摘要：置于自然環境中的混凝土橋梁，會受到溫度作用的影響。在各種溫度效應中，以日照溫度效應對大跨度橋梁結構的影響最為重大，特別是對于處在長懸臂施工階段的大跨度混凝土箱梁。由于受到日照溫度場的作用，隨著施工階段的進行，橋梁結構的線形、內力和截面應力都會發生變化。本文結合現場溫度場試驗，通過建立有限元模型，針對大跨度混凝土連續剛構橋進行了施工階段的日照溫度效應分析。理論計算結果與實測結果較為吻合，結果顯示，在長懸臂施工階段，日照溫度作用對結構撓度和應力的影響很大，必須考慮溫度效應對結構的不利影響。
　　關鍵詞：溫度效應;懸臂施工;日照;混凝土箱梁
　　0 引言
　　置于自然環境中的混凝土橋梁，經受各種自然環境變化的影響，其表面與內部各點的溫度隨時隨刻都在發生變化。就混凝土結構來說，由于自然環境變化所產生的溫度荷載，一般可以分為以下三種類型:一、日照溫差荷載;二、驟然降溫溫度荷載;三、年溫度荷載。日照溫度變化主要是太陽輻射作用而致，其次是氣溫變化影響，還有風速的影響。近幾十年來國內外的混凝土工程結構的實踐工作表明，短時急劇變化的太陽輻射引起的的結構物的溫度變化，可以產生相當大的溫度效應。對于尚處在施工階段的橋梁，由日照引起的溫度作用對大跨度混凝土橋梁結構的撓度和應力的影響是不可忽視的。
　　1 混凝土箱梁橋溫度場與溫度效應的分析理論
　　1.1 混凝土結構的日照溫度效應
　　置于自然環境中的混凝土結構，經受各種自然環境條件變化的影響，其表面與內部個點溫度隨時都在變化。它與所處地理位置、太陽輻射條件、結構物的方位、朝向以及所處季節、太陽輻射強度、氣溫變化、云、霧、雨、雪等天氣狀況有關。由于在橋梁的施工階段，對施工控制最為重要的是由日照溫度作用所引起的橋梁標高和受力的變化，而年溫變化作用和驟然降溫作用對施工質量控制的影響均比較小，可以忽略。因此本文主要研究日照溫度變化的影響。
　　1.2 日照溫度變化影響特點
　　日照溫度效應包括兩個方面：一是對橋梁結構線形的影響;二是對橋梁結構內力的影響。
　　對于處在施工階段的大跨度混凝土橋梁來說，日照溫度作用對線形的影響很顯著。由于日照溫度荷載引起的主梁撓度的變化量在大跨度連續剛構橋中最大可以達到五公分，而在大跨度斜拉橋的長懸臂階段這一影響量甚至可以達到十幾公分。
　　混凝土結構的溫差應力，實際上是一種約束應力。由于混凝土結構的溫度荷載沿壁板厚度方向的非線性分布，故截面上溫度應力分布具有明顯的非線性特征;混凝土結構的溫度分布是瞬時變化的，所以在結構中的溫度應力也是瞬時變化的，只是具有明顯的時間滯后性[7]。
　　1.3 箱梁溫差應力分析
　　1)箱梁的溫差荷載
　　在日照升溫、降溫因素作用下，箱梁沿橋長方向的溫度分布，根據實測資料分析可認為是一致的，雙室與多室箱梁的溫差荷載分布規律與單室箱梁基本上是一致的，根據實測資料比較分析，可用單室箱梁的溫差荷載圖式來分析雙室與多室箱梁的溫差荷載狀況，唯中腹板的溫度變化較小，僅在豎向溫差分布上略有變化。雙室與多室箱梁橫向的溫差荷載分布規律與數值，均與單室箱梁雷同，這也是由對實測溫差荷載資料進行分析后得出的結論。
　　2)箱梁的溫差應力
　　在由溫差荷載引起應力的計算中，一般采用以下假定：沿梁長方向的溫度分布是均勻的，并略去斷面局部變化引起的梁體溫差分布的微小差別;假定混凝土材料是均質、各向同性的，在未發生裂縫之前，符合彈性變形規律;平截面變形假定仍然適用;按單向溫差荷載計算溫差應力，然后疊加組合多向溫差荷載狀態下的溫差應力[8]。
