混凝土梁桥的温度应力分析及梯度选择

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1、万方数据第29卷第3期209年6月中外公路337文章编号：1671—9．579(2009103--0337--07混凝土梁桥的温度应力分析及梯度选择吕婷。刘静。葛胜锦(中交第一公路勘察设计研究院有限公司．陕西西安710075)摘要：文章从温度应力对桥梁结构的影响出发，简述了温度应力的计算原理，温度梯度曲线的选取原则，并参照多个国家的不同温度梯度曲线，对结构进行了详细的温度应力计算分析比较．进而提出了符合阿尔及利亚东西高速公路建设项目实际情况的温度梯度曲线，介绍了设计、计算时需要注意的事项，论述了温度应

2、力分析和温度梯度选择的重要性。关键词；温度应力；温度梯度曲线；混凝土梁桥1温度应力对混凝土梁桥的影响桥梁结构长期受自然界气温的变化与日照热辐射、寒冷骤降温等作用，由于混凝土材料导热系数小，使桥梁表面温度迅速上升或降低，而结构内部温度仍处于原来状态，从而使结构各部分处于不同的温度状态。由此产生的温度变形，当被混凝土结构的纤维变形约束时，会产生较大的温差应力，对于混凝土梁桥，温度应力有时甚至比活载产生的应力还要大。有关研究数据表明，箱形梁桥和板梁桥的桥面板表面和下边缘之间的温差可达27---,33℃，从而

3、会产生可观的温度应力。温度应力在工程结构中客观存在，由于处理不当而导致混凝土结构严重裂损的事故也时有发生。因此，在结构设计和计算时，必须充分考虑温度应力的影响，合理选取温度梯度曲线和温度峰值，来有效控制混凝土裂缝，保障桥梁结构安全。2温度应力的计算原理桥梁结构温度应力计算采用力等效原理。温度自应力计算：设日照温度沿任意截面按任意曲线T(y)分布，取一单元梁段长，设梁截面变形服从平截面假定，所以截面实际变形后为图1所示直线，截面各纵向纤维间自约束变形如图中阴影所示，设受压为正，则由￡，(y)产生的自约束

4、应力为：Z(3，)=E[aT(y)一(e。+以)](1)式中：口为材料线膨胀系数；e。为梁底变形值；妒为梁体收稿日期：Z008一10—25截面挠曲变形曲率。利用力法基本原理，综合考虑温度自应力和温度次力矩Ml7，得连续梁内总的温度应力：暖『．概k一田1日照温差变形示意^，r，O'j(y)=EEaT(y)一(e。+炒)]+等勺(2)■由式(2)可知，温度梯度曲线对温度应力影响很大，如果温度梯度曲线选取不当，即使增大温度设计值，亦不能保证结构的抗裂性。这是由于温度自应力会导致在任意截面上的温度应力达到一定

5、数值，有可能增加腹板的主拉应力，恶化斜截面的抗裂性。因此，在进行桥梁结构设计时，应当合理选取与桥位实际情况相适应的温度梯度曲线。3温度梯度曲线选取原则选取合理的温度梯度曲线是正确计算温度应力的前提。影响温度梯度曲线变化的因素很多，主要包括桥位所处的地理位置，地形地貌条件，结构物的方位与朝向，太阳辐射强度，日照时间，季节气温变化，云、雾、雨、雪等。通常，由于季风的影响，处于海洋性气候带的桥梁结构比大陆性气候带所受的日温差要小；因大万方数据338中外公路第29卷气污染所形成的空气浑浊度增大等因素作用，处于

6、城市附近的结构的温差比山区要小；处于山区的桥梁结构由于地形地貌的影响(如处于背阳面时)，温差也会减小。因此，采用温度梯度曲线进行结构设计时，应根据桥梁所处的环境等具体情况合理选取。各国学者对温度应力的影响做了大量研究，拟定了温度梯度曲线并写入了结构设计规范。然而，由于各国所处的地域不同、国情不同，其规范规定也不尽相同。首先，不同国家的地理位置不同，地形地貌迥异，其日照辐射强度、日照时间不尽相同；其次，不同国家的传统习惯不同，梯度曲线形式各异，如折线、指数曲线、线性曲线等；第三，不同国家的国情不同，常采

7、用的桥梁结构也不一样，比如日本大量修建钢桥，由于钢结构的导热系数好，因而日本的梯度曲线相对简单。阿尔及利亚东西高速公路建设项目地处北非，沿线地形以高原和山地为主，局部位于平原，北临地中海、南邻撒哈拉沙漠，属地中海气候。年平均温度17℃，1月最低温度5℃，7、8月最高温度超过30℃，夏季湿度为60％，冬季湿度为80％。该国目前尚无系统完整的规范体系，桥梁结构设计通常采用以法国为主的欧洲标准。然而，两国地域、国情差别较大，且法国规范对温度梯度曲线的规定是沿桥面板厚度线性变化，这并不完全符合项目要求。在缺乏

8、实测资料的情况下，建议对不同规范的温度梯度曲线进行计算分析和比较，并结合项目实际情况拟定合理的温度梯度曲线。4不同规范的温度梯度曲线4．1中国公路桥规温度梯度曲线我国《公路桥涵设计通用桥规》(JTGD60—2004)所规定的温度梯度曲线借鉴了美国的AASHTO规范。我国各地太阳辐射强度差异不是很大，考虑到美国规范的温度曲线简单易于计算且较为接近我国实际情况(我国和美国所处纬度差不多)，现行规范选取了AASHTO规范中的第2气候区温度特征值，并结合国情做了