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大桥温度场现场监测试验研究及分析

松花江大桥温度场现场监测试验研究及分析
【内容提要】为保证大桥施工达到设计要求的内力状态和线形，使施工各阶段的受力和线形更接近监控计算，本文以松花江大桥施工背景为例,结合本工程的所处的地理环境情况，对松花江大桥现场温度场进行了实地的监测和试验分析研究，并分析了温度效应对结构的影响，得出了一些有意义的结论，以期对寒冷地区的桥梁建设及施工监控提供一些参考性资料。
【关 键 词】内力状态；线形；温度场；温度效应；施工监控
1.工程概况
松花江大桥所在地区气候属大陆季风性气候，为北寒带气候条件，冬季长达五个月之久，春秋季节较短。年平均气温为5.7℃，极端最高气温为39.1℃,极端最低气温为-41.4℃；年均降雨量为523.3mm，降雨期集中在6～8月份；年平均日照时数约为2500小时，无霜期约150天；年平均蒸发量1508.7mm；地面稳定冻结日期为11月下旬，稳定解冻日期为第二年4月中旬。冬季主导风向为SSW，最大风速为26m/s。最大冻深为2.05m。
本地区气候特点是冬季受极地大陆气团控制，严寒干燥；夏季受副热带海洋气团的影响，气
候炎热多雨；春秋两季因受冬、夏季风交替影响，气候多变，春季多大风，降水少蒸发快，易发生干旱；秋季多寒潮侵袭，降温急剧，易发生冻害。地理位置位于东经126°36′45″～126°48′27″，北纬45°38′17″～45°52′15″之间，行政区划属于哈尔滨市区。
2.松花江大桥现场温度监测与试验
2.1温度监测
（1）测试仪器及接收仪的选择
在连续梁桥上，用于桥梁结构温度测试的常见元件有热电阻、热敏电阻、热电偶等。其中热电阻是利用导体的电阻材料随温度的变化的特性而制成的测温计；热敏电阻是利用半导体的电阻随温度变化的特性测试物体温度的；热电偶是利用物理学中的塞贝壳效应制成的温度传感器。根据对多种温度测试仪器的性能比较，由于热电阻具有构造简单、适用方便、有较高的精确度和良好的敏感度的特点，并考虑要适合长期观测并能保证足够的精度，在本桥的温度监测中将选用长沙金码高科技有限公司生产的JMT－36C型温度温度传感器(如图1所示)为温度监测仪器。其主要性能指标如下：
量程：－20～一体化化粪池110 ℃；
精度：±1 ℃；
线性误差：0.1 ℃。
读数仪采用和JMT－36C型温度温度传感器配套得JMZX－300X综合测试议，(如图2所示)。
主要性能指标：
振弦频率：600－3 500 HZ；
混凝土应变：±1 500 με；
压力：0～5 000 kN；
压强：4 MPa；
温度：－20～110 ℃；
振弦频率精度：0.1％±0.1 HZ；
应变精度：±2 με；
压力精度：±1 kN；
温度精度：±0.1 ℃。
使用环境：
温度：－10 ℃～40 ℃；
相对湿度：≤90 ％ RH；
大气压力：86～108 kPa；
外形尺寸：222 mm×165 mm×160 mm；
质量：7.3 kg。
箱内外空气温度的监测采用哈尔滨物格科技有限公司生产的PD系列长期数据记录仪，采用电池供电，用于长期信号的自动测量记录，可以记录环境温度、相对湿度、大气压力等，记录间隔从5秒到1个小时可自动设置，记录时间最长可达一年，测量信号多样，即使记录仪断电，数据也不会丢失，可保持10年之久。
（2）根部截面温度测点布置
在每个墩的两侧根部截面都反对称布置温度传感器，每个截面布置3个温度测试点，将温度传感器用细丝绑扎在预定位置的钢筋上，然后浇筑在混凝土内，同时注意对传感器振捣时的保护，并将导线放入塑料管引入箱内。这样的布置方式是为了测出温度沿主梁截面高度的梯度变化。具体测点布置如图3所示。
（3）0#块温度测点布置
0#块温度传感器主要是用于测量实际浇筑混凝土的水化热，测量混凝土浇筑后的最高温度。具体布置见图4所示。
（4）1/4跨截面温度测点布置
在每个墩的1/4跨截面布置11个温度测试点。这样的布置方式主要为了测出温度主梁沿截面高度的梯度变化，还可以测出温度沿主梁顶板、底板、腹板厚度的梯度变化。具体测点布置如图5所示。
（6）跨中截面（合龙段）温度测点布置
