大跨径连续刚构桥的温度效应分析

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1、大跨径连续刚构桥的温度效应分析-->第一章绪论1.1引言随着我国经济水平的不断提高和科学技术的快速发展，交通建设事业发展迅猛，特别是桥梁建设取得了飞速发展和辉煌成就。同时随着桥梁设计理论和施工工艺逐渐提高，桥梁结构逐渐向大跨、轻型、薄壁、高墩方向发展，各种横跨山川、江河、湖海、峡谷并且功能齐全和造型美观的大跨径桥梁如雨后春笋般建成，经过近几十年的发展，我国大跨径桥梁的建筑速度和规模已跻身世界先进水平。而大跨径预应力混凝土连续刚构桥以其较为合理的悬臂施工工艺、跨越能力大、受力合理、整体性好、造型美观、行车平顺等优点，在我国受到广泛应用。然而自然环境中的混凝土结构长期在自然

2、界气温变化、太阳辐射、风霜雨雪等天气变化的影响下，不可避免地受到日照温度、骤然降温和年温变化等温度变化。统计数据显示，近20年国内外建成的大跨径梁桥结构中，大跨径预应力混凝土箱梁桥，特别是大跨径连续刚构桥中，温度作用产生的应力和变形不可小视，混凝土箱梁在温度作用下产生的应力和变形直接影响到结构的安全性、适用性和耐久性，越来越引起国内外学者的研究和重视。近50年来国内外都发现由于温度应力导致混凝土结构发生严重开裂和破损的事故。例如在国外，德国Jagst厚腹板箱梁桥通车第五年就发现严重裂缝，经估算温度拉应力高达2.6MPa；通过对美国Champigny箱梁桥支座反力观测，经

3、计算底板下翼缘应力最大可达3.92MPa；以及由于日照大温差影响，新西兰一座新市场高架桥严重裂损。在国内，九江长江大桥引桥40米箱梁、通惠河连续箱梁、漓江二桥箱梁等也都发生了裂缝[1]。还有一些工程实例告诉我们，温度作用产生的局部应力已经与恒载、活载产生的应力属同一个数量级，甚至比营运期间汽车荷载产生的应力还要大，温度应力已经成为是预应力混凝土桥梁结构产生裂缝的主要原因之一，因此在桥梁设计计算和施工营运阶段均需重视温度效应的影响。研究大跨径连续刚构桥的温度荷载的分布和计算方法，以及研究连续刚构桥在温度荷载作用下的内力、应力和变形分布规律是非常有必要的。本文以苏通大桥辅航

4、道桥为研究对象，对其温度效应进行研究和分析。.....1.2大跨径连续刚构桥的特点和发展概况刚构桥是指桥跨结构（主梁）和墩台整体相连的桥梁，连续刚构桥是指主梁连续的多跨刚构桥，是在预应力混凝土连续梁和T形刚构的基础上发展起来的一种墩梁固结的组合体系桥梁。连续刚构桥利用桥墩的柔性（薄壁或高墩）来适应由预应力、混凝土收缩徐变和温度变化等引起的结构变形，而上部主梁仍主要保持连续梁的特性，体现出来T形刚构和连续梁的优点同时避免其不足之处，因此是一种非常理想的桥型，连续刚构桥的主要特点为[2]：（1）至少两个以上主墩采用墩梁固结，主墩有一定柔度适应上部结构的纵向变形。（2）通常主

5、梁截面采用变截面，并采用悬臂挂篮施工，施工过程无体系转换，从而避免更换支座。（3）除了混凝土收缩徐变和温度变化对上部结构受力的影响不同，上部结构在受力方面和连续梁一样，桥墩的柔度使其所受弯矩减少，而墩梁固结处的力学特性与刚架类似；由于连续刚构桥为多次超静定体系，混凝土收缩徐变、温度变化以及墩台不均匀沉降等会对结构产生比较大的附加内力。（4）边跨桥墩高度比主墩矮，相对刚度较小，起不到摆动作用，为满足上部结构变形的需要，可以通过将边跨墩梁做成铰结连接或设置支座，或在墩底设置弹性支承，进而减小上部结构或地基对桥墩的约束，达到降低桥墩自身刚度的目的。（5）伸缩缝的位置设置在连续

6、梁的两端，一般设置在桥台位置处，对于长桥可以设置在铰接缝处；并且较大的纵桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度能满足大跨径连续刚构桥的受力要求。.......第二章混凝土桥梁的温度效应理论2.1概述长期暴露在自然环境中的大跨径箱梁和空心薄壁高墩，在受到太阳辐射、冷空气以及风霜雨雪等气候变化的影响，结构表面温度迅速变化，而结构内部大部分区域温度仍保持不变。因此桥梁结构内部就会产生不均匀分布的温度场，并导致热胀冷缩变形，但这种膨胀和收缩由于结构内部各部分之间的相互约束和边界条件的限制，不能够立刻发生，这时就会在结构内部产生一种约束应力，即温度应力。温度应力分为温度自应力和温度次应力。

7、温度自应力也称为内约束应力，是指结构内部构件单元纤维之间的温度不同，因截面整体要服从平截面假定，结构内部各纵向纤维的应变受到截面整体的相互约束所产生的自相平衡的纵向约束应力；温度次应力也称为外约束应力，是指由于结构体系内部各构件之间的温度不同，各构件产生的不同变形受到结构外支承约束阻碍时所产生的温度二次力。线性温度分布在静定体系和超静定体系中都不会产生温度自应力；非线性温度分布在静定结构中只产生温度自应力，在超静定体系中还会产生由多余约束引起的温度次应力。温度应力的研究最早以年温度变化产生的均匀温度分布为依据，然而随着桥梁结构理论的研究与