钢管混凝土拱桥温度应力数值分析
钢管混凝土拱桥管节点应力及应力集中有限元分析
1.1.2 钢管混凝土结构的特点
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，是使其二者有机结合的 一种组合结构，其本质上属于箍套混凝土。钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土及螺 旋配筋混凝土的基础上演变和发展起来的，按截面形式的不同，可分为方钢管、 圆钢管和多边形钢管混凝土。在实际工程中，应用最广泛的是圆钢管混凝土，且 管内只浇灌素混凝土，不再配置钢筋 日
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（1）简要介绍了钢管混凝土的结构特点及钢管混凝土在拱桥中的发展情况， 提出了钢管混凝土拱桥的设计需注意的问题，并介绍了圣维南原理及其在钢管混 凝土中的应用；
（2）根据已建四管桁式钢管混凝土拱桥—湖南益阳茅草街大桥，选取工程中 三类典型节点—DTY 型、XYT 型、DTDY 型管节点为研究为对象，基于 ANSYS， 建立了钢管混凝土拱桥的节点实体模型，分析和比较了它们的静力性能，讨论了 其应力变化情况；
(3) the analysis and calculation on variation of stress concentrate factor for both concrete-filled steel tubular and hollow steel tubular DTY joints, XYT joints, DTDY joints under the axial strength or axial and bending loadings together function in brace along with the variation of diameter of braces and the included angle of braces and chords the have carried out. The results show that the concrete-filled steel nodes are more obvious than the empty steel tube nodes on stress concentrate phenomenon and as well as nodes under the function of axial strength than axial and bending loadings together function in brace.
温度荷载下钢管混凝土拱桥设计参数分析
温度荷载下钢管混凝土拱桥设计参数分析作者：戎艳解威威王洪刚叶志权李世俭来源：《西部交通科技》2024年第02期基金项目：广西科技重大专项“平陆运河跨线桥梁拆建再利用及交通组织优化关键技术研究”（编号：2023AA14006）；广西重点研发计划“基于大跨径拱桥施工的智慧工地建设技术研究与应用”（编号：桂科AB2326126）作者简介：戎艳（1993—），硕士，工程师，主要从事结构安全性研究工作。
摘要：文章以某主跨210 m中承式钢管混凝土（CFST）拱桥为工程依托，利用ANSYS 建立空间有限元模型，计算分析该桥在环境温度作用下，不同设计参数对主拱肋各控制截面内力的影响规律。
研究表明：拱轴系数对拱顶截面和拱脚截面的内力影响较大，拱轴系数取1.45时拱桥受力较好；线膨胀系数和矢跨比对全桥内力影响显著，线膨胀系数取值推荐采用CFST 行业标准，拱轴系数建议在1/4～1/4.5之间取值试算。
所得规律可为类似CFST拱桥设计提供参考。
关键词：钢管混凝土拱桥；空间有限元模型；环境温度；设计参数中图分类号：U441+.20 引言随着“一带一路”和“西部大开发”两项国家战略的推进，我国高速公路和高速铁路的建设里程迅速增加。
钢管混凝土（CFST）拱桥凭借其出色的力学性能和便捷的施工优势在我国发展迅速。
目前国内已建成CFST拱桥超过413座[1]，已建和在建的CFST拱桥跨径超过200 m的桥梁约56座[2-8]。
CFST拱桥在我国得到广泛的应用与发展，对其温度问题的研究也在不断深入。
陈宝春等[9]指出CFST拱桥结构在日温差、降温温差、年温差等温度荷载作用下会产生温度应力，极易导致桥梁出现裂损。
随后，许多学者围绕拱桥温度做了大量的分析研究[10-13]，但大多针对CFST拱桥在温度荷载下的结构响应量，较少讨论环境温度作用下结构设计参数对温度效应的影响。
