混凝土铺装箱梁桥的合理温度梯度.pdf

2 0 1 5年第 4期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i ne e r i ng 文 章编 号 ： 1 0 0 3 - 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 0 4 - 0 0 0 1 0 5 混凝土铺装箱梁桥 的合理温度梯度 袁磊 ， 王石磊 ， 张 勇 ( 中国铁 道科 学研究院 铁道建筑研究所 ， 北京 1 0 0 0 8 1 ) 摘 要 ： 根 据 珠 三 角地 区一 高速公 路预 应 力混 凝 土连 续箱 梁桥 施作桥 面铺装 前后 的箱 梁温度 场 实测 数据 ， 分析混凝土桥面铺装对箱梁温度场的影响规律 ， 经与现行 公路桥 涵设计通用规 范 ( J T G D 6 0 -2 0 0 4) 的规 定对 比 ， 提 出 了基 于该 规 范的 混凝 土铺 装 箱梁桥 温度 梯 度修 正模 型 。 关 键词 ： 混 凝 土连 续 箱梁 混 凝 土铺 装温度梯 度 负温差 中图分 类 号 ： U 4 4 3 3 3文献标 识 码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 5 0 4 0 1 日照 、 暴雨等引起的主梁温度梯度是影响桥梁结构 受力 的重 要荷 载 因素。针 对 公 路桥 涵 设 计规 范 ( J T J 0 2 1 8 9 ) 对温度梯度效应考虑不足的情况， 现行 规范 J T G D 6 0 -2 0 0 4 参 照美 国桥 梁设 计 规范 A A S H T O L R F D采取 折 线 式 温 度 梯 度 模 式 ， 对 混 凝 土 铺 装 采 用 同一温度取值 ， 对沥青铺装则根据其厚度分别取值 。 J T G D 6 0 - 2 0 0 4应 用 十 多 年 以来 ， 工 程 从 业 人 员 发 现 由于 该规 范 中混凝 土 铺装 对温 度 梯度 未按 厚度 区 分 ， 温 度取 值 可 能偏 大 。此 外 ， 我 国幅 员 辽 阔 ， 单 一 的 温度梯度取值在全国各地 的适应性各不相 同， 可能导 致在新桥设计 中主梁预应力偏高或在 旧桥评估 中对结 构 受 力状 态 的评 价失 当。在 广东 省某 大跨 度 连续 刚构 桥 的设计 中 ， 设计 人 员 提 出 应 考 虑混 凝 土铺 装 的 隔热 作用对现行规范 的温度梯度取值作适 当折减 。 对混凝土梁桥温度场的研究 主要可分 为两大类 ： 从大跨度连续结构施工控 制的需要 出发 ， 对箱梁桥 施 工 期 间 的温度 场 分 布进 行 监 测 ， 得 到 了 一 些裸 梁 状 态下 箱 梁 温 度 场 的分 布 数 据 ， 如 广 州 观 音 沙 大 桥 、 衡阳东 阳渡湘江大桥 等 ； 主要对结构成桥后的箱 梁温度场进行观测 ， 但观测对象均为采用沥青混凝 土 铺装 的结 构 ， 如 浙 江 舟 山 长松 大 桥 和 萧 山 东 藩 大 桥 、 江 苏 淮 安 某 大 跨 度 连 续 箱 梁 桥 等 ， 针 对 采 用 混 凝 土铺装 桥 梁结 构 的温度 场观 测数 据则 较 为少见 。 本文 以珠 三角 地 区某 预应力 混凝 土连 续箱 梁桥 为 依托 ， 根据其混凝土铺装前后的箱梁温度场观测结果 ， 分析混凝土铺装对箱梁温度场的影 响， 并提出了混凝 土铺 装箱 梁桥 温度 梯 度 的 修 正模 型 ， 以 供 同地 区类 似 工程 参考 。 1箱梁温 度场测试概 况 1 1工 程概 况 一 高速公 路 8 3 0 m 预应 力混 凝土 连续 箱梁 桥位 于城 市郊 区 ， 跨 越 地 方 道 路 。桥 梁 由既 有 部 分 和扩 建 部分组成 ， 箱梁均采用单箱单室等截 面， 梁高 1 6 5 m。 既有部分顶板 、 底板宽分别 为 1 1 8 9 8 m 和 6 3 9 8 m， 厚度分别为 2 5 c m和 1 8 c m。