低溫季節(jié)波形鋼腹板PC箱梁橋鋪裝溫度場試驗(yàn)

呂貴賓 池君惠

(1.中電建路橋集團(tuán)有限公司,北京 100048； 2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川 成都 610031)

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低溫季節(jié)波形鋼腹板PC箱梁橋鋪裝溫度場試驗(yàn)

呂貴賓1池君惠2

(1.中電建路橋集團(tuán)有限公司,北京 100048； 2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川 成都 610031)

依托鄭州市某波形鋼腹板PC組合箱梁橋工程，通過JMT型溫度傳感器與無線自動(dòng)化綜合測試系統(tǒng)，對波形鋼腹板PC組合箱梁橋?yàn)r青混凝土鋪裝冬季溫度場進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集分析，結(jié)果表明，鋪裝結(jié)構(gòu)的溫度場同外界氣溫一樣呈現(xiàn)周期性特點(diǎn)；隨鋪裝深度的增加，鋪裝層內(nèi)材料溫度的變化具有滯后性，并表現(xiàn)出一定的遲緩性，且橫隔板處和墩頂處溫度基本相近。

波形鋼腹板，箱梁，橋面鋪裝，溫度場，瀝青混凝土

波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土PC組合箱梁橋是一種較為新型的橋梁型式，在我國發(fā)展時(shí)間不長，其特點(diǎn)是由混凝土頂板、底板及波形鋼腹板組成，而這兩種材料的差異導(dǎo)致了溫度效應(yīng)的不同。鋼材導(dǎo)熱性能良好，對環(huán)境溫度反應(yīng)較為靈敏，而混凝土導(dǎo)熱性差，對環(huán)境溫度反應(yīng)較慢，這使混凝土頂、底板與波形鋼腹板溫度分布不同[1]，進(jìn)而影響橋面鋪裝層溫度場的分布。20世紀(jì)50年代起，國內(nèi)外學(xué)者開始認(rèn)識到溫度對橋梁結(jié)構(gòu)的重要，并對其進(jìn)行一系列的研究，文獻(xiàn)[2]～[5]對混凝土箱梁鋪裝結(jié)構(gòu)的溫度場進(jìn)行了測試，文獻(xiàn)[6]對T型截面梁的鋪裝結(jié)構(gòu)的溫度場進(jìn)行了測試，文獻(xiàn)[7]對波形鋼腹板箱梁溫度效應(yīng)進(jìn)行了研究，但都未對波形鋼腹板PC組合箱梁的鋪裝層進(jìn)行研究。故本文依托鄭州市隴海項(xiàng)目對波形鋼腹板PC組合箱梁橋鋪裝層進(jìn)行現(xiàn)場的溫度場試驗(yàn)，尋找此橋型瀝青混凝土鋪裝溫度場變化規(guī)律。

1 工程概況

該波形鋼腹板PC組合箱梁橋位于河南省鄭州市，屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫在14 ℃～14.3 ℃之間，極端最高氣溫43 ℃，極端最低氣溫-18 ℃。主線高架全長940 m，上部結(jié)構(gòu)采用波形鋼腹板混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，分幅斷面，左右幅斷面對稱，雙向六車道，兩幅之間設(shè)20 mm分隔縫，橋面凈寬2×12.75 m。該區(qū)域分兩聯(lián)布置，YU01聯(lián)聯(lián)長450 m，YU02聯(lián)聯(lián)長490 m，其中橋體分段圖YU01聯(lián)如圖1所示。

2 溫度場觀測

鄭州市隴海路快速通道工程(二期)波形鋼腹板PC組合箱梁橋面鋪裝工程。橋面鋪裝采用雙層瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)，上層為4 cm厚的AC-13C瀝青混凝土，下層為6 cm厚的AC-16C瀝青混凝土，AC-13C層與AC-16C層之間設(shè)有PC-3乳化瀝青粘層油，AC-16C層與混凝土頂板之間設(shè)有聚氨酯防水層。

試驗(yàn)采用精度高、穩(wěn)定性好的JMT型溫度傳感器，精度控制在±0.5 ℃以內(nèi)，配合多點(diǎn)溫度檢測儀可作多點(diǎn)溫度循環(huán)檢測，測試儀器見圖2。

選取YU01聯(lián)YP05到Y(jié)P06號墩跨中和YP06號墩墩頂作為試驗(yàn)工點(diǎn)，對橋面鋪裝溫度場進(jìn)行現(xiàn)場測試，墩頂與跨中位置溫度傳感器布置方式相同。

