大跨混凝土箱梁横向温度应力分析

大跨混凝土箱梁横向温度应力分析

聂玉东;王宗林;田石柱

【摘要】以一主跨125m连续梁桥为例,采用Ansys10.0软件,计算分析混凝土箱梁温度场及横向温度应力的分布规律,并对箱内、外温差的取值进行了探讨.混凝土箱梁横向温度应力较大,特别是顶板下缘由温度引起的拉应力可以达到3.5MPa,易造成箱梁顶板的纵向开裂,这应引起设计者的重视.%Tith a continuous girder bridge of 125m main span as an example, the distribution law of concrete box girder temperature field and transverse thermal temperature stress is calculated using Ansys 10. 0, and the temperature difference of box is also discussed in this paper. The transverse thermal stress of concrete box girders is bigger, especially at lower roof, tensile stress caused by temperature can reach 3. 5 Mpa, it is easy that the longitudinal cracks appear on the roof of box girder, the attention should be paid for designers.

【期刊名称】《低温建筑技术》

【年(卷),期】2012(034)008

【总页数】3页(P68-70)

【关键词】桥梁工程;横向温度应力;温度场;混凝土箱梁

【作者】聂玉东;王宗林;田石柱

【作者单位】哈尔滨工业大学,哈尔滨150080;黑龙江省公路勘察设计院,哈尔滨150080;哈尔滨工业大学,哈尔滨150080;哈尔滨工业大学,哈尔滨150080

【正文语种】中文

【中图分类】U441.5

对于大跨混凝土结构桥梁，非均匀温度会引起很大应力和挠度，被认为是该类桥梁产生裂缝的主要原因。桥梁结构由温度作用产生的应力可分为纵向和横(竖)向两大类，对桥梁纵向温度应力的计算，JTGD60－2004《公路桥涵设计通用规范》(以下简称“规范”)规定了温度荷载及计算方法，而桥梁横(竖)向温度应力的计算，“规范”缺少明确的规定。本文以黑龙江省齐甘高速公路嫩江大桥为例，分析大跨混凝土箱梁温度场及横向温度应力的分布规律，并给出了计算箱梁桥横(竖)向温度应力时箱外、内温差取值建议。

1 工程概况

齐甘高速公路嫩江大桥于齐齐哈尔市跨越嫩江，大桥主桥上部结构采用

75m+2×125m+75m变截面预应力混凝土连续箱梁，单箱单室断面，根部梁高7.3m，跨中梁高2.8m，梁高按2次抛物线变化。跨中箱梁断面尺寸见图1。

2 计算方法

假设箱梁温度沿桥梁纵向不变，将温度场简化为沿箱梁竖向和横向的二维温度场来考虑。采用Ansys10.0进行计算分析，按间接法求解箱梁截面横向温度应力，即先根据气象资料进行瞬态热分析，求得截面温度分布，再将求得的节点温度作为体荷载施加到结构中进行应力计算。

3 计算工况

分三种工况，每种工况考虑无铺装(模拟施工阶段)和有10cm沥青混凝土铺装(模拟使用阶段)两种情况。工况1考虑顶板受太阳辐射强度最大情况，计算日期选取

6月15日，分别计算顶板、底板及腹板受太阳辐射强度数值，施加于有限元模型上;工况2考虑腹板受太阳辐射强度最大情况，计算日期选取2月15日;工况3考

虑环境温度骤然降低情况，根据齐齐哈尔地区气温日较差最大值及现场实测温度，选取2011年4月14日18时至2011年4月15日6时为计算时间段，将现场实测温度作为荷载施加于有限元模型上。

4 箱梁温度场分析

表1～表3为工况1～3箱梁截面板件最大温差表，可看出箱梁截面温度场分布有如下规律:①无铺装时箱梁截面板件温差大于或等于有铺装时箱梁截面板件温差;②

和支点截面相比，跨中截面箱梁底板内外温差降低0.8～1.7℃，腹板内外温差降

低值0.1～1.3℃;③桥面铺装对顶板温差影响较大，对腹板、底板温差影响较小;④阳光直射一侧腹板时可能导致腹板产生较大的内外温差，对本桥来说，外腹板内外温差最大可达16.6℃，超过顶板温差。

表1 工况1截面板件温差℃无铺装时10cm 沥青混凝土铺装项目14.9 14.9 9.6 9.6底板内外温差7.9 6.4 7.7 6.0内腹板内外温差7.4 7.2 7.2 7.0外腹板内外温差支点跨中支点跨中顶板内外温差7.4 7.2 7.2 7.0

表2 工况2截面板件温差℃无铺装时10cm 沥青混凝土铺装项目11.3 11.3 4.7 4.7底板内外温差7.1 6.3 7.1 6.3内腹板内外温差7.1 7.1 7.2 7.1外腹板内外温差支点跨中支点跨中顶板内外温差16.5 15.3 16.5 15.3

表3 工况3截面板件温差℃无铺装时10cm 沥青混凝土铺装项目－4.6－4.6－1.4－1.4底板内外温差－5.4－4.0－5.4－4.0内腹板内外温差－4.1－3.9－4.1－3.9

外腹板内外温差支点跨中支点跨中顶板内外温差－4.1－3.9－4.1－3.9

5 温度应力分析

(1)顶板。支点截面的温度应力一般稍大于跨中截面的温度应力，因此利用支点截

面分析温度应力的极值。图2、图3为支点截面顶板上、下缘横向温度应力分布图，

可以看出:无铺装时，顶板上缘横向最大压应力为－4.5MPa，最大拉应力为

1.6MPa。顶板下缘横向最大压应力为－1.0MPa，最大拉应力为3.5MPa。有铺装时，顶板上缘横向最大压应力为－3.1MPa，最大拉应力为0.9MPa。顶板下缘横向最大压应力为－0.3MPa，最大拉应力为

2.1MPa。

(2)底板。图4、图5为支点截面底板上、下缘横向温度应力分布图，因为有铺装时底板应力较无铺装应力稍小，图中仅示出无铺装时应力，可看出:底板上缘横向最大压应力为－0.4MPa，最大拉应力为1.5MPa。均发生在底板与外腹板承托相接部。底板下缘横向最大压应力为－2.7MPa，发生在靠近外侧腹板侧，距外腹板边缘约1.5m。最大拉应力为1.8MPa，发生在底板大部分区域。

(3)腹板。图6、图7为支点截面腹板内、外侧竖向温度应力分布图，可以看出:腹板内侧竖向最大压应力为－0.3MPa，最大拉应力为1.1MPa。均发生在腹板与底板承托相接部。腹板外侧竖向最大压应力为－4.2MPa，最大拉应力为1.6MPa。均发生在距梁底约1.0m处。

6 箱梁外、内温差确定

上述对箱梁横向温度应力分析的过程较为繁琐，并且需要借助Ansys软件才能完成。实际设计中，一般先确定箱梁截面外、内温差，并假定箱梁板件温度按线性分布，采用平面杆系程序计算箱梁温度应力。

采用桥梁博士平面杆系程序，按箱梁板件实际尺寸建模，箱梁外、内温差分别考虑±5℃、±8℃及±10℃，计算箱梁横向温度应力。按拉应力基本相同的原则，可以确定实用计算时箱外、内温差如下:施工阶段箱外、内温差为+11.3℃、－8.8℃，