蘆本川

（中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

0 引言

懸臂施工法是連續(xù)剛構(gòu)橋梁常采用的施工方法。連續(xù)剛構(gòu)橋梁在懸臂階段和成橋階段的體系不同，在兩個階段受到的外界因素影響也不同，本文主要研究局部溫差對大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁的影響。

1 工程概況

某變截面連續(xù)剛構(gòu)橋梁全長381 m，橋跨分為4 跨70 m+（2×120 m）+70 m 進行布置。采用單箱室直腹板式箱梁。結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)利用Midas/civil 軟件進行建模（圖1）。

橋梁的內(nèi)力及線形在長期溫差變化作用下將會受到較大影響。由于混凝土傳遞溫度的滯后性，導(dǎo)致溫度場的作用方式為非線性的。若橋梁受到較多約束，在該種作用下將會產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)開裂。

圖1 變截面連續(xù)剛構(gòu)橋梁模型

2 局部溫差效應(yīng)影響分析

溫度的影響方式主要有兩種：整體和局部溫差。橋梁在設(shè)計階段就已經(jīng)考慮了整體溫差對結(jié)構(gòu)的影響，但由于局部溫差的作用方式為非線性且其值較大，因此研究溫度效應(yīng)對結(jié)構(gòu)影響的主要工作是找確定對結(jié)構(gòu)最不利的溫差荷載。我國規(guī)范里規(guī)定的溫差荷載取值偏低，實際上由于溫度荷載導(dǎo)致的影響力甚至大于橋梁結(jié)構(gòu)受到的車輛荷載的影響。通過對現(xiàn)場橋梁的觀測，將最不利的溫度梯度荷載確定為頂板降溫5 ℃和升溫10 ℃。

3 最大懸臂狀態(tài)仿真分析

當(dāng)不斷增加主梁節(jié)段時，主梁的撓度及應(yīng)力所受到各個參數(shù)的影響將不斷增大，本文選取的局部溫度荷載的對象為橋梁的最大懸臂狀態(tài)。

3.1 溫度控制

通過有限元模型計算得到的數(shù)據(jù)如圖2 所示?？梢钥闯觯?/p>

（1）當(dāng)太陽直射頂板時，由于底板混凝土較差的導(dǎo)熱性，頂板溫度以10 ℃的差值高于底板，導(dǎo)致頂?shù)装逯g出現(xiàn)了10 ℃的溫度梯度。梁體在該溫度梯度的作用下呈現(xiàn)整體下?lián)系内厔?，梁的端部有最大的下?lián)现?，?25 mm。

（2）當(dāng)早上沒有太陽照射時，由于外界氣溫與頂板相互之間直接接觸，導(dǎo)致頂板溫度具有較快的下降速率，但底板的溫度由于存在箱室區(qū)的原因而出現(xiàn)較低的下降速率，導(dǎo)致梁體頂板有溫度梯度在為-5 ℃的荷載出現(xiàn)，使其有上撓的趨勢，最大值為12 mm。

綜上可知，主梁的撓度在溫度梯度為10 ℃時就已經(jīng)達到25 mm，對該橋梁的合龍是否順利以及成橋后能否滿足規(guī)范要求而言，已經(jīng)有了較大的影響，因此，必須在施工以及線形控制時對其加以重視，特別是對于橋梁的合龍施工，需選擇在較低的溫度下進行，將溫度荷載對橋梁的影響降到最低。

圖2 最不利溫度下的撓度變化曲線

3.2 應(yīng)力控制

線形監(jiān)控中應(yīng)力的控制也是較為重要的工作，主梁懸臂狀態(tài)下頂板溫度升高10 ℃時的應(yīng)力增量曲線如圖3 所示，主梁懸臂狀態(tài)下頂板溫度降低5 ℃時的應(yīng)力增量曲線如圖4 所示，可以看出：

（1）當(dāng)主梁頂板在懸臂狀態(tài)下將溫度升高10 ℃時，將會導(dǎo)致使梁體產(chǎn)生下?lián)?，降低了頂板的壓?yīng)力而增加了底板處的壓應(yīng)力，頂?shù)装宓膽?yīng)力最大變化量分別為0.5 MPa 和3.0 MPa；可知底板應(yīng)力的變化在頂板升溫時所產(chǎn)生的影響更大，但應(yīng)力的變化范圍處于允許值以內(nèi)。

（2）當(dāng)主梁頂板在懸臂狀態(tài)下將溫度降低5 ℃時，將會導(dǎo)致使梁體產(chǎn)生上撓，升高了頂板處的壓應(yīng)力而降低了底板處的壓應(yīng)力，頂?shù)装宓膽?yīng)力最大變化量分別為0.5 MPa 和0.3 MPa。

