环境作用下钢管混凝土桥梁温度研究综述

刘永健1,2,闫新凯3,刘江1,陈宝春4,姜 磊1,吕毅1(1.长安大学公路学院;2.重庆大学土木工程学院;3.宁波工程学院建筑与交通工程学院;4.福建理工大学土木工程学院)

摘要:为提高钢管混凝土桥梁应对温度响应的能力,梳理了钢管混凝土桥梁在水化热和环境因素影响下面临的关键温度问题,总结了钢管混凝土桥梁施工和运营阶段温度作用与效应、界面热脱黏以及温度效应计算方法等的研究进展,探讨了未来的研究方向。研究结果表明:施工阶段,空钢管拼装受日照温度场影响显著,需对拼装线形进行精准调控,管内混凝土水化热导致大管径(大于1.2m)截面的温升和里表温差均超过30℃,开裂风险较高,钢管混凝土拱的合龙温度取值存在争议,需结合累积内力反算;在运营阶段,气温变化和太阳辐射分别引起均匀温度和截面非线性温度梯度(温差大于10℃)作用,温度效应对钢管混凝土桥梁的应力、内力、变形和稳定性均有较显著的影响,并通过加速混凝土徐变改变结构的长期响应;钢管与核心混凝土间温差易诱发钢-混界面拉应力超限和热脱黏,脱黏高度为0.03~0.72mm,通过红外热成像和分布式光纤等热感知技术可有效检测界面脱黏。现有规范对温度作用模式和线膨胀系数等的界定尚存不足,热弹性力学分析和能量法等解析法以及精细化热-力耦合模拟为温度效应计算提供支撑,未来需进一步研发低水化热和辐射吸收率材料,推广界面连接件应用,开展长期热损伤演化评估以及优化超大跨钢管混凝土桥梁温度控制策略,并完善相关设计规范。研究结果为钢管混凝土桥梁的高品质建造与长寿命运维提供理论参考。

关键词:桥梁工程;钢管混凝土桥梁;综述;温度效应;水化热;温度梯度;热脱黏