=E[ε(y)-εT(y)]=E[εc+ky-εT(y)]

        (4)

        截面內(nèi)力可表示為:

        NZ=∫Aσe(y)dA

        =E∫A[εc+ky-εT(y)]dA

        =EεcA-E∫AεT(y)dA

        (5)

        Mx=∫Aσe(y)ydA

        =E∫A[εe+ky-εT(y)]ydA

        =kEI-E∫AεT(y)ydA

        (6)

        根據(jù)式(5)與式(6)可得:

        (7)

        (8)

        式中:E——彈性模量;

        A——截面的面積;

        I——抗彎慣矩。

        針對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)而言,如果將溫度的贅余力表示為xi(i=1,2,…,n),則在xi為1時(shí),截面產(chǎn)生的內(nèi)力為:

        (9)

        (10)

        將式(9)、(10)代入式(7)、(8)中可得:

        (11)

        (12)

        εc、k為已知條件,則可得出贅余力xi方向形變,在此基礎(chǔ)上,通過形變協(xié)調(diào)條件對(duì)xi進(jìn)行求解后即可得出應(yīng)力:

        σe(y)=E[εc+ky-εT(y)]

        (13)

        式中:

        NT=E∫AεT(y)dAMT=E∫AεT(y)ydA

        由式(13)得知,溫度應(yīng)力主要由兩部分構(gòu)成,分別為次應(yīng)力與自應(yīng)力:

        (14)

        (15)

        3工程案例分析

        3.1工程概況

        總干渠高大跨渡槽C2標(biāo)由河溝頭、焦家2座渡槽組成,河溝頭渡槽主槽采用(80.55+2×150+80.55)m共461.1 m連續(xù)剛構(gòu)體系;焦家渡槽主槽采用(95.95+2×180+95.95)m共551.9 m連續(xù)剛構(gòu)體系。渡槽平面、縱向均位于直線上,渡槽箱梁頂面縱坡1/1 500,靠進(jìn)口側(cè)高,靠出口側(cè)低。其中,河溝頭箱梁跨中截面梁高4.6 m,是主跨徑的1/32.61,墩頂梁高11.5 m,是主跨徑的1/13.04;焦家箱渡槽梁跨中截面梁高4.6 m,是主跨徑的1/39.13,墩頂梁高13.8 m,是主跨徑的1/13.04。

        3.2溫度觀測(cè)

        研究發(fā)現(xiàn),溫度的改變是使主梁出現(xiàn)撓度的主要原因之一。相對(duì)之下,日溫變化趨于復(fù)雜,特別是在受到日照等作用時(shí),主梁的頂、底板溫差較為明顯,使得主梁出現(xiàn)撓曲現(xiàn)象,而且還有可能使墩身發(fā)生位移。而季溫造成的實(shí)際影響則較為簡(jiǎn)單,變化趨勢(shì)可以保持恒定,對(duì)各節(jié)段溫度進(jìn)行準(zhǔn)確收集,并輸入至計(jì)算機(jī)當(dāng)中,借助相關(guān)軟件進(jìn)行計(jì)算分析,即可求出撓度數(shù)值。為進(jìn)一步掌握截面溫差情況,還要在被測(cè)梁體上設(shè)置多個(gè)測(cè)點(diǎn),以及時(shí)獲取溫度變化情況。

        3.2.1測(cè)點(diǎn)設(shè)置

        設(shè)置兩個(gè)截面,每個(gè)截面分別設(shè)置14個(gè)測(cè)點(diǎn),把鉑電阻設(shè)置在鋼筋上,經(jīng)防潮處理以后,埋置混凝土中,再將導(dǎo)線布置在結(jié)構(gòu)表面。

        3.2.2觀測(cè)結(jié)果

        分析得知,梁高溫度分布和T(y)=T0ye-Cyy十分接近,如圖2所示。

        圖2 溫度分布示意圖

        3.3計(jì)算分析

        基于觀測(cè)結(jié)果方面的考慮,使用T(y)=T0ye-Cyy分布函數(shù),根據(jù)應(yīng)力疊加規(guī)律可得總應(yīng)力為:σe(y)=σt(y)+σtx(y)。

