第6章其讲义它荷载与作用1

气温分区
严寒地区 寒冷地区 温热地区
钢桥面板钢桥
最高
最低
46
-43
46
-21
46
-9（-3）
混凝土桥面板钢桥
最高
最低
39
-32
39
-15
39
-6（-1）
混凝土、石桥
最高
最低
34
-23
34
-10
34
-3（0）
注：表中括弧内数值适用于昆明、南宁、广州、福州地区。
第六章 其它荷载与作用 第一节 温度作用
变形作用
由于外界因素的影响（如结构或构件的支座移动或地基发生 不均匀沉降），或自身原因构件发生伸缩变形（如混凝土构 件发生徐变），使得结构物被迫发生变形和内力。
➢静定结构： 允许产生符合其约束条件的位移，结构内不会产生应力和应变
➢超静定结构： 多余约束限制结构自由变形，从而产生应力和应变
第六章 其它荷载与作用 第二节 变形作用
刚架桥，当右端支柱 基础下沉，刚架梁柱相 应产生附加弯矩。横梁 节点处产生裂缝。
连续梁桥，墩台沉降不均 匀引起梁内附加力，如两端 桥台下沉较大，则中间桥墩 上梁身所受负弯矩增大，顶 部会产生自上而下的裂缝。
下沉 下沉
下沉 下沉
下沉 下沉
刚架桥右侧支柱下沉引起裂缝
连续梁桥两端桥台沉陷引起裂缝
第六章 其它荷载与作用 第二节 变形作用
沿桥梁横向也存在梯度温度，由于影 响小，设计时不再计及其作用。
第六章 其它荷载与作用 第一节 温度作用
（1）均匀温度作用
➢计算时应从结构受到约束（架梁或结构合龙）时的结构温 度作为起点，计算结构最高和最低有效温度的作用效应。 如缺乏实际调查资料，公路混凝土结构和钢结构的最高和 最低有效温度标准值可按下表取用。
E iI i
H
Li
排架结构温度应力计算简图
不动点右侧第i根柱的柱顶变位DLi=aTLi（忽略横梁变形） ，
第i根柱的抗侧刚度Ki=3EiIi/H3，则该柱受到的柱顶剪力为：
式中 Li——V 第i i根DL 柱i到Ki不a 动T点iL 的3H E 距i3 I离i 。
第六章 其它荷载与作用 第一节 温度作用
简支屋面梁温差引起的应力分布
大体积混凝土梁水化热引起的应力分布
第六章 其它荷载与作用 第一节 温度作用
二、温度应力计算
根据不同的结构形式和约束条件考虑 温度变化对结构内力和变形的影响。
静定结构： 由于温度变化引起的材料膨胀和收缩变形是自由的，故在结 构上不引起内力，其变形可由虚功原理计算。
超静定结构： 存在多余约束，其温度作用效应的计算，一般根据变形协调 条件，按结构力学或弹性力学方法确定。
第六章 其它荷载与作用 第一节 温度作用
竖向日照正温差计算的温度基数
结构类型 混凝土铺装 50mm沥青混凝土铺装层 100mm沥青混凝土铺装层
T1（℃） 25 20 14
T2（℃） 6.7 6.7 5.5
混凝土上部结构和带混凝土桥面板的钢结构 的竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。
第六章 其它荷载与作用 第二节 变形作用
第6章其它荷载与作 用1
第六章 其它荷载与作用
本章内容 第一节 温度作用 第二节 变形作用 第三节 冻胀力 第四节 爆炸作用 第五节 行车动态作用 第六节 预加力
第六章 其它荷载与作用 第一节 温度作用
一、温度作用基本概念及原理
温度作用——因温度变化引起的结构变形和附加力。 具体表现：
当结构或构件的温度发生变化时，体内任一点（单元体） 热变形（膨胀或收缩）由于受到周围相邻单元体的约束 （内约束）或边界受到其他结构或构件的约束（外约 束），使体内该点产生温度应力。
温度作用大小影响因素：
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环境温度变化
约束条件
第六章 其它荷载与作用 第一节 温度作用
工程约束条件：
➢（1）结构物的变形受到其它物体的阻碍或支承条件的制 约，不能自由变形。
①框架结构基础梁的 伸缩变形受到柱基约 束，没有任何变形余 地。
第六章 其它荷载与作用 第一节 温度作用
②排架结构上部横梁因温度变化伸长时，横梁的变形使 柱产生侧移，在柱中引起内力；柱子对横梁施加约束， 在横梁中产生压力。
第六章 其它荷载与作用 第一节 温度作用
四、桥梁结构的温度作用
➢气温变化：常年的气温变化导致桥梁沿纵向均匀地位移， 这种位移不产生结构内力，只有当结构的位移受到约束时才 会引起温度次应力。（均匀温度作用）
➢结构温差：由于太阳的辐射，使结构沿高度方向形成非线 性的温度梯度，导致结构产生次应力。（梯度温度作用）
一、地基变形的影响
砌体结构房屋，地基不均匀 沉降在砌体中引起附加拉力或 剪力，当附加内力超过砌体本 身强度便产生裂缝。
单层厂房，因地面 大面积堆载造成基础 下沉，使柱身在附加 弯矩作用下开裂。
下沉
下沉
中部沉降过大引起的正八字裂缝
下沉
下沉
厂房大面积堆载基础下沉
第六章 其它荷载与作用 第二节 变形作用
（2）梯度温度作用
➢计算梯度温度引起的效应时，采用下图所示的竖向温度 梯度曲线，其桥面板表面的最高温度T1规定见下表。
混凝土结构：当梁高H小于 400mm时，图中A=H-100(mm)； 梁高H等于或大于 400mm时， A=300mm。
带混凝土桥面板的钢结构： A=300mm，图中的t为混凝土桥 面板的厚度(mm)。
三、温度变化的考虑
温度变化：由气温变化和结构温差引起
气温变化：一年中大气气温年温差，通常取最高月和最低月 平均气温的差值。我国长江中下游一带大气气温年温差约为 30℃。
结构温差：由于日照、骤冷等天气原因或高温车间、低温冷 库等使用情况造成的结构内外温度差异，应考虑房屋散热和 保暖条件，按实际调查情况确定温差取值。
第六章 其它荷载与作用 第一节 温度作用
例如：厂房纵向排架结构柱嵌固于地面，排架横梁受到均 匀温差作用向两边伸长或缩短，中间有一变形不动点（位 于各柱抗侧刚度分布的中点）。变形不动点两侧横梁伸缩 变形将在柱中和横梁引起应力。
厂房纵向排架温度变形分布
第六章 其它荷载与作用 第一节 温度作用
不动点
ΔLi Vi
第六章 其它荷载与作用 第一节 温度作用
➢（2）构件内部各单元体之间相互制约，不能自由变形。
①简支屋面梁，在日照作用 下屋面温度高于室内温度， 简支梁沿梁高受到不均匀温 差作用，产生翘曲变形，在 梁中引起应力。
②大体积混凝土梁结硬时， 水化热使得中心温度较高， 两侧温度偏低，内外温差 不均衡在截面引起应力。