２０１５年第２期 黑龙江交通科技 ＨＥ ＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪＩ Ｎｏ．２，２０１５ （总第２５２期） （Ｓｕｍ Ｎｏ．２５２） 预应力混凝土箱型梁桥温度效应分析 乔阳 （河北省交通规划设计院试验检测室） 摘要：根据桥梁结构整体升降温及日照和寒潮梁截面横向不均匀温度梯度，对某城际铁路三跨连续梁特大 桥进行温度效应计算，得出梁截面横向不均匀温度对结构应力和变形影响较大，设计和施工时均应特别 注意。 关键词：温度效应分析；桥梁工程；混凝土箱梁桥 中图分类号：Ｕ４４２ １前言 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８—３３８３（２０１５）０２—０１１４—０２ 对于混凝土工程结构来讲，由于自然环境条件变化所产 生的温度作用，一般可以分为三种类型，即：日照温度变化、 骤然降温温度变化、年温温度变化。以上的几种温度作用， 都是自然环境条件变化混凝土自身特性所造成的，是人们难 以消除的。理论分析及实验研究表明：在大跨预应力混凝土 箱梁桥特别是超静定结构体系中，温差应力可以达到甚至超 过活载产生的应力，已被认为是预应力混凝土桥梁结构产生 裂缝的主要原因之一，因此有必要对这些荷载进行计算分 析。桥梁工程结构由于日照、骤然降温、年温变化、水化热等 产生的温度作用，桥梁工程结构由于日照、骤然降温、年温变 图３ Ｍｉｄａｓ Ｃｉｖｉｌ有限元模型图 ３温度作用下主梁的内力和变形分析 ３．Ｉ 结构整体升降温对结构内力和变形的影响 根据设计文件，考虑整体升温２Ｏ℃和整体降温１５ Ｃ两 种情况，全桥进行空间有限元分析。图４一图６为整体升温 和整体降温作用下结构的内力和位移计算结果。 化、水化热等产生的温度作用，其不同特点可见表１一表２。 所以桥梁结构设计、施工监控时，必须对温度作用进行详细 分析，本文结合某城际铁路一座三跨５７ ｍ＋１００ ｌｌｔｆ＋５７ ｍ连 续梁桥对温度效应进行分析。 表１不同温度模式对比表 圈４整体升温和整体降温作用下主梁位移 ２工程背景 本文工程背景为某城际铁路一座预应力混凝土连续梁， 桥梁跨径组合为：５７ ｍ＋１００ ｍ＋５７ ｍ，全长２１５．３ ｍ，桥梁结 构单箱单室混凝土连续梁桥。桥梁布置图如图１所示。对 该桥计算分析采用Ｍａｄｉｓ／Ｃｉｖｉｌ有限元软件，建立空间模型 模拟。全桥离散单位１３０个，节点１３１个。主要计算截面如 图２所示，空间有限元模型如图３所示。 图５整体升温和整体降温作用下主梁上缘应力 图１桥梁布置图 边 踌 － 中 中 截 面 图２主要计算截面 图６整体升温和整体降温作用下主梁下缘应力 收稿日期：２０１４—１１一Ｏ９ 作者简介：乔阳（１９８２一），研究方向：桥梁结构承载能力检测评定。 ・１ｌ４・ 第２期 乔阳：预应力混凝土箱型梁桥温度效应分析 总第２５２期 由图４一图６可以看出，箱梁结构整体升温２０℃，除支 分受压，其余均受拉。最大拉应力３．９２ ＭＰａ。寒潮温度作 点截面附近外，主梁中跨和边跨均表现为上拱，但中跨上拱 用下，主要在结构下缘产生较大拉应力。左右侧上下缘应力 值较大，跨中上拱最大值达到２．５ ｍｍ，边跨上拱最大值为 一致，和寒潮作用模式相应，梁截面温度上下左右均对称分 ０．２ ｍｍ；整体降温１５℃，除支点截面附近外，中跨和边跨均 布，所以主梁截面应力一致。 表现为下挠，中跨跨中下挠最大值达到一２．０ ｔｏｎｉ，边跨下挠 最大值为一０．２ ｍｍ。整体升温２０℃和降温１５℃所产生的 箱梁截面应力较小，上缘应力最大值为０．