　　2 連續剛構橋溫度場試驗與分析
　　某特大連續剛構橋(146+256+146m),主橋箱梁采用C60混凝土，半幅橋寬19.85m，單箱雙室斷面，其中箱底寬12.85m，兩側懸臂翼緣板寬3.5m。大橋立面布置見圖2。
　　本橋采用平衡懸臂澆筑施工法。大橋共2個主墩，每個主墩有31對梁段。由于本橋跨度比較大，施工時懸臂較長，所以溫度的影響較大。為了研究溫度效應，在本橋施工到中懸臂、中長懸臂和長懸臂階段，也就是施工到18#塊、25#塊和31#塊時，分別對本橋進行了24小時連續溫度場試驗。
　　為了更好的考慮粱高對對溫度分布的影響，分別在18#塊、25#塊和31#塊布置溫度傳感器，一共布置三次，本橋處在中懸臂、中長懸臂和長懸臂施工階段時均進行了溫度場試驗。
　　在施工階段，為了對大橋的溫度場效應進行研究，在大橋T構施工到18#塊、25#塊和31#塊時分別進行了24小時連續的溫度場和溫度效應測試。為了更好的考慮粱高對對溫度分布的影響，分別在18#塊和25#塊布置溫度傳感器，一共布置兩次。溫度傳感器的布置如圖3所示，兩個截面的布置完全一樣。由于頂板的溫度變化較劇烈，所以根據需要在頂板豎向布置了 4個傳感器。
　　在進行溫度場試驗時，除了測試溫度分布情況，還測試了大橋主梁的撓度和應力。測量撓度時，在T構的兩端的懸臂端頭的5塊頂板的腹板中間位置處都事先預埋好鋼筋頭，并露出混凝土表面2至3公分，用紅色油漆做好標記。測量應力時，在大橋主梁控制截面預先埋置了鋼筋應變計。
　　雖然溫度場對橋梁結構的影響是三維的，但根據以前的學者所作的大量的研究成果，最主要的還是主梁沿粱高的溫度梯度的影響，所以本節主要研究了主梁東腹板、西腹板和中間腹板沿高度方向的溫度分布，也對箱梁內外的環境溫度進行了研究。
　　因太陽的東升西落，所以箱梁東、西腹板受日照溫度場的影響是不同的，中腹板也只有頂面受到太陽的直接照射，所以三個腹板的豎向溫度分布是不相同的。研究所需的沿腹板高度的溫度測點分別布置在離箱梁頂面0cm、28cm、100cm、280cm、490cm和520cm處。在試驗中測量了三個腹板高度方向的溫度數據，由于篇幅關系，這里只列出中腹板豎向溫度分布，見表1。
表1 中腹板豎向溫度分布（單位：℃）

時間 測點位置	8:00	10:00	12:00	14:00	16:00	18:00	20:00	22:00	0:00	2:00	4:00	6:00
0cm	30.1	32.7	36.8	41.7	40.8	35.2	32.9	30.9	30.0	28.9	27.9	26.9
28cm	32.1	33.9	35.9	37.6	36.6	35.4	33.0	31.7	30.9	30.1	30.3	29.6
100cm	30.1	34.1	33.8	37.4	36.3	35.5	33.9	33.1	32.1	31.4	29.9	28.6
280cm	30.4	32.2	33.2	37.0	36.2	35.2	34.2	33.7	32.8	31.1	30.2	29.7
490cm	30.2	32.7	33.1	36.3	35.6	35.0	33.6	32.8	31.3	30	29.1	28.2