扩建宽度 8 3 6 5 I n ， 扩建 部分箱 梁底板宽 4 6 1 5 m， 顶 板、 底板 的厚 度分别 为 2 5 c m和 2 0 c m。 主梁横 断 面布 置如 图 1所示 ， 扩 建部 分采 用 1 0 c m 厚 水泥 混凝 土铺 装 。 既有桥 后浇带 扩建桥 图 1 主梁横断面构造 ( 单 位 ： c m) 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 1 0 9； 修 回日期 ： 2 0 1 4 1 2 1 3 作者简 介 ： 袁磊( 1 9 8 0 一) ， 男 ， 湖南汉寿人 ， 助理研究员 ， 硕士 。 1 2温 度测点 布 置与数 据 采集 选择先后施工 的 2个跨 中截 面( A、 B截 面 ) 和 1 4 铁道建筑 图 7我国规范 J T G 1 3 6 0 -2 0 0 4温 度梯 度模 式( 单位 ： e m) 表 2 J T G D 6 0 -2 0 0 4温度梯度取值 负 温差 的取 值 较 美 国规 范 高 ， 前 者 为 正 温 差 乘 以 一 0 5 ， 后者 为乘 以 一 0 3 。 3 2 基 于 现行规 范 的修正 温度 梯度模 式 合理的温度梯度模式应在与现场实际情况尽可能 吻合 的情况 下兼 顾设 计 应 用 的便 利性 ， 并 使 结 构 设 计 有 一定 的富 余度 。根 据 前 述 现 场 实测 及 分 析 的 结 果 ， 基 于现 行规 范 的修正 温度 梯度模 式 的拟定 原则 如下 ： 1 ) 混凝土梁温度梯度采用折线式是合理的 ， 无论 是否有桥面铺装 ， 桥面温差的影响高度均为 4 0 c m， 顶 ( a ) 模 式I ( Y r G D 6 0 2 0 0 4 规 定的温度梯度) 广一一一一一 2 5 ( c ) 模式3 ( 修正温度梯度， 不计粱底温差) 部两道折线分界点 以距梁体顶面 2 0 c m为宜 。 2 ) 梁 体实 测最 大正 温差 约为 2 0 ， 考 虑到 监测期 有 限 ， 实 际最 高温差 仍可 能 大于该 值 ， 按包络 设计 的原 则 ， 最 大 正温差 按规 范取 值也 是合 理 的 ， 但应 考 虑桥 面 铺装的隔热作用， 在折线范围 内对该温度线性折减 为 1 8 9 o C。 3 ) 美 国规 范 最 大 负 温 差 与 正 温差 的 比值 为 0 3 ， 实测值不大于 0 4， 均小 于我 国现行规范的 0 5 ， 因而 日照 最大 负 温差 取值 应 为正 温 差乘 以 一 0 4 ， 即 为 一 7 5 6 c I =。 4 ) 实 测正 负温 度梯 度 在 梁 体底 部 均 有 分 布 ， 正 温 差距 梁底 2 0 c m取 值 2 5 ； 负 温 差距 梁 底 3 0 e m取 值 一 5 0 。可根 据其 对结 构 受力 的影 响 程度 决 定是 否需要计入。 按上 述原 则对 图 8 所 示 四种模 式 下本桥 主 梁受力 进行 分 析 ， 其 中前 两 种模 式 分 别 为 采 用 1 0 c m 厚 混凝 土铺 装 时规 范 J T G D 6 0 -2 0 0 4和 B S 5 4 0 0规 定 的温 度 梯度模式 ， 后两种模式分别为不计梁底温差 和计人梁 底温差的修正温度梯度模式。 表 3和 表 4分别 给出 了不 同温度 梯度模 式 下主 梁 跨 中和 墩顶 截面 的次 内力 与正应 力 ， 可 以得 出 ： 1 ) 4种 温度 梯 度模 式 中 ， 以模 式 1和 模 式 3产 生 的次内力最大。这两种模式下主梁次弯矩和次剪力总 体相 当 。 ( b ) 模式2 ( B s 5 4 0 0 规定的温度梯度) 。 7- 2 5 ( d ) 模式4 ( 修正温度梯度， 计入粱底温差) 图 8 不 同温度梯度模式示意 ( 尺寸单位 ： e m； 温度单位 ： ) 下 上 一 L t _ _ 了 寸丁 2 0 1 5年第 4期 袁 磊等 ： 混凝土铺装箱梁桥 的合 理温度梯度 5 表 3不 同温度梯度模式下主 梁截面 次 内力 表 4不同温度梯度模式 下主梁截面正应力 注 ： 应力 以压为正 、 拉为负 ， 单位 MP a 。 