桥梁温度场研究现状及分析

桥梁温度场研究现状及分析

刘登;邓德员;陈玉骥;陈舟;杨国飞

【摘要】In view of the status of research on temperature field of bridge components, on the basis of the differences between research direction and research priorities, it is divided into four factors: influencing factor analysis, research on temperature distribution dimension and distribution law, research on temperature stress and temperature effect, application of temperature research theory. A number of representative papers at home and abroad were cited for each of a brief description of the aspects. Finally, some problems existing in the field of temperature field research are summarized in order to play a certain reference for the future structural temperature field research.%针对桥梁构件温度场研究现状,依据研究方向与研究重点的不同,将其划分为影响因素分析、温度分布维度及分布规律研究、温度应力及温度效应研究、温度研究理论的运用4个方面.并列举了国内外一些有代表性的文章,对各个方面进行了简要的阐述.最后总结了目前在温度场研究领域存在的一些问题,以期对今后结构温度场的研究起到一定的参考.

【期刊名称】《佛山科学技术学院学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2018(036)001

【总页数】6页(P60-64,69)

【关键词】温度场;温度梯度;温度效应;裂缝

【作者】刘登;邓德员;陈玉骥;陈舟;杨国飞

【作者单位】佛山科学技术学院土木工程系,广东佛山528000;中建钢构有限公司

华南大区,广东广州510640;佛山科学技术学院土木工程系,广东佛山528000;佛山

科学技术学院土木工程系,广东佛山528000;佛山科学技术学院土木工程系,广东佛

山528000

【正文语种】中文

【中图分类】U441.5

自从温度变化引起桥梁结构开裂这一现象被研究人员发现后，国内外学者对桥梁结构温度场及温度效应进行了大量的研究。笔者认为可依据研究方向与侧重点的不同，将其划分为以下4个部分：第一，影响因素分析。着重研究影响结构温度分布的

因素，包括日辐射强度、铺装层厚度、截面形状及尺寸、桥梁方位及其所处地理环境等；第二，温度分布维度及分布规律研究。着重研究桥梁在日温差环境下的温度分布情况，由最初一维温度场的研究过渡到二维、三维温度场的研究；从单一的温度线性分布到复杂的非线性分布；第三，温度应力及温度效应研究。随着计算机的发展，温度应力的计算由最初的手算过渡到目前的有限元分析及数值模拟，温度效应的研究也日益精细化、系统化；第四，温度研究理论的运用。温度研究理论的日渐成熟，为工程的设计施工提供了有力的指导，也为后期结构病害的预防处置提供了宝贵的意见。

1 结构温度场研究的几个方面

1.1 影响因素分析

早在1978年，PRIESTLEY通过对预应力混凝土箱梁温致开裂的研究，提出借助

气象资料预测混凝土结构竖向温度梯度的方法。并基于温度分布规律，忽略纵横向温度变化的影响，建立了简化的一维热传导模型，其中考虑了风速、日温变化、沥

青层厚度和太阳辐射热吸收率的影响，分析了7种不同类型截面，得出了著名的

五次抛物线函数的温度分布模型。除此之外，他还讨论了温度应力与裂缝发展及结构承载力间的关系，为结构温度场的研究开辟了新道路［1］。

1986年RAO在对各种参数分析的基础上，总结出大气环境与桥梁外部约束情况

是影响混凝土结构温度应力分布的主要因素［2］。1992年MOORTY认为以往

涉及温度效应的计算方法并不适用于曲线桥等桥型。随后，他对曲线桥的温度效应做了一系列分析，论述了截面几何尺寸和支承条件等因素对梁体受力与变形等的影响；结果表明曲线桥或斜交桥因构造上的独特性其温度效应相比直桥更加复杂，且几何形状和支撑条件的变化对温度应力的影响更为敏感，在工程中应予以重视［3］。

ENRIQUE等人通过简单的模型分析了截面几何特性对混凝土箱梁温度应力和温度效应的影响，认为在桥梁结构的所有几何参数中，箱梁顶底板宽度之比和上部结构的建筑高度对结构内部温度分布及热力学行为影响最大，而主梁截面为单箱或多箱对其影响则不是很明显［4］。

郝超对影响钢箱梁桥温度场分布的各种参数进行了敏感性分析，考虑到钢板较薄且导热性良好，忽略沿板厚度方向的温度梯度，认为截面的热流动主要取决于热传导，并采用最小二乘法估算了参数的最佳值［5］。

2011年张玉平以无铺装层的钢箱梁为研究对象，运用有限元软件对影响钢箱梁温度场分布的风速、太阳辐射率与钢板吸收率等参数进行了分析，研究表明钢板的吸收率对无铺装层钢箱梁的温度效应影响最大。并以此为基础，采用指数函数加一次函数的形式，推导了适用于多地区的无铺装层钢箱梁竖向温度梯度分布公式［6］。王步高以广州大桥为例分析了风速、桥塔方位、大气透明度、骤然降温对混凝土桥塔热力学性能的影响，定性得出了当桥塔较高且桥面风速较大时，风速沿塔高方向的变化对桥塔温度应力的影响不可忽略的结论，但其研究缺乏实测值的对比，所得