浅析混凝土箱梁桥温度应力

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1、浅析混凝土箱梁桥温度应力谢群金玲（江西省交通设计院南昌330002）摘要：通过理论推导温差荷载公式，对比国内外几种规范对温度荷载图式；举例对一大跨径连续梁桥的温差荷载效应进行计算分析，计算结果显示在主梁下缘产生较大弯矩，它与收缩徐变产生的应力组合将产生较大的拉应力，设计中应给予特别重视。关键词：桥梁工程;混凝土箱梁;温度荷载;温度应力;温度荷载图式320前言从20世纪60年代以来国内外都发现由于温度应力而导致混凝土桥梁严重裂损事故。事实证明在没有考虑温差应力的设计中，认为桥梁在计算荷载作用下结构如无拉应力，则在使用过程中就不会出现拉应力是错误的。这是由于在

2、太阳辐射作用下，桥梁的向阳面温度变化很快，而背阳面由于混凝土热导系数约为1.16W/m*s*0c(约为黑色金属的1/27)，故背阳面温度变化很小，这样使箱梁产生很大的温度梯度（一般均能达到200C~300C）。由于存在过大的温差,必然导致箱梁变形；当箱梁纵横向纤维受约束或超静定结构多余约束的制约时，则必然在梁体内产生很大的温度应力。因此混凝土箱梁有很多是由于没有考虑温度应力而开裂甚至破坏的。1理论浅析实际工程中为了简化温度荷载效应的计算通常采用热传导微分方程求解：即T=f(x,y,z,t)。根据热传导理论对于均质各向同性的混凝土，按弹性力学推导可得：式中：

3、λ-混凝土热传导系数；C-混凝土比热系数；γ-混凝土容重；q-混凝土单位体积内放出的热量。采用边界条件为表面温度T，则T是时间已知函数，即：T(t)=f(t)。由温度场有限元分析法（研究平面非稳态、无内热源温度场的有限元解法），根据变分原理，考虑泛函：右式第一项求解域R中面积分，第二项为沿边界C的线积分；G(T)是温度场T的函数，F(T,Tx,Ty,Tt)是温度场T的梯度的函数，显然泛函的值决定T、Tx、Ty和Tt的值。在区域R内满足热传导方程：式中：-导温系数，。2工程实例由工程实测资料分析表明：在桥长方向的温度分布一般总是很接近的，可以忽略桥长方向温差

4、的微小影响。在梁高较小时，垂直方向热传导远大于水平方向，往往可以忽略水平方向很小的热传导，用垂直方向一维热传导状态来分析；在梁高较高时，若忽略角隅处复杂热传导状态，可用垂直和水平拉两个方向各自的一维热传导状态分别计算，然后叠加。于是温度应力就简化为计算一维热传导问题：对于壁板结构，在近似认为其为一块半无限厚板，并假定气温变化为谐波情形下，可得第一类边界条件的弹性力学解：式中：A0–壁板表面温度波动值–圆频率(2π/24)x-计算点至板表面距离t-时间从工程设计应用角度考虑，计算一般以某一时刻最大温差荷载为控制，即32各国大多采用此公式；因为公式采用第一类边

5、界条件时，影响其外部主要因素只有太阳辐射强度、气温变化、风速等几项。我国及其他国家根据各自国家的特点和各种模型试验结果，得出非线性规律，因而各国规范的温度荷载图式各不相同。现列出国内外几种规范的温度荷载图式:图1交通部JTJ021-89图2新西兰规范图3中国待业标准JIGD60-2004a）b)a)升温b）降温图4英国BS5400规范中箱梁顶板温差分布根据上面几种规范规定，取一跨径组合为：70m＋110m＋110m＋70m＝360m的连续梁桥为例，该桥为双向六车道，单幅宽17.35m,主梁形式为单箱双室，顶板宽17.35m,底板宽10.25m,梁底按２次抛

6、物线变化，根部梁高6.30m，跨中合拢段梁高2.5m，顶板厚0.26m,底板厚0.25m~0.70m；腹板厚度为0.4m~0.5m。根据平面有限元理论，采用桥梁博士进行计算分析，全桥共划分140个单元坐标系及，单元划分及箱梁横断面如下图所示：（对于曲线温度梯度模式，采用多点拟合的方法进行模拟）计算结果如下表：图570+110+110+70m连续梁结构单元划分图图6半幅桥箱梁横断面表1各种规范体系升温时温度变化值规范顶板升温℃底板升温℃交通部JTG021-895—中国行业标准JTGD60-200414—新西兰规范321.5英国BS5400规范13.52.5表

7、2各种规范在温升荷载作用下引起的弯矩值103kN*m截面位置弯矩值汽车活载Mmax工况1工况2工况3工况4边跨跨中6.48.58.98.430.6支点截面14.216.216.51720.6中跨1/4截面12.314.814.514.714.1中跨跨中9.712.512.913.328.5表3各种规范体系降温时温度变化值规范顶板升温℃底板升温℃交通部JTG021-89-5—中国行业标准JTGD60-2004-7—英国BS5400规范-8.4-6.5表4各种规范在温降荷载作用下引起的弯矩值103kN*m截面位置弯矩值汽车活载Mmax工况1工况2工况4边跨跨中

8、6.43.87.630.6支点截面14.27.614.320.6中