在每个墩的跨中截面（合龙段）布置8个温度测试点，这样的布置方式主要是为了测出温度沿主梁截面高度的梯度变化以及沿主梁截面横向的梯度变化。具体测点布置如图6所示。
2.2温度变化对高程及应力影响规律观测试验及分析
温度变化对大跨度预应力混凝土连续箱梁在悬臂浇筑中的变形影响比较大，而且随着悬臂长度的增长而增大，因此给合龙带来很大困难，合龙时间不得不选在深夜或凌晨。本桥为了真实的反映温度对大桥结构的影响，结合本桥所处的地理环境对温度变化对高程及应力的影响规律进行现场观测试验，并选择合适的合龙温度进行合龙。观测试验设在38墩上游最大悬臂状态，并在合龙前的一周内进行。为了使观测结果真实的反映温度的影响，停止该出的所有的施工作业，而且临时荷载的堆放要合乎要求。
（1）高程的观测：高程的观测要派专门测量人员对高程变化进行观测，一定认真做好各项观测记录。连续观测24H，每小时观测一次，观测点分别设在18#、19#、20#块上的观测
桩。高程观测记录见表1。
（2）温度的观测：在高程观测的同时对温度传感器及应力传感器进行相应的观测。温度的观测要记录天气情况、观测时间、空气温度、混凝土表面温度、箱内温度以及温度传感器记录的温度，连续观测24H，每小时观测一次。并且在合龙前一周对大气温度进行连续观测。温度观测记录见表2、3。
（3）应力的观测：在高程观测的同时对温度传感器及应力传感器进行相应的观测。在38墩上游20#块上把温度传感器跟应力传感器绑在一起埋在同一个位置，这样温度跟应力的数值是对应的，而且温度梯度也可以测出来，这样混凝土内部温度的变化以及温度梯度对应力地影响就可以测出。连续观测，每小时观测一次。测点布置图见图7。应力观测记录见表4、5、6。
（4）合龙时间的选择：通过观测试验数据，选择温度变化较小的近似均匀温度场和挠度及应力变化较小的温度作为合龙温度，以此对应的时间段作为合龙时间。
表1  20#块高程观测记录表
观测时间
温度（℃）
观测点1（mm）
观测点2（mm）
观测点3（mm）
空气温度
箱表温度
本次变形
累计变形
本次变形
累计变形
本次变形
累计变形
7:00
26.3
22.6
0
0
0
0
0
0
8:00
26.4
24.1
-3
-3
-5
-5
-6
-6
9:00
26.4
27.1
0
-3
-1
-6
-1
-7
10:00
26.5
37.7
-1
-4
-1
-7
-1
-8
11:00
26.5
32.4
0
-4
1
-6
0
-8
12:00
26.6
30.5
-3
-7
-5
-11
-4
-12
13:00
26.8
29
-3
-10
-5
-16
-3
-15
14:00
27.0
28.8
-3
-13
-1
-17
-4
-19
水泥浆比重检测15:00
27.6
33.3
2
-11
4
-13
3
-16
16:00
28.2
28.5
-1
-12
-1
-14
1
-15
17:00
27.8
28.6
1
-11
-1
-15
-1
-16
18:00
27.8
26.3
1
-10
1
-14
1
-15
19:00
27.8
23
0
-10
1
-13
0
-15
20:00
27.9
22.9
1
-9
0
-13
2
-13
21:00
27.9
22.5
2
-7
0
-13
1
-12
22:00
28.0挤压件
22.4
1
-6
4
-9
2
-10
23:00
28.0
22.3
0
-6
0
-9
0
-10
0:00
28.1
22.3
1
-5
1
-8
2
-8
1:00
28.2
22.1
0
-5
2
-6
1
-7
2:00
27.9
21.8
1
-4
2
-4
2
-5
3:00
27.6
21.5
1
-3
1
-3
0
-5
4:00
26.9
21
0
-3
2
-1
1
-4
5:00
26.0
20.6
0
-3
1
0
0
-4
6:00
25.0
20.4
-1
-4
0
0
2
-2
从时间—温度—高程观测记录表可以看出如下规律：
（1）箱梁挠度随温度变化有一定滞后性。由表可以看出温度最大峰值出现在11：00左右，而挠度变形最大峰值出现在14：00左右。可见温度最大的时候并不是挠度变形最大的时候，说明随着温度的变化，箱梁挠度变形并不是马上发生的，箱梁挠度随温度变化有一定滞后性。