拱桥设计参数如矢跨比和拱轴系数，直接决定了大跨度悬链线拱的拱轴线形[14-16]，对拱桥受力性能影响显著，因此有必要研究拱轴系数和矢跨比对温度效应的影响规律。
大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥温度效应分析
大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥温度效应分析大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥是指由钢管和混凝土共同组成的拱形结构，用于跨越较大的河流、高速公路等地形障碍物。
在桥梁的设计和施工过程中，需要考虑桥梁在温度变化下的影响，因为温度变化会导致桥梁结构的伸缩和形变。
本文将对大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥温度效应进行分析。
在大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥的设计过程中，桥面铺设预制混凝土树脂防滑层，钢管中填充混凝土，形成提篮状结构。
在实际使用中，桥梁会受到外界环境温度的影响，温度的变化会导致桥面和钢管的伸缩和形变。
因此，需要对桥梁在温度变化下的效应进行分析。
首先，我们来分析温度变化对桥面的影响。
当温度升高时，构成桥面的混凝土板会发生膨胀，使得桥面板的长度变长。
相反，当温度降低时，混凝土板会发生收缩，使得桥面板的长度变短。
这种长度的变化会导致桥梁产生伸缩应变，进而影响桥梁的整体稳定性。
因此，在设计和施工中，需要根据实际情况考虑混凝土板的伸缩系数，合理预留伸缩缝，以减小温度变化对桥面的影响。
其次，我们来分析温度变化对钢管的影响。
钢管具有较好的承载能力和抗弯刚度，能够有效支撑桥面的负荷。
然而，温度变化会导致钢管产生热胀冷缩的现象，从而引起钢管的伸缩和形变。
这种伸缩和形变会影响钢管与混凝土之间的粘结性能，进而影响整个提篮拱桥的稳定性。
因此，在设计和施工中，需要采取相应的措施来减小温度变化对钢管的影响，如在钢管和混凝土之间设置隔热层，以减小温度变化对钢管的传导效应。
此外，温度变化还会导致混凝土的收缩和膨胀。
混凝土的收缩和膨胀会使得桥面产生应力和变形，进而影响桥梁的整体稳定性。
因此，在设计和施工中，需要根据混凝土的收缩膨胀系数，合理选择混凝土的配比和材料，以减小温度变化对混凝土的影响。
综上所述，大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥在设计和施工过程中需要充分考虑温度变化对桥梁的影响。
在桥面、钢管和混凝土的选择和配比中，需要考虑温度变化对其造成的影响，合理安排伸缩缝，采取有效的隔热措施，以保证桥梁的稳定性和安全性。
混凝土系杆拱桥的温度作用效应简析
混凝土系杆拱桥的温度作用效应简析摘要：中承式或下承式的拱桥由于其处于自然环境中，将受到温度作用的影响。
特别是拱肋，截面处在二维温度场中。
受其影响，拱肋截面会产生较大的温度应力。
目前，我国桥梁设计规范中所给出的竖向温度梯度模式，只适用于混凝土梁的温度计算，而对于拱肋这类细长的空间结构则没有现成的计算图示，工程界对此的研究也很少。
本文主要对温度梯度下拱肋的温度作用效应进行简析。
关键词:温度梯度；温度应力；位移一、双向温度梯度下的温度作用效应分析原理温度梯度是桥梁温度应力验算中的一种主要工况。
在非线性变化温度荷载作用下，截面内部的温度变形在各个方向都要受到约束，处于三向应力状态；而由于拱肋的截面尺寸很小，截面的纵向应力是主要的，因此本文只研究纵向的温度应力。
在竖向温度梯度下，假设拱肋截面高为的拱肋，在其顶层高度范围内均匀升温t1℃。
在分析上，先将该拱肋厚顶层水平切开，该顶层纵向纤维在升温t1℃时将发生自由伸长。
由于在小变形下，平截面假定实际上是成立的，所以在该切面的上、下剪力将使拱内产生约束温度自应力，并使拱肋产生向上的变形，如图-1所示。
同理，在横向温度梯度下，沿拱肋截面外侧纤维切开，切面上的剪力使拱内产生自应力，并使拱肋产生侧向变形，如图-2所示。
在线弹性范围内，双向温度梯度下截面的温度自应力可由两个方向的温度梯度单独作用时的线性叠加得到。
图1竖向温度梯度下图2 横向温度梯度下温度自应力产生原理温度自应力产生原理根据上面思路，参考截面局部坐标系，考虑非线性竖向温度梯度，来讨论温度应力的计算方法。
首先假想将梁沿顶面水平切成很多微小高度的纤维层，则这些纤维层在不受纵向约束时，各自产生的纵向应变为：（1）式中，为材料的线膨胀系数。
