针对多跨连续梁桥施工中温度变形分析综述

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【摘要】本文主要分析了多跨连续梁桥在施工过程中的温度变形特点 ,提出了一种温度变形的快速分析方法,并取得了较满意的效果 ,根据分析结果提出了对连续梁桥施工有益的建议。

【关键词】多跨连续梁；温度变形；施工控制；快速分析方法

前言

多跨连续梁桥的施工要经过一个复杂的过程，在此过程中将受到许多确定和不确定因素的影响，导致桥梁结构的实际状态偏离理论计算分析状态。因此，桥梁施工控制的重点就是通过对施工过程中出现的偏差进行分析识别，发现问题并及时进行纠偏，同时对结构的后续阶段进行预测，使施工系统始终处于控制之中。 在多跨连续梁的悬臂施工过程中, 主梁受外界温度变化会产生温度变形和温度内力, 而且在环境温度变化剧烈时, 结构的变形和应力有较大的变化。给施工控制带来很大的难度。尤其是在主梁合拢前, 对温度变化引起的结构变形更要重视。如果在连续梁桥施工中因某些原因产生较大的控制误差, 由于这类桥型可调手段较少而主梁刚度较大, 在后续施工中很难将误差调整过来。其实施工误差的来源中很大一部分产生于外界温度变化, 因此，施工现场关键工况操作时应该尽量避免温度剧烈变化。由此可知, 在施工过程中对温度变形的快速分析是非常重要的。

1 温度变形的特点研究

1.1 箱梁温度场特点分析

连续梁桥的主梁一般采用箱型断面, 箱梁断面上的温度梯度规律比较复杂。目前在分析箱梁的温度变形和应力时, 只考虑沿箱梁高度变化的温度梯度, 即将箱梁结构简化处理为一维热传导问题。国内外大量的实测资料和理论研究表明, 箱梁沿梁高的温度分布是非线性的。温度梯度模式及温度值大小取值是否接近实际状态是正确计算结构温度应力和变形的关键。英国桥规( BS- 5400) 对桥梁结构的温度荷载进行了比较详细的研究, 另外新西兰桥梁规范、美国 PCT- PTI 也对温度荷载作了相应的规定, 我国的铁路规范规定箱梁温差荷载按指数函数分布计算, 我国公路规范对整体现浇T 梁的日照温差引起的内力计算也作了相应的规定。由上可知, 箱梁温度梯度分布为非线性形式, 但各国规范对温度场分布规律的描述各不相同, 即使在我国, 铁路桥规和公路桥规的规范条文也相距较远。由于不同的温度场规定对温度应力和变形计算的影响都是巨大的, 且各国规范中有关箱梁温度的说明是将温度作为一种设计荷载, 规定的是极限情况下的温度分布, 而在施工过程中, 箱梁断面上的温度分布是随外界环境因素变化的, 断面上的温度应该通过测试获得, 因此无论是在设计还是施工中, 温度梯度的具体分布的研究是非常重要的。

1.2 温度变形形式分析

如果已知梁截面上的沿梁高的温度梯度曲线分布, 则可按结构力学方法求得梁截面形心轴处的变形和截面的弯曲变形曲率, 然后利用杆系有限元方法将其等效成结点荷载计算温度次内力和相应的变形。但在施工现场, 有时没有条件进行这样的计算, 不得不寻求一种快速简单有效的方法进行分析, 在已知箱梁温度场分布特点的情况下, 对箱梁内部温度梯度作一定的近似和简化, 分析连续梁的变形特点, 进行现场估算。连续梁施工的变形观测和控制主要是主梁的标高控制。连续梁桥主梁在外界气温变化时产生的温度变形可分为两种:① 主梁沿轴向的伸缩变形。②截面绕形心轴的弯曲变形。对于双悬臂施工时的静定结构, 主梁的轴向伸缩变形, 不会产生标高变化。由于箱梁受日照日落的影响内部温度不断地变化, 主梁会产生弯曲变形, 弯曲变形将使主梁测点标高发生较大变化。因此连续梁桥的双悬臂施工时, 标高的温度影响计算主要是计算弯曲变形量。对于已经部分合拢的连续梁, 如果在施工中没有及时解除墩梁临时固结装置, 则因主梁轴向变形受到限制, 不仅主梁的弯曲变形会引起标高变化, 而且其也将引起标高较大变化。因此在施工时, 温度影响分析要根据结构具体形式进行合理的分析。

