賈路斌,方 陽

（貴州交咨工程檢測有限公司,貴州 貴陽 550000）

0 引言

中小跨混凝土梁橋因結(jié)構(gòu)簡單、建造技術(shù)成熟、可實現(xiàn)預制場預制、施工質(zhì)量可控且成本相對較低而得到廣泛應用，其數(shù)量約占我國橋梁總數(shù)的91%。大跨徑梁橋梁體恒載效應占橋梁總荷載效應的比例可達80%~90%以上，活載效應僅占總荷載效應的10%左右。對中小跨徑混凝土梁橋而言，活載效應占總效應的比例在30%~60%左右[1-3]。因此，對于中小跨徑混凝土梁橋受力分析時應充分考慮活載效應的影響，包括汽車荷載、風荷載、溫度荷載以及收縮徐變等。而貴州山區(qū)晝夜溫差大，太陽輻射明顯，梁體容易形成溫度梯度，故該文從溫度梯度方面分析溫度對中小跨徑混凝土梁橋的應力及變形影響。

1 溫度梯度對中小跨徑混凝土梁橋的應力及變形影響

中小跨徑混凝土簡支梁橋整體溫度升高或降低不會引起結(jié)構(gòu)的應力及變形變化。由于太陽輻射橋面，導致橋面溫度與梁底溫度形成正溫差，以及強對流天氣影響、氣溫突然降低，導致橋面溫度迅速降低而形成的梁底溫度高于橋面的負溫差，二者所形成的溫度梯度將對橋梁結(jié)構(gòu)的應力及變形產(chǎn)生較大影響[4-5]。

在分析應溫度梯度對混凝土梁橋產(chǎn)生的效應時，可采用如圖1所示的溫度梯度曲線。規(guī)定橋面受太陽輻射所產(chǎn)生的最高溫度T1如表1所示，當梁高H≤400 mm時，圖中A=H?100（mm），當梁高≥400 mm時，A=300 m，規(guī)定豎向負溫度梯度為正溫度梯度乘以?0.5[6]。

表1 豎向日照正溫差計算的溫度基數(shù)[6]

圖1 豎向溫度梯度[6]

依據(jù)現(xiàn)階段運營期橋梁現(xiàn)狀分析，現(xiàn)役中小跨徑混凝土梁橋多采用08版交通運輸部頒布梁橋通用結(jié)構(gòu)圖，該文選擇使用廣泛的16 m、20 m跨徑空心板與20 m、30 m、40 m跨徑T梁為研究對象。采用Dr.Bridge建立單梁模型，分析計算橫向分布系數(shù)，以最不利荷載狀況模擬邊梁和中梁。

1.1 溫度梯度產(chǎn)生的空心板應力及變形

采用Dr.Bridge建立單梁模型，溫度梯度依據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62—2004）要求進行設(shè)置，縱橋向不同位置在正溫度梯度和負溫度梯度作用下產(chǎn)生的變形如表2所示。（表2僅列出縱橋向L/8、L/4和L/2位置提取的相關(guān)數(shù)據(jù)，豎向變形向上為“+”。）

表2 溫度梯度產(chǎn)生的豎向變形 /mm

由表2可知，主要控制截面溫度梯度使梁體產(chǎn)生的豎向變形表現(xiàn)為：正溫度梯度梁體上拱，負溫度梯度梁體下?lián)?。在正溫度梯度時，16 m空心板L/2截面上拱值為3.65 mm，20 m空心板L/2截面上拱值為4.55 mm；負溫度梯度時，16 m空心板L/2截面下?lián)现禐?.69 mm，20 m空心板L/2截面下?lián)现禐?.28 mm。

由表3可知，主要控制截面溫度梯度使梁體產(chǎn)生的應力，正溫度梯度作用下表現(xiàn)為：空心板上、下緣均表現(xiàn)為受壓，16 m空心板上緣壓應力大小為2.03 MPa，下緣壓應力大小為0.64 MPa，20 m空心板上緣壓應力大小為2.25 MPa，下緣壓應力大小為0.63 MPa；負溫度梯度作用下表現(xiàn)為：空心板上、下緣均表現(xiàn)為受拉，16 m空心板上緣拉應力大小為1.13 MPa，下緣拉應力大小為0.30 MPa，20 m空心板上緣拉應力大小為1.12 MPa，下緣拉應力大小為0.32 MPa。由上述分析可知，在正負溫度梯度作用下，空心板梁下緣受溫度梯度的影響小于上緣。

表3 溫度梯度產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應力 /MPa

1.2 溫度梯度產(chǎn)生的T梁的應力及變形

采用Dr.Bridge建立單梁模型，溫度梯度依據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62—2004）[8]要求進行設(shè)置，縱橋向不同位置在正溫度梯度和負溫度梯度作用下產(chǎn)生的豎向變形如表4所示。（表4僅選取縱橋向L/8、L/4和L/2位置提取相關(guān)數(shù)據(jù)，豎向變形向上為“+”。）

表4 梯度溫度產(chǎn)生的豎向變形 /mm

由表4可知，主要控制截面溫度梯度使梁體產(chǎn)生的豎向變形表現(xiàn)為：正溫度梯度使梁體上拱，負溫度梯度使梁體下?lián)稀Ｔ谡郎囟忍荻葧r，20 m T梁L/2截面上拱值為3.02 mm，30 m T梁L/2截面上拱值為4.75 mm，40 m T梁L/2截面上拱值為6.12 mm；負溫度梯度時，20 m T梁L/2截面下?lián)现禐?1.51 mm，30 m T梁L/2截面下?lián)现禐?2.37 mm，40 m T梁L/2截面下?lián)现禐?2.79 mm。