由于实际梁截面是符合平截面假定的，则高度z处的应变为：（2）式中，为梁底缘应变；为变形后的曲率。
温度自应变是式（1）表示的无约束应变与式（2）表示的约束应变之差，即（3）温度自应力：（4）温度自应力的产生，不影响截面的内力平衡，和，可得：（5）（6）将式（3）代入上两式，并联立求解，得：（7）（8）对于于非线性温度梯度，可以用上两式积分求解和，再代入到式（4），就可以求得温度自应力。
钢管混凝土拱计算合龙温度研究
钢管混凝土拱计算合龙温度研究一、温度影响分析温度变化对钢管混凝土拱的结构性能具有重要影响。
温度升高会导致钢管和混凝土之间的温差应力，以及由于材料热膨胀系数不同引起的附加应力。
此外，温度变化还会引起结构的热膨胀和徐变效应，对拱的稳定性和承载能力产生影响。
因此，合理选择合龙温度对于保证拱的结构安全至关重要。
二、合龙温度选择合龙温度的选择应考虑以下因素：1. 温差应力和附加应力：应选择在温差应力较小且材料热膨胀系数差异不大的温度下进行合龙。
2. 施工条件：应考虑施工现场的气候条件和环境温度，以及施工队伍的技术水平和工作能力。
3. 结构安全：应通过合理的计算和分析，确定对结构安全最有利的合龙温度。
三、温度应力计算温度应力计算应根据具体情况进行，可采用有限元分析方法或其他数值计算方法。
计算时应考虑钢管和混凝土之间的温差应力，以及由于材料热膨胀系数不同引起的附加应力。
同时，还应考虑结构的热膨胀和徐变效应，以得出精确的温度应力分布情况。
四、热膨胀系数确定不同材料的热膨胀系数不同，对于钢管混凝土拱来说，钢管和混凝土的热膨胀系数差异较大，因此需要精确确定这两种材料的热膨胀系数。
可以通过实验或文献资料获取这些数据，并在计算中加以考虑。
五、徐变效应计算徐变效应是指在长期荷载作用下，结构的变形会逐渐增加。
对于钢管混凝土拱来说，徐变效应会对结构的稳定性和承载能力产生影响。
因此，需要进行精确的徐变效应计算，以评估其对结构性能的影响。
六、考虑火灾影响的计算在某些情况下，钢管混凝土拱可能遭受火灾的影响。
火灾会导致结构材料的物理和力学性能发生变化，进而影响拱的结构性能。
因此，需要考虑火灾对结构的影响，并进行相应的计算和分析。
七、温度监测与控制在施工期间和后续运营过程中，需要对拱进行温度监测和控制。
可以通过设置温度传感器和采取相应的措施（如加热或冷却）来控制温度变化，以减小温度对结构的影响。
同时，通过对监测数据的分析，可以评估合龙温度选择的合理性和结构性能的变化情况。
钢管混凝土系杆拱桥拱脚局部应力分析
钟 山 ．张龙 龙
南昌 ３ ３ ０ ０ １ ３ ） （ 江 西 省 公路 工为例 ， 建 立 了钢 管 混凝土拱 肋 与 系杆连 接部 位 的三维有 限元 空 间模 型 。
借助 有 限元软件 模拟 了拱脚 在 最不利 工况 下的 受力情 况。计 算结 果表 明 ， 拱肋 和拱座 刚度 突 变截 面处、 外 包混凝 土端部及 拱脚 拱腹 区域 ， 应 力较集 中， 且 多为拉 应 力 ： 其余拱 脚 区域混凝 土 受力 较 均 匀， 以顺 桥 向受压 为主 ， 钢管应 力 满足 规 范及设 计要 求 ， 为该工程 的设计 与施 工提 供 了合理
接触方式耦合在一起 ， 保证传力合理。
作者 简 介 ： 钟 山（ １ ９ ８ ７ 一） ， 男， 江 西 宁 都人 ， 研 究 生毕 业 ， 助理 工 程 师 ， 主要 从 事 桥 梁计 算 与 检 测 工作 。
・
２ ２・
１ 工 程概 况
以东南 沿海 某 桥为例 ， 该 桥形 式 为 ２跨 ７ ２ ． ７ ５ ｍ
钢管混 凝 土偏态 系杆拱 桥 ， 如图 １ 所示 。 拱肋 采用 ４
根 钢管 混凝 土格 构 式箱形 断 面 ，钢管 外径 ７ ０ ０ ｍ ｍ， 壁厚 １ ６ ｍｍ．内填 Ｃ ５ ０混 凝土 ．上 下缘 连接 钢板 厚
１ ６ ｍ ｍ，左 右 腹 板 钢 板 厚 ２ ２ ｍｍ．纵 向加 劲 肋 厚
１ ４ ｍ ｍ， 横 隔板 厚 ２ ５ ｍ ｍ， 锚 垫 板厚 ４ ５ ｍｍ， 无 缝 钢 管 ２ ５ ０ ￣ １ ２ ， 均采用 Ｑ ３ ４ ５ ｑ Ｃ级钢 。 拱 肋截 面外 缘宽度 为 ２ ． ５ ｍ。 外 缘 高 度从 拱 顶 １ ． ９ ｍ 至拱 脚 ３ ． ２ ｍ按 二 次 抛 物线 变化 。拱 轴线 采 用偏 态 二次 抛物 线 （ 主 轴与 水
某大跨度钢管混凝土拱桥拱座局部应力分析
某大跨度钢管混凝土拱桥拱座局部应力分析摘要：拱座是钢管混凝土拱桥中受力较为复杂部位之一，本文采用两步有限元法，对某大跨钢管混凝土拱桥拱座的受力情况进行了分析，得到其应力分布规律，对应力集中部位提出了构造改进建议，给类似结构的设计和施工提供参考。