溫度傳感器埋置位置如圖3所示，1號溫度傳感器埋置在AC-13C瀝青混凝土鋪裝上面層表面，但為了防止外力作用，埋在AC-13C瀝青混凝土鋪裝上面層向下深度約1 cm處；2號溫度傳感器埋置在AC-13C瀝青混凝土鋪裝層與AC-16C瀝青混凝土鋪裝層交界處；3號溫度傳感器埋置在AC-16C瀝青混凝土鋪裝下面層與橋面水泥混凝土交界處。利用橋梁護(hù)欄懸吊安裝一個(gè)溫度傳感器，用于測量大氣溫度。考慮施工時(shí)可能引起少量傳感器失效，故在上述測點(diǎn)附近適當(dāng)布置部分冗余溫度傳感器。為測試低溫季節(jié)橋面鋪裝溫度場分布規(guī)律，觀測時(shí)間選擇為冬季12月份，晝夜進(jìn)行連續(xù)觀測，每隔1 h采集一次數(shù)據(jù)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

本文現(xiàn)場測試時(shí)間為12月25日～12月28日,取28日組合箱梁橋面鋪裝體系墩頂與跨中位置溫度場部分測試結(jié)果如表1,圖4所示。

由以上現(xiàn)場測試結(jié)果可得，橋面鋪裝層在不同鋪裝結(jié)構(gòu)的溫度場變化與大氣溫度變化是一致的，均呈現(xiàn)周期性變化；氣溫從0:00開始下降時(shí)，橋梁中間和橋梁端部的表層、中間層、底層均相應(yīng)下降，鋪裝表層最低溫度出現(xiàn)在8:00左右，層間及底層最低溫度出現(xiàn)在10:00左右。而當(dāng)氣溫從8:00開始上升，鋪裝表層最高溫度出現(xiàn)在14:00左右，鋪裝層間最高溫度出現(xiàn)在15:00左右，鋪裝底層最高溫度出現(xiàn)在16:00左右。在此過程中，隨著外界氣溫的變化，表層變化的最明顯。相對于太陽輻射強(qiáng)度和大氣溫度變化速度，隨著鋪裝結(jié)構(gòu)厚度的增加，不同鋪裝層結(jié)構(gòu)溫度的變化具有滯后性，并表現(xiàn)出一定的遲緩性，溫度表現(xiàn)出明顯的層間差異性，橫隔板處和墩頂處溫度基本相近。

表1 鋪裝結(jié)構(gòu)跨中位置溫度場溫度分布

4 結(jié)語

通過對低溫季節(jié)波形鋼腹板PC組合箱梁橋?yàn)r青混凝土鋪裝溫度場的現(xiàn)場觀測，以及相關(guān)分布規(guī)律的總結(jié)，可以得到如下結(jié)論：

1)冬季橋面鋪裝層不同鋪裝結(jié)構(gòu)層的溫度變化與外界氣溫一樣具有周期性波動(dòng)特點(diǎn)。

2)隨著外界氣溫的變化，表層變化的最明顯，當(dāng)氣溫從0:00開始下降時(shí)，橋梁中間和橋梁端部的表層、中間層、底層均相應(yīng)下降。而當(dāng)氣溫從8:00開始上升，鋪裝表層最高溫度出現(xiàn)在14:00左右，鋪裝層間最高溫度出現(xiàn)在15:00左右，鋪裝底層最高溫度出現(xiàn)在16:00左右。

3)隨鋪裝深度的增加，鋪裝各層最低溫度出現(xiàn)時(shí)間存在一定的滯后。橫隔板處和墩頂處溫度基本相近。

[1] 郭翔飛.波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁溫度效應(yīng)研究[D].西安：長安大學(xué),2011.

[2] 張謝東,蔡素軍,石明強(qiáng).混凝土箱梁溫度場觀測與分析[J].公路交通科技,2008(10):52-57.

[3] 張亮亮,楊 磊,楊轉(zhuǎn)運(yùn),等.大跨混凝土箱梁溫度場分析[J].土木建筑與環(huán)境工程,2011(1):36-42.

[4] 武立群.混凝土箱梁和空心高墩溫度場及溫度效應(yīng)研究[D].重慶：重慶大學(xué),2012.

[5] 顧 斌,陳志堅(jiān),陳欣迪.大跨徑混凝土箱梁橋有效溫度與應(yīng)變的實(shí)測分析[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2013(4):877-884.

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On temperature field test of pavement for corrugated steel web PC box girder bridge in low-temperature seasons

Lv Guibin1Chi Junhui2

(1.PowerChinaRoadandBridgeGroupCo.,Ltd,Beijing100048,China; 2.CollegeofCivilEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)

Based on some corrugated steel web PC composite box girder bridge in Zhengzhou City, the paper undertakes the data collection analysis for the temperature field for the corrugate steel web PC composite box girder bridge pavement from JMT temperature sensor and wireless automated comprehensive measurement system, proves by the result that the temperature field of the pavement structure displays the similar periodic features with the outer air temperature, and indicates the changes of the materials’ temperature lags behind along with the increasing pavement depth, which also shows some retardation, and the temperatures at the diaphragm and pier-top are similar.

corrugated steel web, box girder, bridge deck pavement, temperature field, asphalt concrete

1009-6825(2017)06-0173-03

2016-12-13

呂貴賓(1976- )，男，高級工程師

U443.33

A