通過上述分析可知，主梁在溫度梯度荷載的作用下不僅會產(chǎn)生豎向撓度，還會影響到頂?shù)装宓膲簯?yīng)力。對于0#塊而言該種影響導(dǎo)致其出現(xiàn)尖角，既不連續(xù)，產(chǎn)生該種現(xiàn)象的原因主要是墩梁的固結(jié)。溫度梯度荷載在頂板處產(chǎn)生了最大值為3.0 MPa的應(yīng)力變化，主梁所受到的該種影響相對于其所受到的如混凝土自重等的影響而言相對較小，因此只要在施工監(jiān)控時對其加以控制，即可控制應(yīng)力處于安全值內(nèi)。

圖3 頂板溫度升高10 ℃的應(yīng)力增量曲線

圖4 頂板溫度降低5 ℃時的應(yīng)力增量曲線

4 成橋后溫度梯度影響仿真分析

上述分析基于未合龍情況。合龍之后橋梁從靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槌o定結(jié)構(gòu)，由于存在有多余約束使主梁有約束撓曲產(chǎn)生，這時溫度梯度對橋梁的影響已不同，應(yīng)另作分析。

4.1 溫差對撓度的影響

成橋狀態(tài)頂板溫差作用下的變形曲線如圖5 所示?？梢钥闯觯?/p>

（1）當(dāng)溫度升高10 ℃時，主梁邊跨上撓中跨下?lián)希@是由于橋梁存在多余約束導(dǎo)致合龍后出現(xiàn)梁體撓曲，使得邊跨上撓。其上撓達到0.31 mm 的最大值，中跨下?lián)线_到-6.2 mm 的最大值，比上述懸臂階段-25 mm 的下?lián)献畲笾敌。砻鞒蓸蚝蟮呢Q向撓度所受到局部溫差的影響較小。

（2）當(dāng)溫度降低5 ℃時，邊跨和中跨具有與升溫時截然相反的撓度趨勢，其中邊跨上撓的最大值為-0.15 mm，中跨上撓的最大值為3.14 mm，比懸臂階段12 mm 的最大上撓值下。

根據(jù)上述分析可知，由于合龍后的主梁有多余約束，該種約束限制了梁體在溫度荷載作用下產(chǎn)生的變形，使得梁體撓曲，因此比起懸臂階段該種情況下的溫度荷載對其影響較小。

圖5 成橋狀態(tài)頂板溫差作用下的變形曲線

4.2 溫差對應(yīng)力的影響

成橋階段溫度梯度荷載作用時上下翼緣應(yīng)力曲線如圖6、圖7 所示?？梢钥闯觯?/p>

（1）梁體在升溫10 ℃時頂板有下?lián)系内厔?，增加了上翼緣的壓?yīng)力，達到了-7.4 MPa 的最大壓應(yīng)力；底板有2.6 MPa 的最大拉應(yīng)力產(chǎn)生。主梁上下緣應(yīng)力受到局部溫差的影響比起最大懸臂狀態(tài)時受到的影響有所增加。

（2）梁體在降溫5 ℃時，主梁有著與升溫時截然相反的變形，該種情況下上翼緣主要受到拉應(yīng)力的作用，其值可達1.0 MPa；下翼緣主要受到壓應(yīng)力作用，其值可達到-1.37 MPa。

綜上所述，對于主梁應(yīng)力而言，溫度梯度荷載對成橋狀態(tài)時應(yīng)力的影響比對最大懸臂狀態(tài)時產(chǎn)生的影響要大。主要是因為多余約束導(dǎo)致主梁有撓曲應(yīng)力產(chǎn)生，并且還有拉應(yīng)力在某些節(jié)段出現(xiàn)，但隨著溫度的變化該拉應(yīng)力隨之消失。拉應(yīng)力不允許在連續(xù)剛構(gòu)橋梁上出現(xiàn)，若在連續(xù)剛構(gòu)橋上出現(xiàn)拉應(yīng)力，將導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫而影響使用壽命。通過上述對主梁應(yīng)力和局部溫度荷載之間關(guān)系的分析控制，在施工監(jiān)控過程中應(yīng)以主要影響因素的角度考慮溫度荷載，使其對混凝土還有梁體應(yīng)力的影響降低。

5 結(jié)語

圖6 升溫10 ℃時頂板上下翼緣應(yīng)力曲線

圖7 降溫5 ℃時頂板上下翼緣應(yīng)力曲線

研究溫度荷載與連續(xù)剛構(gòu)橋梁線形和應(yīng)力之間的關(guān)系，對主梁結(jié)構(gòu)受溫度荷載影響的程度進行定量分析，得出結(jié)果：①當(dāng)橋梁處于懸臂階段時，對于主梁的應(yīng)力而言，局部溫差影響較小。但該階段對于主梁的線形而言，溫度荷載的影響較為明顯，因此進行立模標(biāo)高的確定時，應(yīng)對局部溫差所產(chǎn)生的影響進行充分的折減考慮；②鑒于橋梁合龍后的體系為超靜定的，對于主梁的撓度以及應(yīng)力而言，溫度效應(yīng)會有較大影響，因此，為保持成橋后的質(zhì)量應(yīng)定期監(jiān)測橋梁。