２４ ＭＰａ（升 温２０℃），发生在跨中截面，下缘应力最大值为一０．３９ ＭＰａ （升温２０ ），发生在跨中截面；箱梁上下缘应力变化情况 相反。 综上所述，整体升降温作用引起的结构应力、挠度均较 小，对结构基本没有太大影响；但在整体升降温作用下，桥梁 所产生的挠度施工监控也应适当考虑。 ３．２ 日照和寒潮不均匀温度梯度作用下结构的内力和位移 变化 专 图１Ｏ寒潮作用下主梁上缘应力 该桥横向计算考虑日照和寒潮两种情况，日照和寒潮两 种温度模式考虑梁体外部和内部的温度差，梁体顶底板、腹 板按相应非线性温度梯度考虑。Ｅｌ照和寒潮计算模式如图 ７所示。图８一图ｌ２为日照和寒潮作用下结构的内力和位 移计算结果。 寒潮 ０℃ 至万 ０℃ 图７温度横向作用日照和寒潮计算模式 图ｌ１ 寒潮作用下主梁下缘应力 圈８ 日照作用下主梁上缘应力 图１２ 日照和寒潮作用下主梁位移 从图１２可以看出，日照和寒潮模式作用下，挠度变化规律一 致。边跨Ｅ挠，中跨下挠，日照作用下桥梁结构位移大于寒潮作 用。Ｅｌ照作用下边跨最大位移３．４０ ｎ＇ｌｌｎ，中跨最大位移６．２４ ｎｍ＇ｌ。 两种情况下，边跨位移最大差值为１．５５ ｎ＇ｌｌ＇ｎ，中跨最大位移差值为 ２．Ｉ１嘲。 ４小结 （１）整体升降温作用下结构产生的应力和挠度较小，对 结构影响较小； （２）在日照和寒潮作用下，日照作用下产生较大的挠度 图９ 日照作用下主梁下缘应力 ６．２４ ｍｍ，在设计和施工监控时应注意考虑，保证结构标高 平顺，符合设计线形； 从图８一图１２可以看出，在日照作用下主梁截面左右 （３）在考虑主梁截面日照和寒潮不均匀温度模式时，日 侧变化规律基本一致。在日照模式作用下，边跨范围内主梁 照侧，箱梁上下缘主要受压，应力值较小，对结构影响不大； 右侧上缘应力受拉，最大０．８３ ＭＰａ，中跨范围内主要受压。 在寒潮对称温度作用下，箱梁下缘产生较大拉应力 最大压应力一０．３５ ＭＰａ，左侧上缘全范围内受压，最大压应 ３．９２ ＭＰａ，在设计时应全面考虑，避免结构抗拉强度不够而 力一１．９５ ＭＰａ。左侧上缘应力均大于右侧上缘应力，最大差 早期开裂，特别是温差进一步增大，则应慎重考虑。 值１．６７ ＭＰａ。对于下缘应力，左侧除跨中３０ ｍ范围内受 参考文献： 拉，其余受压，最大拉应力０．６１ ＭＰａ，最大压应力 ［１］雷俊卿．大跨度桥梁结构理论与应用［Ｍ］．北京：清华大学出 一３。０３ ＭＰａ。右侧边跨部分受拉，部分受压，中跨基本全范围 版社，２００７． 受拉，最大拉应力发生在跨中２．４４ ＭＰａ，最小压应力在边跨 ［２］刘兴法．混凝土结构的温度应力分析［Ｍ］．北京：人民交通出 支点处，为一１．２０ ＭＰａ。左侧下缘应力均大于右侧下缘应 版社。１９９１． 力，最大差值１．８３ ＭＰａ。左侧上下缘应力均比右侧大，与横 ［３］ 中华人民共和国行业标准．公路桥涵设计通用规范（ｙｒＧ Ｉ］６Ｏ 一向温度分布有关，左侧温度为１Ｏ ｑＣ，右侧为５℃，结构在左 ２Ｏｏ４）［ｓ］．北京：人民交通出版社，２００４． 侧引起了较大的压应力。 ［４］ 中华人民共和国行业标准．铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混 凝土结构设计规范（ＴＢＩＯ００２．３—２００５）［Ｓ］．北京：中国铁道 从图１Ｏ一图１１可以看出在寒潮作用下主梁左右侧上 出版社，２００５． 下缘应力值基本一致。上缘应力全范围受压，最大压应力发 ［５］ 范立础．预应力混凝土连续梁桥［Ｍ］．北京：人民交通出版社， 生在中跨跨中，为一０．６３ ＭＰａ。下缘应力处桥墩左右两侧部 １９９９． ・１ｌ５・
