桥梁结构梯度温度作用效应分析.pdf

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1、２０１６年第１４期（总第１９１期）江西建材交通工程桥梁结构梯度温度作用效应分析１２■姚常伟，代万品■１．贵州师范大学材料与建筑工程学院，贵州贵阳５５００２５；２．贵州工商职业学院建筑工程学院，贵州贵阳５５１４００摘要：桥梁结构处于自然环境中，将受到温度作用的影响。温度作用有两种形Ｉ＝Ｉ－Ａｙ２———对截面形心轴ｙ的惯性矩。ｃｘｃｃ式，一是常年气温变化，即均匀温度作用，二是太阳辐射引起的骤然升降将式⑺⑻代入⑷式可解得自约束应力：温等短时温度变化，即梯度温度作用。而非线性分布温度即梯度温度的αＥｃαＥｃ（ｙｃ－ｙ）作用往往是设计的控制因素，要了解这两种不同的作用形式对结构受力σε（ｙ

2、）＝－Ａ∫Ｔ（ｙ）ｂ（ｙ）ｄｙ＋Ｉ∫Ｔ（ｙ）ｂ（ｙ）（ｙ－ｙｃ）ｄｙｃ的影响，首先要清楚其对应力分布的影响。基于此还可以解释混凝土箱＋αＥｃＴ（ｙ）⑼形截面梁桥裂缝产生的原因，以及在设计中如何予以充分考虑。此处，令Ａ＝Ａ０；Ｉｃ＝Ｉ０；关键词：桥梁结构均匀温度梯度温度αＥｃ∫Ｔ（ｙ）ｂ（ｙ）ｄｙ＝ＡｙｔｙαｃＥｃ＝Ｎｔ；桥梁结构处于自然环境中，将受到温度作用的影响。温度作用有两αＥｃ（ｙｃ－ｙ）０种形式，一是常年气温变化，即均匀温度作用，二是太阳辐射引起的骤然－Ｉ∫Ｔ（ｙ）ｂ（ｙ）（ｙ－ｙｃ）ｄｙ＝－ＡｙｔｙαｃＥｃｅｙ＝Ｍｔ；ｃ升降温等短时温度变化，即梯度温度作用。日照温差

3、对结构的影响随选αＥｃＴ（ｙ）＝ｔｙαｃＥｃ；σε（ｙ）＝σｔ。取的温度场的不同而不同，所以梯度温度作用较为复杂。同时，由于梯即可得到《公预规》（ＪＴＧＤ６２—２００４）附录Ｂ的正温差应力计算度温度作用不是均匀温度场，因而将引起箱梁的弯曲变形，导致结构产公式：生次内力，并且产生较大的温度自内力。因此对梯度温度作用进行力学－ＮＭ０ｔｔ分析，可以对结构的配筋设计和施工控制起到一定的指导作用。σｔ＝＋ｙ＋ｔｙαｃＥｃ⑽Ａ０Ｉ０１构件截面的自约束温度效应若要计算反温差应力，则将Ｎ、Ｍ０、σ表达式中的ｔ取负值。若ｔｔｔｙ采用平面杆系模型分析混凝土桥梁的温度作用效应，假定沿构件要计算连续梁温

4、差应力，尚应计入温度作用次弯矩，即将Ｍ０改以Ｍ＝ｔｔ长度方向的温度分布是均匀的，并略去截面局部变化导致的温差分布′０Ｍｔ＋Ｍｔ代之。微小差别；混凝土材料为均质、各向同性，在未出现裂缝之前符合线弹２温度梯度模式性变形规律；构件变形后截面仍为平面。因积分变量σε（ｙ）是Ｔ（ｙ）的函数，故ε０与ρ的大小由Ｔ（ｙ）的函以沿构件高度方向的温度分布进行温度应力分析（图１），假设沿数构成决定。构件高度方向由温度分布产生的自由应变表示为：－ｃｙｙ２．１当Ｔ（ｙ）呈非线性变化，取Ｔ（ｙ）＝Ｔ０ｙｅ时εＴ（ｙ）＝αＴ（ｙ）⑴－ｃｙｙ将Ｔ（ｙ）＝Ｔ０ｙｅ代入式⑺⑻式得：式中：α———混凝土的线膨胀系数

5、；Ｔ（ｙ）———沿构件高度方向的温度分布。ε＝αＴ０ｙ(ｃｙｈ／２－ｃｙｈ／２)＝２αＴ０ｙｓｈ(ｃ)０ｃｈｅ－ｅｃｈｙｈ／２ｙｙ１２αＴ０ｙ２．ｃｈρ＝３[ｓｈ(ｃｙｈ／２)－ｈ(ｃｙｈ／２)]ｃｙｈｃｙ将其代入（４）式得自约束应力，σε（ｙ）＝ＥｃαＴｅ－ｃｙｙ－２αＴ０ｙ２４αＴ０ｙ．．ｓｈ()１２αＴ０ｙ．ｙ．ｃｈ()图１温度自应力计算示意图[０ｙ(ｃｈ＋ｃ２ｈ３ｙ)ｃｙｈ／２＋ｃｈ２ｃｙｈ／２]ｙｙｙ自由应变将受到平截面应变条件的约束，故实际应变应以如下形式中：ｈ———构件截面的高度；Ｔ０ｙ———构件截面高度方向的温差；式出现：ｃｙ———指数系数。ε（ｙ）＝ε０＋ρｙ⑵

6、由此可知，即使无外部多余约束自约束应力也不为零，而是ｙ的函式中：ε０———ｙ＝０时截面的应变值；数。这一结论也可以这样来解释，呈非线性变化ρ———单元梁段挠曲变形后的曲率。的温度梯度，将使梁截面上的不同纤维层产生不于是，以上应变差将产生的自约束应变和应力分别为：相同的伸缩变形，根据梁在挠曲变形时服从平截εσ（ｙ）＝εＴ（ｙ）－ε（ｙ）＝αＴ（ｙ）－（ε０＋ρｙ）⑶面假定，截面上各纤维将因相互约束而产生自约σε（ｙ）＝Ｅεσ（ｙ）＝Ｅｃ［αＴ（ｙ）－（ε０＋ρｙ）］⑷束应力。式中：Ｅｃ———混凝土弹性模量；２．２《桥规》取用的梯度温差模式其余符号意义同前。《通规》（ＪＴＧＤ６０—２

7、００４）取用图２所示的在无其他外力作用的情况下，由截面内力平衡条件可解得ε０与ρ，梯度温差模式。图２梯度温度进而求得自约束应力σ（ｙ）。（尺寸单位：ｍｍ）εＨ－１００（Ｈ＜４００ｍｍ）混凝土梁Ａ＝{由截面轴力平衡条件Ｎｘ＝０，得：∫σε（ｙ）ｂ（ｙ）ｄｙ＝０⑸３００（Ｈ≥４００ｍｍ）组合结构Ａ＝３００ｍｍ由截面力矩平衡条件Ｍｚ＝０，得：∫σε（ｙ）ｙｂ（ｙ）ｄｙ＝０⑹其相关温度基数列于下表１。联立⑸⑹式解得：表１正温差梯度温度基数ρ＝αＴ（ｙ）ｂ（ｙ）（ｙ－ｙ）ｄｙ⑺结构类型