混凝土箱梁温度作用分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com◎s一⋯G—s混凝土箱梁温度作用分析李福鼎[上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海200092]摘要：从实际工程设计角度出发，建立实体模型分析了温度应力的分布规律，并将其纵向应力计算结果与相应杆系模型和初等梁理论结果进行了对比分析。同时对影响箱梁横向温度应力分布的一些因素进行了参数分析，在对不同参数计算结果进行对比分析的基础上，总结出了箱梁横向温度应力分布的规律，并提出了一些建议以供设计人员参考。关键词：温度应力；梯度温度；自应力；顶板；腹板；承托0引言力理论解、

2、平面杆系模型解和实体模型解之间的差异由于混凝土的导热系数小，在外部温度急变的情来分析梯度温度应力计算假设的合理性和适用性，并况下，箱梁内部温度的变化存在明显的滞后现象，导致由实体模型分析结果得出箱梁梯度温度应力的分布规每层混凝土所得到或扩散的热量有较大的差异，形成律。由于结构升温和降温所产生的温度应力分布具有非线性分布的温度状态_1]。这种非线性温度沿桥长方相似性，以下计算仅以梯度升温为例。向的分布是比较接近的，工程上可以忽略这个方向的1．1纵向温度自应力温度作用的影响，而只考虑桥梁竖向的非线性温度分由于结

3、构的温度约束应力与外部边界条件密切相布。箱梁竖向沿梁高的温差通常可简化为方程为T关，其计算方法十分明确，因此本文只讨论箱梁纵向梯一T／e-的曲线分布，目前国内外的桥梁规范都是将度温度自应力分布。为了消除边界条件的影响，通过箱梁温差曲线分布近一步简化为多段线分布(以下简建立20m简支箱梁模型来分析箱梁的温度白应力，平称为梯度温度分布)。根据简化的梯度温度分布，假定面杆系和实体模型分别采用Midas和Ansys通用有各向温度应力分量互相独立可以分别计算，以结构力限元程度。箱梁横断面如图1所示。学方法计算单向温度

4、应力，然后叠加组合形成多向温度应力分布。在这计算过程中一般采用以下假定：假定混凝土材质是均质、各向同性的；在未发生裂缝之前，符合弹性变形规律；满足平截面假定。TB1002．3-2005((铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计图1箱梁横断面图(单位：cm)规范》和JTGD62—2004(公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，也都按此方法计算箱梁温度(1)温度自应力梁理论解。假设温度梯度分布函应力。数为T一T(y)，则纵向沿梁高各点的自由变形为e()一aT()(a为材料的线膨胀系数)，根据平截面假1箱

5、梁温度作用计算模型定，箱梁的变形需要满足线性分布，假设分布函数为根据规范的梯度温度作用假设条件，可将混凝土￡()一￡oq-py：箱梁梯度温度分布产生的温度应力分为温度自应力和式中￡。为Y一0处应变值；p为截面变形后的曲率。约束应力。温度自应力是因为梯度温度作用产生的变自由变形e()和满足平截面假定的线性变形e形需要满足平截面假定而产生的；温度约束应力是由()之间的差值即为梯度温度产生的应变￡(Y)一aT于外部条件约束结构变形而产生的。但是，在规范梯()-$。-py。由于结构外部无荷载作用，自应力在截度温度作

6、用下，实际的箱梁结构产生的变形是非线性面上处于自平衡状态，根据平衡方程∑N===0和EM一的，不一定满足平截面假定。以下通过比较温度自应0，可解得￡。和p值，代入温度白应变方程即可得到温收稿日期：2Ol4一O627度白应力的为()一EE()。54上踢么咯N。．32o14学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com◎支点和跨中截面顶板顶底缘横桥向应力值，如图9和部设置一般约束，以顶板顶缘为参考对象来分析横桥图10所示(单位MPa、m)：向温度应力分布变化规律。2．1顶板跨度和厚度理

7、论上，顶板跨度增加或厚度的减小都使得顶板的横向线刚度减少，顶板的横向温度应力峰值减少，反之则会增加。且顶板厚度与线刚度是三次方关系，而顶板跨度与之是线性关系。因此，顶板应力峰值受顶板厚度改变的影响更为明显。横向温度应力峰值随顶板厚度变化的分布规律分别如图11所示。由图可知：随着顶板厚度的增加，横向最大温度图9箱梁顶板顶缘横桥向温度应力图拉应力先随之增加，等达到应力峰值后随之减小。拉应力峰值所对应的顶板厚度大致与温度梯度竖向变化高度相同。≥。0，、；：9．、，’’，’’’、、u2．5-_．I＼1_I1．l一2

8、1。If一hIl_1．5／A●／—8——3x30Ⅱ辨中界面1——3×30m支点界面——20m跨中界面0．50图10箱梁顶板底缘横桥向温度应力图由上述计算结果可知：顶板厚度／m箱梁横桥向温度应力受纵向约束条件影响较小，图11横向温度应力峰值变化图(顶板厚度)简支箱梁和连续箱梁横桥向应力分布规律相同，且跨横向温度应力峰值随顶板跨度变化的分布规律如中顶板应力峰值较为接近，支点处顶板应力峰值比跨图12所示。由图可知：顶板