2 ) 模式 1由于未计桥面铺装作用， 计算截面上缘 应力 较 其他 模式 明显偏 大 ， 与模 式 3相 比 ， 其 跨 中截 面 上 缘压 应力 大 2 4 3 MP a ， 拉 应 力 大 1 7 0 M P a ， 使 得按 该模式设计 的新桥截面上缘预应力钢束布置较一般设 计 明显 增加 。 3 ) 模式 2考虑 了桥面铺装和梁底温差 的作用 ， 其 截面应 力极 值 与 同样 考 虑 两者 效 应 的模 式 4总 体 相 当。 4 ) 按模式 3和模式 4计算 的截面上缘应力相当 ， 但按模式 3计算截面下缘拉应力极值与模式 4相比明 显偏大， 其跨中截面下缘拉应力大 0 8 0 MP a 。考虑到 实际运 营 中预应 力混 凝土 结构 更 多地 是在 截面 下缘 出 现 开裂 ， 因而 按模 式 3设 计 的 主梁 适 当加 大 截 面 下 缘 的压应力储备 ， 也是可取的， 且该模式不考虑梁底温差 对变截 面箱梁来说计算也更为便利 。 根据上述分析结果 ， 以考虑桥面铺装作用 的模式 3与结构温度场实测结果最 为吻合 ， 且该模式能更好 地满足结构设计安全储备及设计计算便利性的需求 ， 宜作为本桥结构设计的温度梯度模式 。 4 结 论 本文根据对珠三角地区城市郊区连续箱梁桥温 度 场分 布 长 达 2 0个 月 的 持 续 观 测 结 果 ， 提 出 了 基 于 J T G D 6 0 -2 0 0 4的温度 梯度模 式 ， 经 对 比分 析 ， 得 到 如 下 主要 结论 ： 1 ) 混凝土桥面铺装 的存在对箱 梁温度场 的分布 有显著的影响， 结构设计 中若不计该影响可能导致结 构设计经济性指标 明显降低 。虽然 目前的桥梁设计为 了顺 应桥 面与 路 面视觉 一体 化 的需 求多采 用 沥青混 凝 土铺装 ， 但这种考虑对 于仍采用混凝土铺装 的新桥设 计和旧桥结构评估具有十分积极 的意义。 2 ) 与计人梁体底部温差 的温度梯度模式相 比， 不 计梁体底部温差对结构受力来说是偏保守 的， 但从适 当增 加 结构 安全 储备 和提 高结 构设 计计 算 的便利 性 的 角度 考 虑是 可取 的 。 3 ) 结合美 国规范 的规定 和实测结果 ， 梁体负温差 与正 温 差 的 比值 宜取 一0 4 。 本 文提 出 的温度 梯度 模式 仅根 据珠 三角 地 区某座 桥在有限时间内的测试结果提 出， 对于其他地区的桥 梁 ， 甚至是本地区其他气候条件的桥梁来说 ， 该模式的 适 应性 还有 待验 证 。 参 考 文 献 1 中华人 民共 和 国交通部 J T J 0 2 1 - 1 9 8 9公路桥 涵设 计规 范 s 北京 ： 人 民交通 出版社 。 1 9 8 9 2 中华人 民共 和国交通部 J T G D 6 0 -2 0 0 4 公路桥 涵设 计通 用规 范 s 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 4 3 郭安辉 ， 姜爱 国， 张 门哲 连续箱 梁桥混凝 土铺装 桥面 梯度 温度取 值探讨 J 中外公路 ， 2 0 1 2 ， 3 2 ( 5 ) ： 1 4 2 1 4 6 4 韩大建 ， 谭 毅平 预应力混凝 土单室箱梁桥的温度变化 J 四川大学学报 ( 工 程科 学版 ) ， 2 0 0 8 ， 4 0 ( 6 ) ： 7 一 l 3 5 余 小年 ， 方 志 ， 汪剑 ， 等 大跨预应力 混凝 土连续梁桥的温度 效应 J 公路 ， 2 0 0 3 ( 1 1 ) ： 1 3 5 1 3 8 6 潘 志炎 ， 吴 重男 ， 乔 仲发 浙江 省公路 桥梁混凝 土箱 梁温度 梯度分布模式研究 J 公路 ， 2 0 0 9 ( 1 2 ) ： 3 0 3 5 7 雷笑 ， 叶见 曙 ， 王毅 ， 等 基 于长期 观测的混凝 土箱梁温度 与 应 变分析 J 江 苏大学 学报 (自然科 学版 ) ， 2 0 1 0 ， 3 1 ( 2 ) ： 23 0 2 3 4 ， 23 9 ( 责 任 审编李付军)