悬臂施工混凝土箱梁温度分布观测研究.pdf

低温建筑技术 2 0 1 1 年第9 期( 总第 1 5 9期) 悬臂施工混凝土箱梁温度分布观测研究 吴金鑫 ， 徐建苗 l 1 浙江大学。 杭州8 1 0 0 5 8 ； 2 余姚市公路管理局 浙江余姚3 1 5 4 0 0 ) 【 摘要】 结合浙江淳安城中湖二号桥大桥施工监控， 根据实测资料， 对单箱单室混凝土箱梁温度场变化规 律进行了研究。分析比较沿纵向不同断面相应测点温度关系及同一断面上沿中线对称测点的温度规律。通过对 悬臂箱梁挠度实测分析， 得到了悬臂状态下温度梯度和箱梁挠度的一般关系。 【 关键词】 悬臂施工； 混凝土箱梁； 温度场观测 ； 温度梯度； 温度变形 【 中图分类号】 T U 7 5 5 【 文献标识码 】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 9 0 0 3 0 0 3 悬臂施工的混凝土箱梁 的施工过程与成桥状态 具有相关性。大跨度预应力连续刚构桥在上部构造 悬浇法施工过程中， 由于受外界环境温度变化的影 响， 悬臂箱梁处于不断的变形之 中， 这种变形随 E l 温 度变化量的增大而增大， 也随着悬臂长度的增长而增 大。混凝土箱梁在 自然环境 中产生的温度梯度会 使桥梁产生变形， 尤其是在悬臂施工阶段， 这种温度 变形会直接影响到各节段的立模标高， 从而对成桥状 态的线形产生较大的影响 。 根据实测数据， 在浙江杭州地区， 夏季箱梁顶板 上缘的 日温度变化可以达到 2 0 。对于主跨为 1 0 8 m 的悬臂现浇箱梁 ， 最大悬臂阶段由温度梯度产生的标 高变化最大值可以达到 2 e m以上。 公路桥涵施工技 术规范 规定， 模板标高的允许偏差应在 1 c m以下， 同 跨对称点的高差小于 2 e m ， 因此必须在立模时对温 度梯度造成的箱梁挠度进行修正 ， 以确保合龙时和成 桥阶段箱梁的线形偏差处在合理的范 围内。本文在 实测箱梁温度场数据的基础上， 通过对箱梁在温度梯 度作用下挠度的变化实测研究， 提出了实时箱梁温度 梯度和箱梁挠度的一般关系， 为解决上述问题提供 了 参考依据。 1 结构 温度测试方法 1 1 工程背景 淳安城中湖南路2号桥为5 8+ 3 1 0 8+ 5 8 m五跨 双薄壁墩连续刚构桥， 主梁采用三向预应力混凝土变 高度的箱梁 ， 跨 中梁高 2 5 m， 中支点处梁高 5 5 m， 边 支点处梁高 2 5 m， 箱梁底板采用二次抛物线接顺 。箱 梁截面形式采用单箱单室斜腹板断面， 箱梁外悬翼板 宽度 4 9 5 m。桥型布置图如图 1 所示。桥梁施工采用 悬臂挂篮法施工。为了反映在 日照作用下箱梁截面 温度分布状态沿桥梁纵向不同位置、 不同截面高度箱 梁温度分布情况， 选择了两个箱梁截面为温度观测截 面。观 测 截 面 位 于箱 梁 截 面 高 度分 别 为 4 1 0 m 和 2 5 0 m。 图l 整体桥型布置图 1 2 测点布置及测试方法 本次混凝土箱梁温度场观测实验采用长时间的 连续观测方法， 以获得温度场随时间连续变化的规 律。温度测点采用南京南瑞型号 N T WD温度计 ， 施工 时按图2所示位置埋入箱梁混凝土中。包括箱内和箱 外的气温测点， 1 号和 2号观测截面全截面分别布置 了 1 6 个和4 2个温度测点。采用的温度测点和布置方 案如图 2 所示。 ( E)l 号观测截面 ( b)2 号观测截面 图2 各观测截面温度测点布置图 2 测试温度结果分布比较 箱梁 l 号观测截面和2号观测截面分别位于悬臂 梁段的不同截面高度位置。