关键词：大跨度钢管混凝土拱桥；拱座；局部应力；圣维南原理；两步有限元法Abstract: The force acting on arch abutment is complex of concrete filled steel tube arch bridge. The arch abutment of a long-span concrete filled steel tube arch bridge is analyzed based on the second-order finite element method. The stress distribution is obtained and some suggestions for design and construction are recommended.Keyword: long-span concrete filled steel tube arch bridge; arch abutment; local stress; Saint-Venantprinciple; second-order finite element method1 引言钢管混凝土拱桥是一种造型美观，受力合理的结构形式。
在近十几年间，该结构形式在我国得到迅速的发展。
大跨度钢管混凝土拱桥的拱肋由钢管和内灌混凝土构成，钢管混凝土拱肋需插入到拱座中，拱座需要承受拱肋传来的巨大轴力和弯矩，在拱肋与拱座相接的范围内，受力复杂，往往会出现应力集中的现象。
目前在结构设计中，对该部位理论计算相对较少，对其应力分布情况掌握得不够明确。
钢管混凝土拱肋截面温度场模拟分析
导致桥梁出现裂损现象。温度变化会在钢管混凝 土 拱肋产 生 附加 内力 和 附加 应 力 ， 因此温 度 问题 是钢管混凝土拱桥需要研究的一个重要课题。文 献［ ，］ １２都曾先后对此进行过探讨和研究 ， 对该类
构 件 的截 面温 度变 化 特性 有 了一定 的 了解 ， 为 并 理论分 析提供 了实验 数据 。在温度 场计算 方 面或 采用有 限差分 法 或采 用 有 限单 元 法 ， 或两 者 结 合 的方 法 ， 也有 的采用 自编 程序 求 解 温度 场 。但 它 们只局 限于理 论研究 ， 均不 如大 型通用程 序 ， 以 难
中图分类号 ： ４ ． ２． ： ４ ． ４ ． Ｕ４８ ２ ０ １Ｕ４ ８３ １５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ６４ ４ （０ ８ ０—１ —４ １０ —５ ０ ２０ ）５０ ４０
Ｔｈ ｒ ｌＳ ｍｕ ａ ｉ ｎ Ａｎ ｌｓｓｏ Ｓ Ａｒ ｈ Ｒｉ ｅ ｍａ ｉ ｌｔｏ ａ ｙ ｉ ｆＣＦ Ｔ ｃ ｂ
数值分析 。分析钢管截面尺寸 ， 混凝 土浇筑温度等参 数对钢管混凝 土浇筑初期 的截面温度 分布 的影 响。为 便于分析 ， 切实模拟 ， 出了适 当的假定 ， 做 采取 了合适 的分析参数 。分析方法可 以推广 到实 际工程 ， 并为实 际
工程 的理论分析提供参考 。
关键词 ： 钢管混凝土 ； 拱桥 ； 水化热 ； 温度场 ； 有限元
（ｃ． ２ ０ ）ｔ ０ ８
钢 管 凝 土拱 肋截 面 温 度场 模 拟分 析
滕祖峰 ， 汪
摘
莲
２００） ３０ ９
（ 合肥工业大学土木与水利工程学院 ， 合肥
要： 以钢管混凝土拱桥拱肋 截面 的温度场为分析对象 ， 以热传导理论 结合有 限元 通用程序 Ａ Ｓ Ｓ 行 ＮＹ 进
钢管混凝土系杆拱桥系梁应力状态分析
钢管混凝土系杆拱桥系梁应力状态分析王哲龙【摘要】The research background is Maocixian interchange bridge,a 1 × 128 m tied arch bridge. Two cases w ere studied including collar beam casting and longitudinal prestressing strands tensioning. The measured stress in the field test with temperature correcting was compared with results of finite element simulation and 1∶16 scale model testing conducted in the lab. The results show that the stress values of these three methods are very close given the same loading case and the same location,and the error is within 0. 6% to 5%.%以茅茨岘立交特大桥1×128 m 系杆拱桥为依托，分系梁浇筑完毕和系梁纵向预应力张拉结束2种工况，将从实桥采集的应力数据进行温度修正后，与有限元模拟值和按1∶16缩尺室内模型的试验结果进行对比分析。