520cm	31.4	33.2	35.4	37.6	37.8	35.9	34.8	33.9	33.0	31.5	29.8	28.9

　　從三個腹板的溫度數據可以看出三點規律。一、從上午10:00到下午6:00，腹板頂面和底面的溫度變化較為劇烈，其它位置的溫度變化較緩慢。二、在白天，腹板豎向溫度梯度較大;在夜晚，腹板豎向溫度梯度較小。三、腹板高度方向最大溫度梯度是6.3℃，最小是0.5℃。
　　3 溫度效應結果與分析
　　為了對大跨度連續剛構橋在施工階段的日照溫度效應進行研究，用有限元軟件進行溫度效應的計算是必要的。所以本文采用Midas/Civil建立橋梁有限元模型，并進行溫度效應分析。本文主要對該橋在懸臂施工階段的溫度效應進行研究，即研究的是單T構的雙懸臂，在考慮結構實際的恒載、預應力荷載、掛籃等施工荷載、混凝土收縮徐變和邊界條件的基礎上，再結合試驗測量出的溫度梯度對結構施加溫度荷載。利用Midas/Civil的激活和鈍化功能，將梁截面溫度梯度作為一個荷載組，將每間隔2個小時測得的溫度梯度作為作為一個荷載工況，建立施工階段，考慮溫度梯度效應。
　　3.1 撓度測試與分析
　　在24小時連續溫度場試驗期間，對該橋的主梁的撓度進行了實測值與計算值的對比分析。
　　3.2 應力測試與分析
　　在24小時連續溫度場試驗期間，對該橋的主梁的應力進行了實測值與計算值的對比分析，圖6為主梁根部1#塊截面應力實測值與計算值。
　　從大橋主梁撓度的計算值與實測值的對比分析可以看出，在下午16：00時刻，撓度的計算值與實測值均達到最大值，實測的撓度最大值達到-4.7公分，計算的撓度最大值也達到-3.8公分，計算值與實測值比較接近。在14：00時環境溫度達到最大值，而撓度在16:00時達到最大值。由于試驗當日的氣溫很高，大氣溫差達到了16.6℃，主梁高度方向的溫度梯度也達到了6.3℃，而且主梁的粱高很高，所以溫度自應力很大，頂板的最大值達到了-4.13MP。在12:00到18:00時段，溫度自應力均在2MP以上。
　　4 結論
　　分析上述實驗結果與有限元計算結果，在最大單懸臂長度達到127m時，在主梁豎向溫度梯度達到6.3℃的情況下，懸臂端頭的撓度達到了-4.7公分，而在凌晨2:00到早上8:00時段，撓度的變化量在1公分內。因此，在中長懸臂的施工立模時，一定要考慮溫度的影響。分析該橋主梁應力的實測值與理論值可以得出三點規律。一)在連續24小時內，由日照溫度場引起的主梁頂板和底板的溫度自應力均為壓應力。二)頂板由于直接受太陽照射，溫度應力在白天變化較劇烈;底板由于始終不受太陽照射，溫度改變較緩慢，溫度應力也變化緩慢。三)主梁溫度自應力的實測值與計算值較接近，說明計算模型和計算方法是可靠的。
　　鑒于日照升溫對大跨度混凝土連續箱梁橋撓度和應力的劇烈影響，在施工到中長懸臂時，施工立模和施工測量務必在凌晨0:00至清晨8:00時段內完成。為了較好的考慮溫度效應，可以在不同的施工階段，進行溫度效應的實測，然后以實測值為依據來考慮施工立模和測量時的溫度效應。因此對于尚處在施工階段的橋梁，由日照引起的溫度作用對大跨度混凝土橋梁結構的撓度和應力的影響是不可忽視的，在施工過程中必須加以考量。
　　參考文獻：
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