通过温度实测数据的比 较分析 日照作用下两个箱梁断面的混凝土温度分布 是 否有较大差异 ， 及相 同断 面不同位 置混凝 土温度 分 吴金鑫等： 悬臂施工混凝土箱梁温度分布观测研究 3 1 布是否相一致。 图 3为 1号测试截面左右腹板各 自中心线位置上 顶板位置沿腹板高度 3个测点温度实测比较图。箱梁 同一断面两侧腹板相应测点 温度变化曲线一致。距 离顶面越远的测点达到 日最高温度时刻越晚。同样 ， 距顶面远的测点达到 E t 最低气温也晚于靠近顶面的 测点。离顶面越近， 日温度变化越明显。 4 5 4 0 嚣 赠 3 0 2 0 4 0 3 8 3 6 氲 3 4 赠 3 2 3 0 2 8 6 3 6 4 6 5 6 6 时间， 日一 期 图3 左右腹板混凝土顶板处温度实测数据 7 -l 8 7一l 9 7 2 0 时间， 日一 期 图4 腹板内外侧测点温度比较 图4为2号测试截面箱梁左右腹板内外侧温度测 点温度实测 比较图。由图可见， 箱梁腹板 的内侧温度 测点一 日内温度无明显变化 ， 主要随箱内气温波动， 但滞后于箱 内气温的变化。腹板外侧测点温度变化 规律与腹板两侧箱外温度变化规律相似， 日起伏程度 小于箱外气温变化幅度。南侧腹板由于清晨受到太 蟹 嚏 鬣 温度 C 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 顶板中线处 一 2 2 ：00 2 4：0 O 日 崔 嚣 鬣 阳辐射作用 ， 在清晨 6点左右有突变， 其值明显高于北 侧测点。日照作用结束后， 测点温度主要受箱外气温 的影响， 两侧箱外混凝土测点温度变化基本一致。 图 5为2号断面顶板沿横向不同位置各测点温度 变化曲线。由图可见， 顶板各测点温度变化 曲线一 致 ， 表明同一断面上顶板温 度沿横 向分布是均匀一 致 的。 5 5 5 0 嚣4 s 嘣 4 0 3 5 3 0 韫 瑶 l c 7 9 7 1 0 7 一l l 7 一l 2 71 3 7 一l 4 时间， 日一 期 图5 2 号断面顶板测点温度比较 图6 l 、2 号断面温度沿腹板高度分布情况 图6为 1 、 2号断面腹板中线个温度测点沿腹板高 度分布情况图。三条温度分布曲线基本一致 ， 说明单 箱单室混凝土箱梁腹板温度梯度沿桥横向和纵向分 布一致 。在计算温度效应时， 沿纵桥 向各截面取统一 的温度梯度是可行的。分布规律基本与桥梁设计规 范温度梯度作用形式一致。但低于表面 4 0 c m以下的 腹板位置其温度有 3 4 的变化。在计算温度梯度 对悬臂箱梁挠度影响时应给予一定考虑。 温度 * C 3 O 3 5 4 0 45 5 0 5 5 毒 嚣 肇 温度， 3 0 3 5 4 0 45 5 0 5 5 顶板 内侧梗腋处 顶板外侧梗腋处 图7 顶板各位置一天温度变化曲线 ( 7 一 l 7) 0 m 如 0 m 3 2 低温建筑技术 2 0 1 1 年第 9 期( 总第 1 5 9 期) 因构造等不同要求 ， 混凝土箱梁顶板厚度沿桥梁 横向分布有较大差异。图7所示为2号断面顶板各位 置一天温度变化曲线。虽然在顶面处各位置的温度 变化相似 ， 但沿厚度方向温度 曲线分布有很大的差 异。可以发现横桥向不 同位置沿厚度方向温度分布 不一致。计算温度梯度效应时对全截面沿高度方向 采用统一的温度梯度计算 ， 计算结果与实际可能产生 较大偏差 。 