王琳琳

(北京中咨華安交通科技發(fā)展有限公司，北京 100098)

0 前 言

鋼材與混凝土作為橋梁中的最為主要的兩種建材，其在力學(xué)性能方面有著明顯的差異，將兩者進行組合，形成鋼-混凝土組合橋，能夠互補兩種材料各自的優(yōu)勢，避免其缺點。連續(xù)的剛構(gòu)橋其梁體是連續(xù)的狀態(tài)，具有行車平順的優(yōu)勢，同時還具有不設(shè)支座、不轉(zhuǎn)換體系的特點，其內(nèi)力分布相對而言更加合理，主梁之間的彎矩減小，跨徑增大。橋梁需要承受太陽輻射、氣候變化、天氣影響、晝夜溫差等多個方面因素的影響，而這些因素都會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生復(fù)雜的溫度分布，同時還會由于溫度的變化而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形和應(yīng)力。對于組合橋梁溫度分布的差異一方面表現(xiàn)在溫差的不同，另一方面表現(xiàn)在溫度分布形式方面的差異。當外部溫度發(fā)生變化時，鋼梁的溫度變化要快于混凝土的變化速度，兩者之間的不同步的溫度變化會導(dǎo)致橋梁不同結(jié)構(gòu)處出現(xiàn)顯著的溫度差，進而產(chǎn)生顯著的約束應(yīng)力，在嚴重的情況下會導(dǎo)致橋面板的開裂、支座的抬起等病害。

1 混凝土結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)理論

1.1 溫度對結(jié)構(gòu)的影響

對于大跨度連續(xù)梁來說，常年累月的溫度變化，容易使橋梁出現(xiàn)縱向的位移，這樣的位移能夠通過橋面的伸縮縫以及支座位移等構(gòu)造進行削弱或者消除。但是對于連續(xù)剛構(gòu)橋，梁的縱向位移會受到主墩的影響，使主墩會產(chǎn)生較大的彎矩。日照輻射以及氣溫的驟變是引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力以及變形的主要因素，首先需要確定橋梁各個構(gòu)件的溫度場、溫度梯度模式以及溫度設(shè)計值的大小與實際狀況的接近程度，而這也正是準確計算溫度應(yīng)力以及變形的關(guān)鍵所在。待確定了溫度場，溫度應(yīng)力則可以按照結(jié)構(gòu)力學(xué)或者有限元的方法進行計算。溫度的變化能夠嚴重的影響結(jié)構(gòu)的受力和變形，且隨著溫度分布的不同，影響的程度也會有變化，需要對同一位置不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)進行測量，保證控制的有效性和準確性，需要嚴格的控制線形和應(yīng)力。此外橋面一面會受到陽光的照射，而另一面由于靠近水溫度較低，濕氣較大，容易造成橋面的兩側(cè)溫差較大，對橋面的變形控制較為不利。

1.2 溫度變化對施工控制的影響

溫度的變化會引起橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和變形受到不同程度的變化，如果在橋梁的建設(shè)過程中不能夠?qū)囟冗M行充分的考慮，就會對結(jié)構(gòu)的真實數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，同時也難以確?？刂频挠行砸约皽蚀_性。多跨的連續(xù)橋梁，其特點是施工的周期長，很多項目段的工期都需要幾個季節(jié)才能夠完成，不同的季節(jié)其溫度也是有著顯著的差異，所以會導(dǎo)致其導(dǎo)致的影響也會增加，因此必須加以重視。其次就是應(yīng)力的控制，尤其是對于截面尺寸較大的箱梁。

1.3 溫度分布的特點

影響混凝土溫度分布的因素主要包括兩個方面，其一是包括了太陽輻射、雨雪天氣、寒流，降溫等的外部因素；其二則是包括混凝土物理性質(zhì)、構(gòu)件形狀等在內(nèi)的內(nèi)因。其中配合料對內(nèi)因的影響較大，起到主要作用的是骨料，一般骨料混凝土和輕質(zhì)骨料混凝土的熱導(dǎo)系數(shù)分別為1.86～3.49 W/(m·℃)、1.16 W/(m·℃)，普通骨料混凝土比熱為800～1 200 J/(kg·℃)，約為輕質(zhì)骨架混泥土的1.6倍。而混凝土的齡期與水灰比對熱工參數(shù)的影響較小。

不管是混凝土構(gòu)件表面還是內(nèi)部，其溫度都在隨時發(fā)生著變化，溫度荷載主要可以劃分為三類，其具體的形式和特點等如下表1所示。在橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，太陽的輻射強度、氣溫的變化以及風(fēng)速起到了主要的作用。太陽輻射對驟然降溫的影響很小，風(fēng)速和氣溫變化的影響則比較大，出現(xiàn)驟然降溫一方面是受到了冷空氣的影響，另外一方面就是晝夜溫差導(dǎo)致的溫度外低內(nèi)高現(xiàn)象。而年溫變化整個過程較為緩慢，通常會將平均氣溫作為變化的主要依據(jù)。