        結(jié)合上述公式,算出應(yīng)力。首先,計(jì)算非線性溫度條件下所產(chǎn)生的截面應(yīng)變;然后,獲取初應(yīng)力,使用形變協(xié)調(diào)理論計(jì)算次應(yīng)力與次內(nèi)力。為對(duì)結(jié)構(gòu)形變所造成的溫度變化進(jìn)行分析,箱梁頂板的升溫與降溫分別選為1 ℃、3 ℃與5 ℃,可表示為:T0y=20 ℃±(1 ℃、3 ℃、5 ℃),cy=5,同時(shí)按照溫度遞增工況實(shí)施運(yùn)算,只考慮溫度造成的影響。

        3.4施工溫度應(yīng)力控制方法

        3.4.1結(jié)構(gòu)形變控制

        充分結(jié)合計(jì)算成果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),調(diào)整監(jiān)控參數(shù),得出不同階段對(duì)應(yīng)的形變數(shù)值,保證不同塊件標(biāo)高的實(shí)際值、預(yù)測(cè)值與設(shè)計(jì)值保持相同的變化趨勢(shì)。

        3.4.2結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制

        綜合考慮溫度、徐變與收縮等因素,通過實(shí)測(cè)、計(jì)算結(jié)果對(duì)比,對(duì)監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整,確保結(jié)構(gòu)應(yīng)力的實(shí)際情況與預(yù)測(cè)結(jié)果變化保持一致[3]。

        4結(jié)語

        (1)溫度參數(shù)是一種極其復(fù)雜的變量,對(duì)于應(yīng)力與形變確定至關(guān)重要,所以在施工中應(yīng)對(duì)溫度控制給予足夠的重視。

        (2)在研究溫度應(yīng)力的同時(shí),可根據(jù)假定的條件提出一系列計(jì)算公式,同時(shí)充分使用這些公式得出溫度變化造成的形變影響。

        (3)結(jié)構(gòu)變位與溫度分布存在緊密的聯(lián)系,施工時(shí)應(yīng)確保數(shù)據(jù)結(jié)果的真實(shí)性,進(jìn)而保證施工控制更具合理性與有效性。

        參考文獻(xiàn)

        [1]王力強(qiáng),高猛.大跨徑橋梁施工控制溫度應(yīng)力研究[J].廣東公路交通,2010(1):24-27,30.

        [2]張浩.橋梁施工控制中的溫度應(yīng)力研究[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2010(13):75-79.

        [3]吳文陽.大跨徑橋梁施工控制溫度效應(yīng)研究[J].科技資訊,2006(2):111-112.

        摘要:文章分析了大跨徑橋梁溫度應(yīng)力產(chǎn)生的形式與效應(yīng)類別,提出了一套實(shí)用的應(yīng)力計(jì)算方法,并結(jié)合實(shí)例介紹了大跨徑橋梁施工溫度應(yīng)力控制方法。

        Large-span Bridge Construction Control Temperature Stress

        TAO Wen-jing

        (Guizhou Gui’an Construction Investment Co.,Ltd.,Gui’an,Guizhou,550025)

        Abstract:This article analyzed the forms and effect category of large-span bridge temperature stress,put forward a set of practical stress calculation methods,and in combination with examples,it intro-duced the construction temperature stress control method of large-span bridges.

        Keywords:Large-span bridges;Temperature stress;Construction control

        作者簡(jiǎn)介

        中圖分類號(hào):U445.4

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        DOI:10.13282/j.cnki.wccst.2016.04.021

        文章編號(hào):1673-4874(2016)04-0075-03

        收稿日期:2016-03-27

        陶文景(1974—),高級(jí)工程師,研究方向:高墩大跨橋梁施工。

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