温度对空心薄壁高墩垂直度的影响分析

温度对空心薄壁高墩垂直度的影响分析

田仲初1，曹少辉1，张 恒2，蒋田勇1

【摘 要】摘 要:根据大乌江连续刚构薄壁空心高墩施工现场实测桥墩温度场，拟合了其最大温度梯度曲线;介绍了日照温差荷载的计算方法，并以中国公路桥规JTG D60-2004和英国桥规BS5400为依据，计算了桥墩的偏位，通过计算值与现场实测值的比较，认为英国桥规BS5400温度梯度模式更接近本桥位的取值;提出了施工中减小桥墩偏位的措施。 【期刊名称】公路与汽运 【年(卷),期】2010(000)005 【总页数】4

【关键词】关键词:桥梁;连续刚构;薄壁高墩;温度;垂直度;施工控制

大乌江特大桥位于贵州遵义余庆县，地势起伏大，受构造、侵蚀、溶蚀作用强烈，桥区海拔428～616 m，相对高差188 m，大桥跨越大乌江，两岸为悬崖峭壁。月平均最高气温为25.8℃，月平均最低气温为4.8℃，季节变化明显，昼夜温差较大。桥型结构为(90+160+90)m预应力砼连续刚构，全长340 m(见图1)。主墩采用双薄壁墩，每片薄壁墩的下段为矩形实心截面(2.8 m×7.5 m)，上端为矩形空心截面，两薄壁墩净间距为5.4 m。1#薄壁墩高78.5 m，在距承台38.5 m处设一道高1.6 m的横系梁;2#薄壁墩高83.5 m，在距承台40.9 m处设一道高1.6 m的横系梁。箱形截面的空心薄壁墩两侧出现温差时容易导致墩顶偏移，从而影响桥墩的垂直度。目前有人对薄壁桥墩进行了温度效应研究，但不同规范计算得出的结果相差较大，同时也没有提出施工过程中的控制方法，所以分析温度对桥墩垂直度的影响以及如何在施工过程中对其进

行控制具有重要意义。

1 温度对桥墩垂直度的影响分析

1.1 温度梯度的选取

在桥墩截面上布置温度传感器(见图2)。2009年11月5日进行了24 h现场温度测试，每2 h实测1次，将每4 h测量的现场温度绘制成温度梯度曲线(见图3)，并将最大温度梯度曲线进行拟合，得到沿墩横截面拟合的最大温度梯度模式(见图4)。

中国JTG D60-2004《公路桥涵设计通用规范》中对温度梯度分布规定如下:计算桥梁结构由于温度梯度引起的效应时，可采用如图5所示的竖向温度梯度曲线，其桥面板的最高温度T1规定见图5中表格。对砼结构，当梁高 H＜400mm时，图中 A=H-100mm;H≥400mm时，A=300mm。对带砼桥面板的钢结构，A=300mm，砼上部结构和带砼桥面板的钢结构的竖向日照负温差为正温差乘以-0.5。

英国桥规BS5400关于桥梁结构温度荷载的规定较为详细，考虑了气温、太阳辐射、逆辐射等的日变化和季节变化因素(如图6所示)。根据BS5400规范，有桥面板的砼桥梁的温度差值，当梁高h＞1.5 m时，无铺装层的桥面正温差T1=15.4℃、T2=4.5 ℃、T3=2 ℃。

从中国现行规范JTJ D60-2004《公路桥涵设计通用规范》和英国桥规BS5400规定的温差曲线计算模式可知，所拟合的实际最大升温梯度曲线与英国桥规BS5400的温度梯度曲线相类似，不同类之处在于 T1、T2、T3、h1、h2、h3 取值有差异。 1.2 温度加载方法

大乌江特大桥的主要走向是纵桥向为南北方向，横桥向为东西方向。因此，对桥墩进行温度建模计算时，主要考虑日照升温这种最典型的温度变化情况，模型温差按三种方式(见图7)进行加载(只考虑2#墩)。

方式一:只考虑单向受太阳辐射的情况，主要考虑上午太阳升起时东西向温差对高墩产生的影响。由于东西向的太阳辐射，A墩和B墩同时受到太阳辐射作用的影响。

方式二:只考虑单向受太阳辐射的情况，主要考虑中午太阳南北向温差对高墩产生的影响。由于南北向的太阳辐射，A墩受到太阳辐射作用的影响，B墩只考虑系梁到墩顶部分受到太阳辐射作用的影响。

方式三:考虑双向受太阳辐射的情况，主要考虑上午到中午时的太阳斜晒以及下午太阳斜晒对高墩产生的影响。A墩和B墩同时受到东西方向太阳辐射作用的影响，而南北方向主要是A墩受到太阳辐射的影响。 1.3 模型的建立与计算结果及分析

选用ANSYS八节点六面体三维热实体单元Solid45进行有限元分析。该单元每个节点一个温度自由度，可用于三维的稳态或瞬态的热分析问题。同时分别以中国现行公路桥规JTG D60-2004和英国桥规BS5400规定的温差曲线计算模式为依据，取2009年11月5日现场实测温度梯度并以三种太阳辐射方式作为3种工况对桥墩进行温度加载，得到桥墩施工到墩顶时在各工况作用下的墩顶位移变形值。有限元模型如图8所示。

对现场实测数据与采用2种不同规范进行加载计算的结果进行整理，得到各工况下墩顶的位移变形(如表1所示)。

从表1可以看出:1)工况一，主墩受到单向(东西向)温差荷载作用时，A墩和B