箱梁截面測點(diǎn)實(shí)測溫度分析及相關(guān)溫度場構(gòu)建

■陳 標(biāo)

（福建省交通科研院有限公司，福州 350004）

1 工程概況

該現(xiàn)澆箱梁為全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，橋面凈寬15.75 m，單箱雙室截面。 墩頂0 號梁段長14.0 m，連續(xù)剛構(gòu)主墩對應(yīng)的2 個(gè)“T 構(gòu)”的懸臂各分為20 對梁段，其梁段數(shù)及梁段長度從根部至跨中各為：13×3 m、7×4 m， 累計(jì)懸臂總長73 m。 跨中合攏段為2 m， 邊跨現(xiàn)澆梁段長7.88 m。 主墩墩頂處箱梁高9.2 m，跨中梁高3.5 m，箱梁高度按1.8 次拋物線變化；箱梁頂板厚為28 cm；主墩墩頂箱梁底板厚為105 cm， 跨中箱梁底板厚32 cm， 箱梁底板厚按1.8 次拋物線變化；腹板厚度：主墩墩頂0 號梁段及1～13 號梁段為75 cm，14 號梁段由75 cm 線性變化至50 cm，15～20 梁段及邊跨現(xiàn)澆段為50 cm。

《機(jī)·智》一書的第一作者朱鐸先認(rèn)為，盡管現(xiàn)在設(shè)備通信協(xié)議的走向是趨于標(biāo)準(zhǔn)化，但是在利益格局的羈絆下，各大巨頭之間尚未達(dá)成一致。總體上，德國的工業(yè)設(shè)備集成，偏向采用OPC UA協(xié)議，而北美和日本則更偏愛MTConnect協(xié)議。無論如何，不弄懂弄通這5000多種設(shè)備通信協(xié)議，設(shè)備互聯(lián)就會受到極大的限制。

2 箱梁測點(diǎn)布置

如圖1、2 所示， 本次試驗(yàn)中布置1# 截面與2#截面?zhèn)鞲衅鳎?分別埋設(shè)在預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的頂板、腹板、底板，并將傳感器與自動化網(wǎng)絡(luò)綜合測量采集箱連接。 其中，本文主要分析1# 截面測點(diǎn)，其溫度測點(diǎn)布置如圖3 所示。

圖1 1#、2# 測點(diǎn)截面順橋向示意圖

圖2 1#、2# 箱梁截面構(gòu)造圖

圖3 1# 截面溫度測點(diǎn)布置圖

3 梁截面測點(diǎn)實(shí)測溫度分析及溫度場構(gòu)建

一般情況下，當(dāng)太陽輻射較大時(shí)會使得混凝土箱梁出現(xiàn)最不利溫度梯度分布，故本節(jié)選取了6 月28 日至7 月1 日共計(jì)4 天的溫度數(shù)據(jù)展開研究。

2年區(qū)試與生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果采用DPS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件[4]，對黔糯優(yōu)11的全生育期、有效穗、株高、穗長、穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性分析。

3.1 箱梁頂板測點(diǎn)實(shí)測溫度分析

3.4.1 T0求值過程

3.4.2 指數(shù)a 計(jì)算

圖4 箱梁頂板不同部位測點(diǎn)溫度時(shí)程圖

3.2 箱梁腹板測點(diǎn)實(shí)測溫度分析

根據(jù)式（2），把T0當(dāng)作獨(dú)立的隨機(jī)變量，以50年作為溫度作用的重現(xiàn)期，根據(jù)計(jì)算的廣義極值分布函數(shù)，得到日最大溫差的極值為16.91℃。 但實(shí)際上T0不是獨(dú)立的隨機(jī)變量，進(jìn)而考慮T0的相關(guān)性，即考慮極值指標(biāo)θ=0.24，可得極值分布下的極限值為11.70℃。

