浅析混凝土箱梁桥温度应力.doc

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0前言从20 ill：纪60年代以来国内外都发现山于温度应 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 是错误的这是山于在太阳辐射作用下，桥梁的向阳 而温度变化很快，而背阳而山于混凝土热导系数约为 1. 16W/m*s*c(约为黑色金属的1/27),故背阳而温度 变化很小，这样使箱梁产生很大的温度梯度(一般均 能达到20C ^30C)o山于存在过大的温差，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山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) o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：。

6T d2T ST、 dT/t (——-+ ——-+ ——)=cv qdx2 dy2 dz2 dt式中：入-混凝土热传导系数；C-混凝土比热系数；y -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)0山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：n(T)= \\F(TJxJyJ^lxdy+\G(T)dsR c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7” =丑八=M及口 =汶的dx dy dt函数，显然泛函n(T)的值决定T、Tx、Ty和Tl的值在区域R内满足热传导方程：d2T d2T 1 cT _dx2 + dy2 ~ ~a~d7~式中：导温系数，6Z = A /c Y o2工程实例山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IE温差的微小 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 隅处夏杂热传导状态，可用垂直和水平拉两个方I可各 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：T(x,f) = 痴腿x sin(cor- Jco/2ax)式中：Ao -壁板表面温度波动值0)-圆频率(2几/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T(x) = Ae^^各国大多采用此公式；因为公式采用第一类边界条件时，影响其外部主要因素只有太阳辐射强度、气 温变化、风速等儿项我国及其他国家根据各n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儿 种规范的温度荷载图式：表1各种规范体系升温时温度变化值规范顶板升温P底板升温C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图1交通部JTJ021-89图2新西兰规范截而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9.712.512.913328.5表2各种规范在温升荷载作用下引起的弯矩值 1OkN*m图3中国待业标准JIGD60-2004hl*O. 3h"0. inm0. o.:uco.务h3 = 0. 3h< (C ■厚度 Jhl -hl O. 2h^U：250.址，。

b) b)降温a)a)升温图4英国BS5400规范中箱梁顶板温差分布根据上面儿种规范规定，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. 25nT0. 70m；腹板厚度为 0. 4nT0. 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5 70+110+110+70m连续梁结构单元划分图表3各种规范体系降温时温度变化值规范顶板升温“C底板升温C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 10kN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6.43.87.630.6支点截面14.27.614.320.6中跨1/4截面12.36.413.914.1中跨跨中9.75.310.428.5表中：工况1-根据交通部JTJ021-89计算；工况2-根据中国行业标准JTGD 60-2004计算值;工况3-根据新西兰规范计算值；工况4-根据英国BS5400规范中箱梁顶板温差 分布计算值。

3结语通过上述计算结果的分析对比可知：%1 交通部JTJ021-89按5度温升考虑的相对要小 些Q%1 于混凝土箱梁桥在温度荷载作用下，主梁下缘 将产生较大的正弯矩，它与徐变荷载相组合将产生很 大的弯矩（数值比汽车荷载大），这将极大的降低主 梁抗裂性能，在设计中应给予充分重视（即要求设置 足够的横I可预应力或足够的防温度应力钢筋）1 计算中要根据各地特征适当考虑梁升温和降 温过程图6半幅桥箱梁横断面参考文献：［1］ 项海帆、姚玲森.高等桥梁结构理论国〕.北京：人民交 通出版社.2001；［2］ 刘兴法.混凝土结构的温度应力分析［M］北京：人民交 通出版社.1991；［3］ JTJ023-85,公路桥梁设计规范［S］；［1］ JTGD60-2001,公路桥涵设计通用规范［S］；。