寒流作用下钢管混凝土高墩温度场观测与效应分析文献学习体会

文献概况与研究价值

刘扬和肖新辉发表于《公路交通科技》2011年第28卷第7期的这篇论文，基于雅泸高速公路腊八斤特大桥温度场连续观测数据，系统研究了寒流作用下钢管混凝土高墩温度场的分布规律和变化特征。研究利用数理统计方法拟合了截面寒流降温模式的温度梯度，揭示了钢管混凝土柱截面径向温度变化和腹板温差的数学表达形式，并分析了负温差对高墩结构内力和变形的影响。

钢管混凝土高墩是桥梁工程中的重要结构形式，其温度效应直接关系到结构的安全性和耐久性。该研究对于桥梁钢管混凝土结构的设计、施工和运营维护具有重要的工程指导价值。

温度场观测与数据分析

温度场分布规律

研究通过连续观测获得了寒流作用下钢管混凝土高墩的温度场分布数据，揭示了以下关键规律：

钢管混凝土柱截面径向温度变化中，越靠近钢管中心，温度变化越滞后于大气温度的现象，反映了钢管与混凝土之间的热传导特性差异。钢管的热导率较高（约50W/m·K），而混凝土的热导率较低（约1.7~3.0W/m·K），两者之间的热传导界面形成了温度梯度的过渡区域。

温度梯度拟合模型

研究采用三次多项式拟合径向温度梯度，采用指数函数拟合腹板温差。这一数学表达对于工程计算具有重要的实用价值：

1. 三次多项式模型：能够准确描述径向温度梯度的非线性变化特征，适用于截面温度场的精确计算。
2. 指数函数模型：能够反映腹板温差随厚度的衰减规律，便于快速估算腹板温度效应。

温度效应对结构的影响分析

负温差效应

寒流作用下产生的负温差（即结构温度低于环境温度或设计基准温度）使高墩表面产生较大的拉应力与墩顶偏位。这一效应对成桥后的结构内力有着不可忽视的影响。

从钢管制造与焊接的角度来看，温度效应对钢管混凝土高墩的影响主要体现在以下方面：

1. 钢管与混凝土的界面应力：温度变化引起的钢管与混凝土之间的相对变形会在界面产生剪应力，长期反复的温度循环可能导致界面粘结性能退化。
2. 钢管焊缝的疲劳损伤：温度应力与车辆荷载、风荷载等动荷载的叠加可能加速焊缝的疲劳损伤，特别是在焊缝热影响区。
3. 钢管腐蚀加速：温度变化引起的干湿循环和冻融循环会加速钢管的腐蚀，特别是在存在氯离子侵蚀的环境中。

工程实践启示与思考

该研究为钢管混凝土高墩的温度效应分析提供了可靠的观测数据和数学模型。在实际工程中，建议采取以下措施控制温度效应的影响：

1. 设计阶段：充分考虑温度荷载的组合作用，在温度应力计算中采用合理的温度梯度模型，避免采用过于简化的均匀温差假设。
2. 施工阶段：控制混凝土浇筑温度，采用分层浇筑和保温养护措施，减少施工期温度应力。
3. 运营阶段：建立温度监测与结构响应监测体系，定期评估温度效应对结构性能的影响。

从钢管制造质量控制的角度，建议对钢管混凝土高墩用钢管提出以下特殊要求：钢管材质应具有较好的低温韧性（特别是用于寒冷地区时），钢管焊缝应进行100%无损检测，钢管表面应进行有效的防腐处理以抵抗温度循环引起的腐蚀加速。

该文献的研究成果对于桥梁钢管混凝土结构的温度效应设计具有重要的参考价值，也为后续开展更深入的寒流作用下钢管混凝土结构性能研究奠定了基础。随着桥梁建设向高墩大跨方向发展，温度效应研究的重要性将日益凸显。