圖5 箱梁腹板不同部位測點(diǎn)溫度時(shí)程圖

3.3 箱梁底板測點(diǎn)實(shí)測溫度分析

從圖6 中可以看出：（1）底板下表面測點(diǎn)溫度時(shí)程曲線呈現(xiàn)周期性變化，周期為24 h；（2）測點(diǎn)RB1 的溫度在0-6 時(shí)下降明顯，隨后溫度以較快的速率上升，受到的太陽輻射越大，其溫度越高；測點(diǎn)CB1 由于位于截面中間位置，不受太陽輻射作用的直接影響，因此溫度變化平緩，溫度較低；測點(diǎn)LB1溫度變化和RB1 相似， 但其溫度峰值較RB1 測點(diǎn)小；（3）底板測點(diǎn)的橫向溫度差較小，最大處也僅為4℃左右，這是由于底板受太陽輻射作用影響小，主要影響其測點(diǎn)溫度變化的因素為箱梁周圍的大氣溫度變化及箱梁混凝土的導(dǎo)熱作用，但相較于太陽輻射的直接作用，該影響效果十分有限。

圖6 箱梁底板測點(diǎn)實(shí)測溫度時(shí)程圖

3.4 混凝土箱梁溫度梯度的統(tǒng)計(jì)分析

通過在現(xiàn)場布置溫度測點(diǎn)，自動采集系統(tǒng)經(jīng)過采集、保存、傳輸?shù)冗^程獲得大量連續(xù)的箱梁實(shí)測溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理得到所有采集日期內(nèi)每日溫度梯度的最大溫差值，如表1 所示。 將其結(jié)果繪制在一張散點(diǎn)圖上，得到圖7。

通過分析，由圖4（a）可知：（1）箱梁頂板上表面測點(diǎn)溫度變化具有周期性；（2）腹板頂面3 個(gè)測點(diǎn)（LD4、CD1、RD4）溫度變化規(guī)律幾乎一致；2 個(gè)箱室頂部測點(diǎn)（LD7、RD7）和兩側(cè)翼緣板頂面測點(diǎn)（LD1、RD1）溫度變化規(guī)律幾乎相同，其中兩側(cè)翼緣板頂面測點(diǎn)溫度較高， 且以LD7 測點(diǎn)的溫度為最高，其原因一方面是由于翼緣板處測點(diǎn)埋置深度較淺，另一方面是受太陽輻射角度的影響；（3）兩箱室頂部測點(diǎn)及翼緣板頂面測點(diǎn)基本在相同時(shí)間到達(dá)一天內(nèi)溫度極大值， 即在16∶00-18∶00 間達(dá)到溫度極大值，在06∶00-07∶00 間達(dá)到溫度極小值；而腹板頂面測點(diǎn)達(dá)到極值時(shí)間相對滯后2 h。 由圖4（b）可知：（1）翼緣板豎向測點(diǎn)溫度變化具有周期性；（2）測點(diǎn)LD1 在測試期間溫度變化相對較大，每日溫度波動達(dá)到5℃左右， 這是因?yàn)槠渌幬恢檬芴栞椛渥饔蔑@著；而其余兩測點(diǎn)（LD2、LD3）由于太陽輻射角較小，溫度變化相對平緩。

本文以某橋6-7 月份高溫季節(jié)每天最大溫度梯度為分析對象，根據(jù)極值統(tǒng)計(jì)理論，通過對實(shí)測數(shù)據(jù)的研究，得到較為準(zhǔn)確的箱梁最不利溫度梯度的表達(dá)式。 方志等[1]提出的指數(shù)曲線能對溫度梯度進(jìn)行較好的擬合，因此本文予以借鑒，采用式（1）的溫度梯度曲線進(jìn)行后續(xù)研究。

表1 最大溫差統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)匯總

圖7 最大溫差隨時(shí)間的分布圖

由圖7 可知，在統(tǒng)計(jì)天數(shù)內(nèi)，分析箱梁溫度梯度的日最大溫差值可知，其值在某一溫度范圍內(nèi)發(fā)生隨機(jī)波動，因此認(rèn)為整組分析數(shù)據(jù)的概率分布滿足隨機(jī)變量的分布條件要求，進(jìn)一步將該組隨機(jī)樣本數(shù)據(jù)按照一定的溫度分布區(qū)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，求出各溫度區(qū)間的概率分布情況，結(jié)果如圖8所示。

圖8 日最大溫差分布直方圖

為了更準(zhǔn)確地確定指數(shù)a 的數(shù)值，選取更有參考價(jià)值的日最大溫度差大于7℃的曲線作為樣本數(shù)據(jù)，將其作為樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，使用概率統(tǒng)計(jì)的方法求解指數(shù)a 的數(shù)值，統(tǒng)計(jì)分布結(jié)果如圖11所示。

