大溫差條件下鋼結構復式拱橋測量控制分析

摘要：文章通過對烏蘭木倫河3號橋拱肋安裝過程中的監測數據進行統計分析，在太陽輻射強度、環境溫度、風速、鋼板溫度、自身荷載等環境影響因素中，選取對拱肋變形影響較大的溫度因素進行分析，采用SPSS實現對溫度及拱肋變形量的擬合，確定溫度對拱肋安裝的影響值，為鋼結構復式拱橋安裝精度控制提供參考依據。結果表明，大溫差條件對鋼結構復式拱橋安裝的影響較大，通過溫度系數修正，可有效提高鋼結構橋梁的安裝精度。

關鍵詞：溫度；安裝；SPSS；修正；鋼結構復式拱橋

中圖分類號：U448.22" " " "文獻標識號：A" " " "DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.045

文章編號：1673-4874（2024）11-0152-03

0引言

在鋼結構拱橋安裝過程中，需要掌握拱肋在未合龍前受環境影響的變形情況，合理確定預偏量和最佳合龍時間，確保拱肋合龍精度。由于目前國內對鋼結構復式拱橋的安裝過程缺乏變形監測數據，安裝誤差普遍較大。因此，如何提高鋼結構復式拱橋的安裝定位精度，成為亟待解決的科研課題。

本文通過對烏蘭木倫河3號橋拱肋安裝過程中的監測數據進行統計，在太陽輻射強度、環境溫度、風速、鋼板溫度、自身荷載等［1］環境影響因素中，選取對拱肋變形影響較大的溫度進行分析［2］，采用SPSS實現對溫度及拱肋變形量的擬合，確定溫度對拱肋安裝的影響值，為鋼結構復式拱橋安裝精度控制提供參考依據。

1工程概況

烏蘭木倫河3號橋是國內首座雙飛翼景觀特大橋梁，橋長348 m，主跨200 m，屬于中承式復式鋼箱拱橋，橋面變截面寬度為42～65 m，見圖1。

橋梁上部主拱結構為外傾式鋼箱拱，橫橋向向道路中心線外傾斜17°，順橋向最大角度為57°；副拱結構為內傾式鋼箱拱，橫橋向向道路中心線內傾45°，順橋向最大角度為18°。

主拱由兩條對稱外傾式拱肋組成，東西拱肋各分27個吊裝節段，全橋共54個吊裝節段。副拱由兩條非對稱內傾式拱肋組成，左側拱肋分31個吊裝節段，右側拱肋分32個吊裝節段，全橋設計共63個吊裝節段。見圖1。

工程項目地處鄂爾多斯市，屬于典型的溫帶大陸性氣候，最主要的特點是晝夜溫差大，且較為干燥。鋼結構由于其材料屬性，受溫度等因素影響變形較大。因此，當地氣候條件對鋼結構橋梁的安裝造成很大的困難。

2變形監測

通過對大氣溫度、鋼板溫度分別進行監測，判斷大氣溫度對鋼板溫度的影響。結合鋼板溫度與拱肋變形量的對比分析，判斷鋼板溫度對拱肋變形的影響規律。

2.1大氣溫度、鋼板溫度監測

大氣溫度監測采用水銀溫度計，在觀測場中離地面1.5 m高的百葉箱中進行，保持良好的通風性，并避免陽光直接照射，每小時進行讀數記錄；鋼板溫度采用紅外測溫儀測量，對鋼結構原件溫度進行測量，頻率與大氣溫度數據采集一致，測溫精度為±1 ℃。采集數據見圖2。

2.2拱肋變形監測

各節段安裝后在拱肋自由端布設棱鏡，采用測量機器人進行24 h不間斷監測，數據采集頻率為1 h。以副拱為例，在副拱T1安裝后及T2安裝前對拱肋進行監測，后續拱肋安裝后對T1拱肋進行持續監測，對拱肋單邊自由狀態與前后節段安裝后狀態進行監測分析。

2.2.1棱鏡布設及復位監測

拱肋安裝過程中對每節段端頭拱肋安裝棱鏡進行監測。根據設計坐標在拱肋下方支架頂部放樣坐標點A、B、C，其分別對應為D、E、F點的平面坐標，見圖3。觀測A、B、C三點的標高后，計算其與拱肋實際坐標的高差，在吊裝過程中對D、E、F點使用吊錘對拱肋定位進行調整。拱肋安裝完成后下一節段安裝前，在D、E、F側方安裝小棱鏡，以便進行變形觀測。通過對拱肋T29的觀測，發現拱肋由于陽光照射等原因向背陰面偏移，無陽光照射氣溫下降的情況下拱肋又恢復原位，見圖4。