由表5可知，主要控制截面溫度梯度使梁體產(chǎn)生的應力，正溫度梯度作用下表現(xiàn)為：T梁上、下緣均表現(xiàn)為受壓，20 m T梁右上緣壓應力大小為2.27 MPa，右下緣壓應力大小為0.90 MPa，30 m T梁右上緣壓應力大小為2.49 MPa，右下緣壓應力大小為0.80 MPa，40 m T梁右上緣壓應力大小為2.66 MPa，右下緣壓應力大小為0.66 MPa；負溫度梯度作用下表現(xiàn)為：T梁上、下緣均表現(xiàn)為受拉，20 m T梁右上緣拉應力大小為1.13 MPa，右下緣拉應力大小為0.45 MPa，30 m T梁右上緣拉應力大小為1.24 MPa，右下緣拉應力大小為0.40 MPa，40 m T梁右上緣拉應力大小為1.43 MPa，右下緣拉應力大小為0.30 MPa。由上述分析可知，在正負溫度梯度作用下，空心板梁下緣受溫度梯度的影響小于上緣。

表5 溫度梯度產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應力 /MPa

1.3 溫度梯度對活載監(jiān)測的影響分析

對中小跨徑混凝土梁橋的營運安全進行綜合評估，應基于活載響應的安全監(jiān)測，由1.1~1.2的計算分析可知，溫度梯度對中小跨徑混凝土梁橋應力及變形的影響對監(jiān)測結(jié)果有相當比重的影響，該部分內(nèi)容通過計算溫度梯度對活載產(chǎn)生應力及變形的偏離值分析溫度梯度對活載監(jiān)測的影響程度。

1.3.1 溫度梯度對變形的影響

依據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）[7]計算標準活載與溫度梯度作用下中小跨徑混凝土空心板梁和T梁的豎向變形，分析結(jié)果如表6所示。溫度梯度產(chǎn)生的豎向變形較大，由于溫度梯度是由太陽輻射產(chǎn)生，故溫度梯度產(chǎn)生的豎向變形是時時存在的。在梁橋安全監(jiān)測過程中，通過變形采集設(shè)備采集的豎向變形量除了活載效應外，還包括溫度梯度產(chǎn)生的豎向變形。針對中小跨徑混凝土梁橋，以《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）[7]活載作用下產(chǎn)生的豎向變形與加正負溫度梯度產(chǎn)生的變形進行疊加，可得到溫度梯度產(chǎn)生的變形偏差量。

表6 活載與溫度梯度產(chǎn)生的豎向變形（L/2截面）

由表6可知，溫度梯度對梁體豎向變形測量的影響很大，且表現(xiàn)為正溫度梯度的測量偏差量大于負溫度梯度的測量偏差量。具體表現(xiàn)為：16 m空心板豎向變形測量偏差量為52.64%，20 m空心板豎向變形測量偏差量為49.73%，20 m T梁豎向變形測量偏差量為49.73%，30 m T梁豎向變形測量偏差量為41.13%，40 m T梁豎向變形測量偏差量為37.62%。隨跨徑的減小豎向變形測量偏差量呈現(xiàn)增大趨勢，即橋面與梁底的正溫差越大，橋梁跨徑越小，梁體豎向變形的測量偏差量越大。

1.3.2 溫度梯度對應力的影響

依據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）[7]計算標準活載與溫度梯度變化作用下中小跨徑混凝土空心板梁和T梁的應力，分析結(jié)果如表7。

表7 活載與溫度梯度產(chǎn)生的應力（L/2截面） /MPa

由表7可知，溫度梯度對空心板或T梁上緣的應力測量偏差量影響較下緣的應力測量偏差量更大。正溫度梯度時：空心板上緣的應力測量偏差量介于48.45%~54.61%之間，下緣的應力測量偏差量介于16.84%~16.93%之間，T梁上緣的應力測量偏差量介于68.56%~78.55%之間，T梁下緣的應力測量偏差量介于12.57%~14.61%之間；負溫度梯度時：空心板上緣的應力測量偏差量介于26.97%~27.18%之間，下緣的應力測量偏差量介于8.57%~16.93%之間，T梁上緣的應力測量偏差量介于36.86%~37.54%之間，T梁下緣的應力測量偏差量介于5.71%~7.31%之間。與豎向變形測量偏差量類似，應力測量偏差量同樣表現(xiàn)為隨跨徑的減小應力測量偏差量呈現(xiàn)增大趨勢，即橋面與梁底的正溫差越大，橋梁跨徑越小，梁體應力的測量偏差量越大[9]。

2 結(jié)論

基于該文的分析可得出如下結(jié)論：

（1）溫度梯度會對中小跨徑混凝土梁橋的應力及變形產(chǎn)生不可忽略的影響。

（2）對比分析溫度梯度產(chǎn)生的應力測量偏差量與豎向變形測量偏差量，溫度梯度作用下，隨跨徑的減小應力測量偏差量呈現(xiàn)增大趨勢，且在正溫度梯度時，橋梁跨徑越小，梁體應力及豎向變形的測量偏差量越大。

（3）通過分析可為同類橋梁健康安全監(jiān)測過程中的傳感器的布設(shè)提供參考，對于中小跨徑T梁或空心板梁橋，應力測點布設(shè)位置可選擇在梁體的下緣，以減小溫度梯度效應對采集數(shù)據(jù)的影響，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性。