高寒地區(qū)系桿拱連續(xù)梁橋系桿與拱肋溫度場(chǎng)試驗(yàn)研究

趙一聰 賈 杰

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

1 概述

橋梁的受力不僅與自身結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，同時(shí)還與所處的外界環(huán)境存在密切的聯(lián)系。對(duì)于高寒地區(qū)的系桿拱連續(xù)梁組合橋，受環(huán)境的影響其受力性能及內(nèi)部溫度的變化規(guī)律表現(xiàn)出及其復(fù)雜的特征，會(huì)在橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生非線性的溫度變化，使結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，當(dāng)這種變形受到內(nèi)外約束時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一定的溫度應(yīng)力[1，2]。在長期溫度應(yīng)力的作用下，會(huì)影響結(jié)構(gòu)的使用性和耐久性，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)＜敖Y(jié)構(gòu)安全。

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)橋梁溫度場(chǎng)及溫度效應(yīng)的研究主要集中在混凝土箱梁等橋梁中。系桿拱連續(xù)梁組合體系橋結(jié)構(gòu)屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)，對(duì)于系桿拱連續(xù)梁組合橋結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)及溫度效應(yīng)方面的影響研究還處于初始階段[3,4]，進(jìn)一步深入的研究可為分析系桿拱連續(xù)梁橋的溫度影響起到借鑒、指導(dǎo)作用。文章依據(jù)實(shí)際橋梁工程，選取具有代表性的溫度變化時(shí)段，通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案對(duì)該橋系桿、拱肋溫度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。為后續(xù)的溫度場(chǎng)以及溫度場(chǎng)效應(yīng)研究提供理論數(shù)據(jù)支撐。

2 試驗(yàn)橋簡介

文章以黑龍江省齊齊哈爾市市區(qū)內(nèi)的一座下承式三跨預(yù)應(yīng)力混凝土系桿拱連續(xù)梁組合橋?yàn)楸尘啊Ｔ摌蛉L為147.76 m，跨徑布置為40 m+60 m+40 m，橋面全寬為34.2 m。各孔拱肋均為工字形等截面的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，直線段系桿采用箱型截面。

橋梁總體布置圖如圖1所示。

3 試驗(yàn)研究方案

3.1 溫度測(cè)試斷面選擇

1)系桿縱橋向選取中孔距跨中斷面向3號(hào)臺(tái)側(cè)偏2 m的位置；

2)拱肋溫度測(cè)試斷面均選取在中孔跨中斷面。

3.2 溫度測(cè)點(diǎn)布置

對(duì)所選取的系桿、拱肋溫度測(cè)試斷面，沿結(jié)構(gòu)高度方向均布置6個(gè)混凝土溫度測(cè)點(diǎn)。溫度測(cè)點(diǎn)布置如圖2，圖3所示。

3.3 溫度測(cè)試與采集系統(tǒng)

1)溫度測(cè)試傳感器：采用長沙金碼高科技實(shí)業(yè)有限公司制造的JMT-215AT型，帶溫度自補(bǔ)償?shù)幕炷翍?yīng)變計(jì)，便于溫度修正及測(cè)試。

2)溫度采集儀：采用與傳感器相配套的JMZX-3001綜合測(cè)試儀，溫度測(cè)試精度為0.1 ℃。大氣溫度的測(cè)試采用臺(tái)灣泰仕生產(chǎn)的TES1360數(shù)顯溫濕度計(jì)。

3.4 溫度測(cè)試時(shí)間與頻率

1)溫度測(cè)試時(shí)間段的選擇。

由齊齊哈爾地區(qū)有記錄歷年各月平均溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知每年7月溫度最高，1月溫度最低。由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)大氣溫度，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀蟛块T資料可知，所選取的測(cè)試時(shí)段內(nèi)日溫度最高值為31.5 ℃，最低值為-28.3 ℃，較接近有記錄以來歷史的日最高及最低值，日溫度變化量在11.9 ℃～15.0 ℃。

2)測(cè)試頻率。

在每次測(cè)試時(shí)段內(nèi)均進(jìn)行為期40 h～48 h的連續(xù)測(cè)試，每隔2 h采集一次環(huán)境溫度及相應(yīng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部測(cè)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)。

4 實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù)分析

由實(shí)測(cè)系桿、拱肋豎向各測(cè)點(diǎn)的溫度所建立的系桿、拱肋豎向各測(cè)點(diǎn)日溫度變化曲線如圖4～圖7所示。

由圖4～圖7可以看出，系桿及拱肋溫度變化規(guī)律與大氣溫度變化規(guī)律基本一致，各測(cè)點(diǎn)日溫度隨時(shí)間呈日周期性的波浪狀曲線變化。在時(shí)間上相對(duì)于環(huán)境溫度，結(jié)構(gòu)溫度變化存在一定的滯后性，這與混凝土材料的熱惰性有關(guān)。

圖8，圖9為不同時(shí)刻系桿及拱肋豎向溫差的變化曲線。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)及規(guī)范[3,4]可知，通常把沿結(jié)構(gòu)高度方向溫度變化量最小點(diǎn)的溫度作為基準(zhǔn)溫度，其他各測(cè)點(diǎn)的溫度減去該基準(zhǔn)溫度即得結(jié)構(gòu)豎向溫度梯度。

5 結(jié)語

沿系桿及拱肋高度方向上緣溫差最大，中部附近最低，下緣小于上緣，沿梁高呈曲線分布。在16:00時(shí)系桿、拱肋豎向正溫差最大，分別為11.6 ℃和9.5 ℃，此時(shí)系桿及拱肋底部溫差分別為2.4 ℃和4 ℃；在6:00時(shí)產(chǎn)生豎向最大負(fù)溫差，系桿、拱肋底緣的最大負(fù)溫差分別為-1.6 ℃和-2.2 ℃，約為最大正溫差的0.58倍、0.55倍，略大于規(guī)程上負(fù)溫差為正溫差的0.5倍。