表1 溫度荷載特點匯總表

2 橋梁工程中常用的溫度效應(yīng)控制措施

溫度效應(yīng)對混凝土橋梁最大的影響就是橋梁內(nèi)部的結(jié)構(gòu)由于溫度分布差異而產(chǎn)生裂縫，為了防止或者緩解溫度效應(yīng)的橋梁的破壞，通常會采取一系列控制措施。主要可以分為預(yù)防性控制措施和補救型控制措施。所謂的預(yù)防性控制措施就是在溫度效應(yīng)導(dǎo)致的橋體裂縫之前采取措施進行防治；補救型措施則是由溫度效應(yīng)引發(fā)的橋體出現(xiàn)裂縫之后采取的控制措施。

2.1 溫度效應(yīng)預(yù)防性控制措施

通過設(shè)置保溫隔熱材料降低溫度效應(yīng)對橋梁混凝土構(gòu)件產(chǎn)生的影響，保溫材料通常可以劃分為保溫隔熱板和保溫隔熱涂料。隔熱板的導(dǎo)熱系數(shù)通常低于0.2 W/m·℃，且密度也較小，能夠防止降低橋梁構(gòu)件的承載力，其中具有代表性的材料有聚苯乙烯和聚氨酯。常用的保溫隔熱涂料比板材施工更加方便，同時還有提高構(gòu)件耐久性的功能，但是其保溫效果相對泡沫板材較差。保溫隔熱涂料常應(yīng)用于年平均氣溫變化較小、高溫高濕、降水較豐富或者光照時間長的環(huán)境當中。保溫隔熱材料通?？梢苑譃檩椛湫汀⒆韪粜?、反射型。

2.2 溫度效應(yīng)補救型控制措施

溫度對組合橋梁所產(chǎn)生的最大問題是溫差不均出現(xiàn)的橋面開裂。裂縫主要有三種形式，分別為淺層裂縫、深層裂縫以及貫穿裂縫。要提出相對的控制措施，其首先需要做的是搞清楚裂縫產(chǎn)生的原因以及對橋梁所產(chǎn)生的影響。組合橋梁中由于溫度而引起的裂縫以淺層和深層的居多，貫穿裂縫不常見。當內(nèi)部條件限制或者是約束了結(jié)構(gòu)的自由變形，就會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)之間出現(xiàn)溫度應(yīng)力，如果在此時的溫度應(yīng)力又大于混凝土的抗拉強度，就會出現(xiàn)混凝土開裂的現(xiàn)象。所以在橋梁設(shè)計的過程中就需要優(yōu)選受力性能好的材料，此外還應(yīng)該具備良好的抗裂性能，提升其抗拉強度。由溫度效應(yīng)所產(chǎn)生的裂縫也并非是一瞬所完成的，其發(fā)展需要一個過程。如果結(jié)構(gòu)的溫度變化能夠以較慢的速度進行，在這個變化的過程中，溫度應(yīng)力越小，結(jié)構(gòu)的變形也就會越小。

(1)橋梁設(shè)計方面

重視由于溫度應(yīng)力所導(dǎo)致的非結(jié)構(gòu)性裂縫，通過設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋提高結(jié)構(gòu)抗裂能力。同時需要注重構(gòu)造鋼筋的配置，溫度荷載作用會導(dǎo)致材料的不協(xié)調(diào)變形，所以需要注意鋼-混凝土結(jié)合的地方，在薄弱地區(qū)設(shè)置抗裂鋼筋來防治混泥土開裂。應(yīng)當根據(jù)橋梁所在的實際環(huán)境溫度來選擇合理的橋梁結(jié)構(gòu)溫度梯度模式。此外可以適當?shù)脑黾訕蛎姘邃佈b層的厚度，將鋪裝層的顏色設(shè)置較淺，通過涂刷淺色反光、散熱性好的涂料來減小不同結(jié)構(gòu)之間的不協(xié)調(diào)變形。

(2)橋梁施工方面

首先需要控制混凝土和鋼材的質(zhì)量，在保證混凝土強度的情況下，降低水泥的消耗量，減少單位體積的水化熱，防止產(chǎn)生過大的溫差效應(yīng)，另一方面也需要降低水灰比來減少混凝土的收縮裂縫。確定最佳的混凝土澆筑溫度和鋼架的安裝溫度，對拆模的時間合理的把控，避免過早拆除而造成的內(nèi)外溫差較大，同時在拆模之后在混凝土梁的表面覆蓋一層保溫保濕的材料，能夠有效的減小混凝土的表面出現(xiàn)過大的拉應(yīng)力。最后就是對混凝土采取保溫保濕措施，嚴格的按照結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力進行控制，分時段分批次的進行保溫層的拆除。

3 結(jié) 語

綜上，文章從研究混凝土橋梁設(shè)計中溫度效應(yīng)的必要性入手，從溫度對結(jié)構(gòu)的影響、溫度變化對施工控制的影響、溫度分布的特點等幾個方面闡述了混凝土結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)理論。同時從溫度效應(yīng)預(yù)防性控制措施、溫度效應(yīng)補救型控制措施兩個方面提出了橋梁工程中常用的溫度效應(yīng)控制措施。