2 变形分析

2.1 弯曲变形

连续梁桥悬臂施工时, 为了抵抗不平衡的施工荷载, 一般将主梁与桥墩在 0#块处临时固结, 而且固结装置非常强大, 在变形分析时, 该部位受力特点可用刚结点模拟。在施工过程中主梁的弯曲变形可等效成悬臂梁在温度变化下的变形。在施工现场, 为了快速分析和消除变形量对标高的影响, 利用有限元法求解得到主梁的变形量显然不是很方便。如果规定相邻控制工况的操作时间在1 d 之中的相同时间( 一般规定在上午 8 点之前)完成, 此时太阳出来不是很久, 梁内温度还来不及发生较大变化, 箱梁内经过一夜时间的热量传递, 温度也逐渐均匀, 此时箱梁内的温度场分布可近似采用线性模式, 梁截面上缘温度以顶板的平均温度代替,下缘温度以底板的平均温度代替。

2.2 轴向变形

设一多跨连续梁, 1#墩与4#墩之间主梁已全部合拢, 成为一联多跨结构。一般按设计要求当某跨合拢后, 该跨两侧桥墩的临时固结措施应立即解除, 以避免温度变形对桥墩巨大的水平推力作用。现假设 1 跨刚刚合拢, 1#墩临时固结装置还未来得及解除使得墩梁固结处成为刚性固结, 其它三个墩临时固结装置已经解除, 2#、4#墩支座为活动支座, 3#墩为固定支座。当外界温度变化引起主梁形心轴温度较大变化时, 主梁在桥轴向产生较大的轴向变形, 由于 1#墩的临时固结装置尚未解除, 此时主梁纵向变形主要受到 1#墩和 3#墩的共同约束作用, 导致 1#墩、3#墩墩顶产生相向的水平位移, 引起 1#墩产生弯曲变形, 从而使1#墩的悬臂部分产生刚体转动, 引起其标高变化, 主梁其它部分也会产生标高变化, 不过相对悬臂部分其变化较小。根据变形可知, 主梁上水平位移的零点即温度变形零点在 1#墩与3#墩之间, 根据活动支座的上下盖板的相对偏移量, 可以近似地判断温度变形零点位置。

3 实例分析

某公路大桥中段为( 100+ 6×150+ 100)m 的八跨连续梁, 在 34#墩( 相当于分析中的 1#墩)悬臂施工完成即将合龙时, 合龙口悬臂端( 另一侧主梁为支架现浇) 突然向上位移 90 mm。由于在标高变化前后主梁荷载没有明显的增减, 另外在标高异常时, 大气气温突然下降, 因此初步分析认为造成合龙口相对标高异常的原因为温度影响, 下面为具体估算过程:

3.1 弯曲变形量

由于在双悬臂施工时曾经进行过数次 24 h 温度观测, 主要测量梁体温度与标高变化的关系, 得到标高温度曲线。该标高变化根据前面分析主要是弯曲变形。

3.2 轴向变形引起的挠度量

主梁悬臂端标高异常确实由温度影响的, 而且估算的温度影响量也与实际发生量相符合。由于准确地确定了标高异常原因, 同时因连续梁桥标高可调手段非常有限, 施工控制方建议施工单位推迟合龙时间, 等待外界气温回升。果然在等待了几天气温回升平稳后, 合龙口的高差小于 10 mm, 这充分验证了前述的温度变形快速分析的可行性。

4 结语

在连续梁桥的悬臂施工过程中, 主梁温度影响变形引起标高变化主要因为弯曲变形, 轴向变形并不会使标高变化, 因此，此阶段消除温度变形的工作主要是计算主梁的弯曲变形, 在估算弯曲变形影响量时, 可利用简便公式快速估算悬臂端部的标高变化量。当结构为超静定时, 轴向变形也会引起较大的主梁标高变化, 应引起足够的重视。根据结构具体形式, 对结构变形作出一定的近似, 可以如前文分析所示简便快速地估算轴向变形引起的挠度变形量, 以利于现场施工。在连续梁合龙后应尽早解除主梁与桥墩之间的临时固结装置, 这样可以避免主梁轴向变形引起的附加变形和内力。

参考文献

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