我國的畜牧獸醫(yī)行業(yè)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)至關(guān)重要的時(shí)期，上級部門、基層部門、一線從業(yè)人員，都應(yīng)該強(qiáng)化自己的責(zé)任意識。只有把責(zé)任放在心里，才能在工作中注意細(xì)節(jié)，注意質(zhì)量。加強(qiáng)行業(yè)的執(zhí)法監(jiān)測力度，把畜牧產(chǎn)品的衛(wèi)生、產(chǎn)品質(zhì)量放到第一位，讓安全成為畜牧獸醫(yī)這行業(yè)的代名詞。責(zé)任貴在落實(shí)，只有心中有責(zé)任，手上有落實(shí)，才能真正的為行業(yè)的創(chuàng)新改革保駕護(hù)航。

通過對求得的極值分布函數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析描述可以進(jìn)一步驗(yàn)證該求得的分布函數(shù)的合理性，求得該分布的P-P 圖和Q-Q 圖（圖9、10），可知所有點(diǎn)都在同一條直線周圍以較小幅度變化，表明使用該極值分布統(tǒng)計(jì)方法來求出的極值分布函數(shù)，用以計(jì)算箱梁日最大溫差是合理的。

通過分析，由圖5（a）可知：（1）腹板測點(diǎn)LW4在一天內(nèi)波動最為明顯，且各點(diǎn)溫度波動具有明顯的周期性，周期為24 h；（2）測點(diǎn)RW4 溫度波動規(guī)律與LW4 相同，但其溫度波動幅值較小，且到達(dá)溫度峰值的時(shí)間較晚；（3）考慮到測點(diǎn)CW2 布置于箱梁中間腹板上，其溫度變化主要受混凝土導(dǎo)熱作用影響，又由于混凝土箱室空間封閉，加之混凝土保溫隔熱作用的影響，因此導(dǎo)致該測點(diǎn)溫度較為穩(wěn)定且沒有呈現(xiàn)出明顯的周期性變化規(guī)律。 由圖5（b）可知：腹板頂面測點(diǎn)LD4 溫度最高，可接近34℃，而其他下部測點(diǎn)溫差不明顯，溫差在1℃以內(nèi)。因此腹板上部存在豎向溫差，而中部溫差較小。

圖10 T0 的Q-Q 圖

現(xiàn)代化高效的交通管理，亟需打破部門數(shù)據(jù)孤島，整合交通大數(shù)據(jù)，綜合制定智能化交通解決方案，建設(shè)統(tǒng)一的跨部門、跨系統(tǒng)的交通大數(shù)據(jù)共享平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與交換，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘分析，拓展交通應(yīng)用，唯有這樣才能發(fā)揮出通州作為城市副中心的作用，真正實(shí)現(xiàn)中心區(qū)與副中心的資源共享.

基于極值統(tǒng)計(jì)方法對最大溫差數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)， 通過計(jì)算得到箱梁豎向溫度梯度最大溫差的各個(gè)參數(shù)值，進(jìn)而求得其極值分布函數(shù)如式（2）所示。

圖11 a 的取值分布

由圖11 可得， 指數(shù)a 取值主要分布在5～7 的區(qū)間范圍，為了進(jìn)一步簡化求解最不利溫度梯度曲線的表達(dá)式，忽略指數(shù)a 動態(tài)變化對求解的結(jié)果的影響， 本文在出現(xiàn)頻率較大的分布范圍基礎(chǔ)上，選取其較大概率分布區(qū)間的中位數(shù)作為箱梁豎向最不利溫度梯度曲線表達(dá)式的指數(shù)，即取指數(shù)為6。綜上所述，由該橋溫度實(shí)測數(shù)據(jù)得到，該橋的最不利溫度梯度曲線如式（3）所示。

3.4.3 溫度曲線對比

將計(jì)算曲線與既有研究結(jié)果及現(xiàn)行橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行對比，考慮到實(shí)際的箱梁溫度梯度分布形式為非線性分布，目前研究中主要參考鐵路橋涵規(guī)范對箱梁溫度梯度進(jìn)行選取。

