高寒地区系杆拱连续梁桥系杆与拱肋温度场试验研究

赵一聪 贾 杰

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

1 概述

桥梁的受力不仅与自身结构形式有关，同时还与所处的外界环境存在密切的联系。对于高寒地区的系杆拱连续梁组合桥，受环境的影响其受力性能及内部温度的变化规律表现出及其复杂的特征，会在桥梁结构内部产生非线性的温度变化，使结构发生变形，当这种变形受到内外约束时就会产生一定的温度应力[1，2]。在长期温度应力的作用下，会影响结构的使用性和耐久性，严重时甚至会危及结构安全。

国内外学者对桥梁温度场及温度效应的研究主要集中在混凝土箱梁等桥梁中。系杆拱连续梁组合体系桥结构属于高次超静定结构，对于系杆拱连续梁组合桥结构的温度场及温度效应方面的影响研究还处于初始阶段[3,4]，进一步深入的研究可为分析系杆拱连续梁桥的温度影响起到借鉴、指导作用。文章依据实际桥梁工程，选取具有代表性的温度变化时段，通过优化实验方案对该桥系杆、拱肋温度进行现场测试。为后续的温度场以及温度场效应研究提供理论数据支撑。

2 试验桥简介

文章以黑龙江省齐齐哈尔市市区内的一座下承式三跨预应力混凝土系杆拱连续梁组合桥为背景。该桥全长为147.76 m，跨径布置为40 m+60 m+40 m，桥面全宽为34.2 m。各孔拱肋均为工字形等截面的钢筋混凝土结构，直线段系杆采用箱型截面。

桥梁总体布置图如图1所示。

3 试验研究方案

3.1 温度测试断面选择

1)系杆纵桥向选取中孔距跨中断面向3号台侧偏2 m的位置；

2)拱肋温度测试断面均选取在中孔跨中断面。

3.2 温度测点布置

对所选取的系杆、拱肋温度测试断面，沿结构高度方向均布置6个混凝土温度测点。温度测点布置如图2，图3所示。

3.3 温度测试与采集系统

1)温度测试传感器：采用长沙金码高科技实业有限公司制造的JMT-215AT型，带温度自补偿的混凝土应变计，便于温度修正及测试。

2)温度采集仪：采用与传感器相配套的JMZX-3001综合测试仪，温度测试精度为0.1 ℃。大气温度的测试采用台湾泰仕生产的TES1360数显温湿度计。

3.4 温度测试时间与频率

1)温度测试时间段的选择。

由齐齐哈尔地区有记录历年各月平均温度数据统计可知每年7月温度最高，1月温度最低。由现场实测大气温度，并结合当地气象部门资料可知，所选取的测试时段内日温度最高值为31.5 ℃，最低值为-28.3 ℃，较接近有记录以来历史的日最高及最低值，日温度变化量在11.9 ℃～15.0 ℃。

2)测试频率。

在每次测试时段内均进行为期40 h～48 h的连续测试，每隔2 h采集一次环境温度及相应结构内部测点的温度数据。

4 实测温度数据分析

由实测系杆、拱肋竖向各测点的温度所建立的系杆、拱肋竖向各测点日温度变化曲线如图4～图7所示。

由图4～图7可以看出，系杆及拱肋温度变化规律与大气温度变化规律基本一致，各测点日温度随时间呈日周期性的波浪状曲线变化。在时间上相对于环境温度，结构温度变化存在一定的滞后性，这与混凝土材料的热惰性有关。

图8，图9为不同时刻系杆及拱肋竖向温差的变化曲线。根据相关文献及规范[3,4]可知，通常把沿结构高度方向温度变化量最小点的温度作为基准温度，其他各测点的温度减去该基准温度即得结构竖向温度梯度。

5 结语

沿系杆及拱肋高度方向上缘温差最大，中部附近最低，下缘小于上缘，沿梁高呈曲线分布。在16:00时系杆、拱肋竖向正温差最大，分别为11.6 ℃和9.5 ℃，此时系杆及拱肋底部温差分别为2.4 ℃和4 ℃；在6:00时产生竖向最大负温差，系杆、拱肋底缘的最大负温差分别为-1.6 ℃和-2.2 ℃，约为最大正温差的0.58倍、0.55倍，略大于规程上负温差为正温差的0.5倍。