（2）温度升高悬臂箱梁产生向下挠曲变形，温度降低悬臂箱梁产生向上挠曲变形。由表可知，从7：00开始温度开始升温，此时箱梁一直产生向下的挠度变形，从15：00开始温度开始降温，此时箱梁一直产生向上的挠度变形。
（3）由于混凝土导热性小，从顶板到底板热传导过程较缓。顶板温度最大值出现在11：00左右，从7：00到14：00处于升温过程，从15：00到6：00处于降温过程。而底板温度最大值出现21：00左右，从7：00到21：00处于升温过程，从21：00到6：00处于降温过程。而且由箱梁不同位置受到太阳辐射的不同，顶板直接受太阳辐射的影响，温度变化比较剧烈，升温较快，降温也较快，温差较大。腹板由于受到翼缘板的遮挡以及底板始终不受日照，所以温度变化较缓，升降温较缓，温差较小。
表2  温度观测记录表
时间
空气温度
（℃）
箱表温度
（℃）
上游腹顶
（℃）
顶板中间
（℃）
下游腹顶
（℃）
上游腹中
（℃）
下游腹中
（℃）
家具附件
上游腹底
（℃）
下游腹底
（℃）
7:00
26.3
22.6
22
21.9
23
21.6
25.9
21.2
21.6
8:00
26.4
24.1
22.4
22.7
23.3
21.7
25.9
21.1
21.6
9:00
26.4
27.1
23.2
25.1
23.8
21.7
25.8
21
21.5
10:00
26.5
37.7
26.6
32.8
26
21.9
25.1
21.1
21.5
11:00
26.5
32.4
28.2
35.6
28.2
22.5
25.3
21.5
22
12:00
26.6
30.5
28.9
34.6
28.7
22.3
25.5
21.6
22.2
13:00
26.8
29
28.7
34.1
29.3
22.3
25.4
21.9
22.6
14:00
27.0
28.8
28.4
32.8
29
22.3
25.4
21.9
22.6
15:00
27.6
33.3
28.1
31.7
29.2
22.8
25.2
22.2
22.8
16:00
28.2
28.5
27.8
31.3
29.5
22.4
25.3
22.4
23.1
17:00
27.8
28.6
27.5
30.8
29.3
22.5
25.4
22.5
23.3
18:00
27.8
26.3
27.2
29.6
28.7
22.5
25.2
22.7
23.2
19:00
27.8
23
25.8
26
27.3
23.1
25.6
22.9
23.3
20:00
27.9
22.9
25.4
25.6
27.1
粉底的原料23.1
25.5
22.9
23.2
21:00
27.9
22.5
25.2
25.1
27
23.1
25.6
23
23.6
22:00
28.0
22.4
25.2
25.2
27.1
23
25.5
23
23.5
23:00
28.0
22.3
25.3
25.3
27
23.1
25.6
23.1
23.3
0:00
28.1
22.3
25.3
25.4
27.1
23
25.6
23.1
23.2
1:00
28.2
22.1
25.2
25.3
26.9
22.9
25.4
23
23.1
2:00
27.9
21.8
25.1
25.2
26.8
22.7
25.2
22.9
23
3:00
27.6
21.5
24.9
25
26.5
22.4
24.9
22.9
22.9
4:00
26.9
21
扬声器结构
24.6
24.5
26.1
21.8
24.3
22.6
22.7
5:00
26.0
20.6
24.1
24
25.3
21.3
23.8
22.4
22.5
6:00
25.0
20.4
23.5
23.6
24.4
21
23.3
22
22.1

本文发布于:2024-09-22 13:44:53，感谢您对本站的认可！

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