2.2.2首節段拱肋變形監測

拱肋T1及后續節段安裝后對T1監測數據見圖5。由圖5可知，首節段拱肋變化較小，三向變化中相對較大的為順橋向偏差，最大位移約3 mm。

2.2.3多節段拱肋變形監測

拱肋安裝自T2節段至T29、T30，對多節拱肋單邊自由狀態進行監測，對拱肋進行變形監測，監測數據見圖6、圖7。

3數據分析

將拱肋變形數據及測溫數據進行整合、整理（以T30節段為例）見圖8，可見拱肋變形隨溫度變化較大，但整體可控。

3.1鋼板自身變形分析

根據主橋所用鋼板Q345qd的膨脹系數，鋼板自身變形主要為順橋方向偏差［3］。通過數據統計，在拱肋安裝時間段內，當地最大溫差約15 ℃，鋼板自身最大變形約0.000 2 mm，累計變形≤0.1 mm，可忽略不計。因此，拱肋變形基本為外界環境因素導致，其中影響最大的為鋼板溫度。

3.2鋼板受溫度影響變形分析

由圖8可知，拱肋標高及順橋方向偏差均在10 mm內，主要考慮拱肋橫橋方向偏差隨鋼板溫度變化的影響。將鋼板溫度及拱肋橫橋偏差導入SPSS進行相關性分析［4］，見表1。通過分析可見，P值＜0.01，證明兩者相關性顯著。

由數據分析可知兩者存在較為顯著的相關性，但通過觀察數據難以確定適用函數，選擇將散點數據進行多函數擬合，選擇線性、對數、二次、三次等多個函數進行擬合，擬合效果見圖9。選擇最佳擬合函數，通過擬合后參數估算值，見表2。由表2可見，三次函數擬合效果最佳，擬合函數為Y=39.501-2.674X+0.037X2+0.000 3X3（Y為橫橋方向偏差，X為鋼板溫度）。

4安裝優化措施

通過對安裝過程中大氣溫度、鋼板溫度、拱肋變形等監測數據進行統計分析，對烏蘭木倫河3號橋的拱肋安裝采取以下優化措施：

（1）在拱肋安裝過程中，應實時測量拱肋鋼板的溫度，并按照拱肋鋼板溫度與拱肋橫向偏移量的曲線擬合函數，即Y=39.501-2.674X+0.037X2+0.000 3X3（Y為橫橋方向偏差，X為鋼板溫度）確定拱肋預偏量，測量放樣應結合預偏量進行安裝，確保拱肋在設計溫度下能恢復至設計坐標。

（2）拱肋合龍段是鋼結構復式拱橋安裝精度控制的關鍵，應選擇鋼板溫度趨于穩定的時間段開展合龍段的安裝工作，結合該項目的監測數據，具體安裝時間宜選擇當地夜間23∶00之后，并在鋼板溫度上升前盡快完成。

5結語

本文以烏蘭木倫河3號橋拱肋安裝為基礎，通過監測數據分析得出鋼板溫度對拱肋橫橋向偏移量影響較大。在大溫差條件下開展的鋼結構復式拱橋拱肋安裝，可通過測量機器人采集安裝過程的拱肋橫向偏移量，分析查找鋼板溫度與拱肋橫橋向偏移量的變化規律，以合理確定拱肋預偏量，并在安裝時結合其他環境影響因素綜合考慮實施。在大跨徑鋼結構復式拱橋拱肋的合龍時間選擇上，宜選擇凌晨溫度較為穩定的時間段快速完成。實踐證明，通過溫度系數修正測量放樣數據，能有效提高大溫差條件下鋼結構復式拱橋的安裝精度，可為同類拱橋安裝提供借鑒。

參考文獻：

［1］林錯錯，王元清，石永久.露天日照條件下鋼結構構件的溫度場分析［J］.鋼結構，2010，25（8）：38-4 331.

［2］沈斌.淺析溫度對鋼結構穩定性的影響［J］.建材與裝飾，2018，14（23）：138-139.

［3］劉榮坤，李家軍，冷亞林，等.溫度對鋼結構模塊尺寸影響及修正分析［J］.海洋工程裝備與技術，2019，6（2）：544-547.

［4］盛清，陳潔，張文華.SPSS統計分析軟件在探究型課題中的運用［J］.生物學教學，2012，37（8）：53-55.

作者簡介：文彬（1989—），工程師，主要從事工程項目管理工作。

收稿日期：2024-05-08