根據(jù)前文研究分析，得到了本橋的溫度分布曲線函數(shù)為T=11.7e-6y。為了研究不同地區(qū)溫度梯度曲線的差異， 選取了其他學(xué)者的箱梁溫度梯度曲線的結(jié)果：如劉海彎[2]對陜西地區(qū)一座橋梁進(jìn)行一年的觀測，通過統(tǒng)計(jì)分析得到的溫度梯度曲線T=20.43e-6y；陶翀[3]對位于浙江淳安縣的一座大橋進(jìn)行為期兩年的觀測， 獲得其溫度梯度曲線為T=17.83e-3y；按照《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]的規(guī)定，可得箱梁溫度梯度曲線為T=20e-5y。 各溫度梯度曲線如圖12 所示。

記錄兩種診斷方式的檢查結(jié)果，并與最終手術(shù)治療結(jié)果進(jìn)行對比，統(tǒng)計(jì)兩種方式的誤診、漏診人數(shù)，以此計(jì)算各診斷方式的診斷準(zhǔn)確率；記錄兩種診斷方式檢查得出的突出征象，并與最終手術(shù)治療結(jié)果進(jìn)行對比，統(tǒng)計(jì)具體病因診斷的準(zhǔn)確率。

圖12 相關(guān)文獻(xiàn)中的溫度梯度曲線對比

由圖12 可知， 各個(gè)地區(qū)的溫度曲線均與規(guī)范中規(guī)定的溫度曲線存在差異，并且各個(gè)不同地區(qū)之間溫度梯度曲線也不盡相同，因此規(guī)范中對溫度梯度曲線的規(guī)定不能完全符合各個(gè)地區(qū)的實(shí)際情況，應(yīng)根據(jù)對箱梁的實(shí)測數(shù)據(jù)分析，求得準(zhǔn)確的溫度梯度曲線。 本文研究為建立該地區(qū)的箱梁溫度梯度曲線提供了大量實(shí)測數(shù)據(jù)和有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)，研究得出的溫度梯度曲線為我國建立更加全面、有效的箱梁溫度梯度曲線提供了參考。

于是我們發(fā)現(xiàn)了自己的窘境：現(xiàn)在常常憂慮的不是知道得太少，而是知道得太多。各種信息太多了，什么網(wǎng)絡(luò)小報(bào)廣播電視雜志書籍——連風(fēng)里都是各種各樣的聲音。我們的視聽已經(jīng)被嚴(yán)重堵塞，五官負(fù)擔(dān)大大超載。這一切已經(jīng)影響到我們的思考和判斷，因?yàn)楦鞣N參照實(shí)在太多了。

4 結(jié)語

本文通過自動化云監(jiān)測系統(tǒng)，建立智慧橋梁監(jiān)測系統(tǒng)，對大橋進(jìn)行長達(dá)數(shù)月的溫度監(jiān)測，獲得了大量有效的實(shí)測數(shù)據(jù)。 利用極值統(tǒng)計(jì)的方法得到了箱梁截面豎向溫度梯度曲線。 本文主要得到以下研究結(jié)論：（1）日照作用對箱梁溫度場影響顯著。 向陽側(cè)腹板溫度明顯較背陽側(cè)高。 腹板橫向溫度曲線近似呈現(xiàn)對稱分布。 中間腹板由于混凝土保溫隔熱作用，溫度變化較小。 腹板厚度方向尺寸對腹板橫向溫度曲線有一定影響，隨著腹板厚度減小，溫度差出現(xiàn)降低。 （2）通過極值統(tǒng)計(jì)分析方法對現(xiàn)場實(shí)測所得箱梁溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定了該橋溫度梯度曲線表達(dá)式為T=11.7e-6y，經(jīng)驗(yàn)證，該方法計(jì)算所得結(jié)果能較好地反應(yīng)實(shí)測溫度的統(tǒng)計(jì)特性。 通過對比不同地區(qū)的溫度梯度曲線可知，溫度梯度曲線的區(qū)域性差異較明顯，規(guī)范中對溫度梯度曲線的規(guī)定不能完全適用于各個(gè)地區(qū)，不同地區(qū)應(yīng)考慮根據(jù)現(xiàn)場情況開展箱梁溫度場的實(shí)測數(shù)據(jù)分析，求得準(zhǔn)確的溫度梯度曲線。