3悬臂状态温度梯度挠度实验及分析 为掌握梁体位移与混凝土温度梯度的关系， 在桥 梁施工到悬臂最大阶段时， 2 0 0 9年 6月 2 5日， 对悬臂 主梁的位移 进 行 了测 试 。测 试采 用连通 管 的方 法进 行， 以墩台顶梁段为基准， 每隔 4 5 m安排一个测试 点， 每 1 h读取一组数据。由图 7可见， 一天中早晨 7 点左右时刻主梁竖向温度分布最为均匀。假定 7点时 刻主梁线形为原始状态， 其余时刻线形与七点时刻的 差值为该时刻的主梁变形。1 7 ： 4 0时刻主梁挠度达到 最大， 悬臂端的挠度达到 2 2 c m。六月底并未达到一 年中温度梯度最不利状况， 假如悬臂桥梁在 7 、 8月份 合龙， 那么悬臂端部挠度将大于 2 2 e m。温度梯度对 悬臂浇注施工桥梁的变形影响较大， 应在标高监控 中 考虑其影 响， 合理取值 立模标高， 以获得成 桥合理 线形。 在梁单元模型中施加各时刻的实测温度梯度 ， 得 到理论值。计算理论值时， 全截面沿高度方向采用统 一 的温度梯度计算。实测值和理论值 比较如图 8所 示。各时刻温度梯度值参照表 1 。 旨 越 糕 悬臂长度 m 0 1 0 2 O 3 0 4 0 5 0 图8 悬臂主梁挠度实测值与理论值 比较 表 1 各时刻温度梯度 注 ： 温度梯 度以距顶 面 1 5 0 c m处为零点。 由实测和理论计算的比较分析可以看出， 若按全 截面沿高度方 向采用统一的温度梯度计算的方法得 到的理论值与实测值有较大的差异。从变化趋势看， 实测挠度从 1 1 ： 4 0到 l 7 ： 4 0是一个一直增加的过程 ， 最大挠度并不在最大温度梯度时刻产生。1 7 ： 4 0温度 梯度小于 1 1 ： 4 0时刻， 但其挠度计算值却较大。l 3 ： 4 0 相比1 5 ： 4 0也有相同的情况。结果表明采用梁单元的 建模计算结果， 最大挠度并不发生在最大温度梯度， 而是在温差较大但温度分布相对均匀 的时候。实测 值最大挠度为 1 7 - 4 0时刻， 而计算挠度则在 l 5 ： 4 0达 到最大， 1 7 ： 4 0时刻主梁已经 回挠。温度梯度产生效 应是一个缓慢的动态过程， 温度梯度产生的变形具有 滞后现象。在考虑温度梯度产生的变形时应给予一 定的考虑。 4结语 ( 1 ) 沿桥纵向不同位置、 不同高度的箱梁截面 混凝土温度观测与分析表 明， 在 日照作用下， 它们具 有一致的温度分布形式。 ( 2 ) 单箱单室混凝 土桥梁 ， 两侧腹板具有相同 的温度梯度分布形式。 ( 3 ) 日出前后的时段腹板温度分布最为均匀， 采用悬臂施工法施工的桥梁， 在此时进行挂篮立模标 高放样和监测能有效的消除温度对立模标高和挠度 监测的影响。 ( 4 ) 温度梯度对悬臂浇注施工桥梁的变形影响 较大， 应在标高监控中考虑其影响。 ( 5 ) 温度梯度产生的变形有滞后现象 ， 在考虑 温度梯度产生的变形时应给予一定的考虑。 参考文献 1 刘成龙， 陈强， 李振伟 温度对悬浇法施工桥梁长悬臂箱梁标 高的影响及其对策 J 桥梁建设， 2 0 0 3 ， ( 1 ) ： 3 9 - 4 2 2 王毅， 叶见曙 混凝土箱梁悬臂施工中温度梯度对标高影响 的分析与控制 J 公路交通科技， 2 0 0 9 ， 2 6 ( 8 ) ： 8 9 9 3 3 们 0 4 1 2 0 0 0 ， 公路桥涵施工技术规范 s 收稿日期 2 0 1 1 0 5一 l 6 作者简介 吴金鑫( 1 9 8 5一) ， 男， 浙江龙泉人 ， 硕士研究生， 研究方向： 桥梁与隧道工程。 0 0 4