分析结果表明：相同工况、相同位置处实桥截面应力实测值、有限元模拟值和室内模型试验值大致相同，误差在0.6%～5%。
【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】4页(P23-25,30)【关键词】钢管混凝土系杆拱桥;相似理论;有限元模拟;缩尺模型;应力分析【作者】王哲龙【作者单位】中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安 710043【正文语种】中文【中图分类】U448.22+5;U448.33系杆拱桥兼有拱桥跨越能力大和简支梁桥地基适应能力强两大特点，是大跨度组合结构桥梁的重要发展方向之一。
西溪河特大桥钢管混凝土拱肋水化热温度场分析
西溪河特大桥钢管混凝土拱肋水化热温度场分析李振标【摘要】T he hydration heat process of concrete-filled steel tubular arch rib was analyzed by using ANSYS software. T he temperature change history was studied. A parametrical analysis was performed,analyzing the effect of tube thickness and diameter. T he results show that the effect of tube thickness is little while the effect of tube diameter is significant. As the diameter increases,the temperature at the outer tube surface and the core concrete increases; in particular,the temperature effect on the latter is more significant. Also,with the increase of the diameter,the concrete temperature peak time delays. Every 200 mm increase of diameter leads to about 2. 5 h temperature peak lag.%运用有限元软件 ANSYS对钢管混凝土拱肋水化热过程进行模拟分析，得出混凝土水化热过程的温度变化规律，在此基础上通过改变钢管的壁厚以及直径，分析了影响钢管混凝土水化热的参数。
研究结果表明：钢管壁厚对水化热过程温度影响较小，可以忽略不计；钢管直径对其温度影响显著，随着直径的增大，钢管外表面和核心混凝土温度都出现了不同程度的上升，对核心混凝土的温度影响更为显著；随着钢管直径的增加，核心混凝土的温度峰值时刻相对滞后，直径每增加200 mm，温度峰值时刻滞后约2.5 h。
钢管混凝土拱桥拱肋施工应力分析
结构 。 — ａｌｂｉｇＳ １３ ｃｒ。 Ｅ ｍ ｉ：ｒｄｅ ＠ ６ ． ｏ ｎ
维普资讯
１ ４期
郑 建 荣 ， ： 管 混 凝 土 拱 桥 拱 肋 施 工 应 力 分 析 等 钢
４ ２ ０３
横桥 向滑 动 （ 约束 和 Ｚ 自由度 ） 下游 右侧 顺 桥 向 ； 和横 桥 向均滑动 （ 约束 ｚ方 向 自由度 ）
在施工 过 程 的 结 构 分 析 中共 用 了 有 限元 软 件 中的 ５种单 元类 型 ：
３２ ．
应力 截面选 择
选定 应力 截 面 位置 如 下 ： 肋 拱 脚 、／ 、 顶 、 拱 ４Ｌ拱 （／ ） ３ ４ Ｌ和对 称 的拱脚 截 面 ， 中拱脚 处截 面测 点 向 其 跨 中方 向移 ２ ｍ， 开封 拱脚 时的影 响 ； 体 截 面 ０ｅ 避 具
风撑 ：
１７ —８９ ２０ ）４４ ２ —５ ６ １１ １ （０ ８ １—０ ２０
＠
２０ Ｓ ｉ Ｔ ｃ ． ｎ ｎ ． ０ ８ ｃ． ｅｈ Ｅ ｇ ｇ
交通 运 输
钢 管 混凝 土 拱桥 拱 肋 施 工 应 力 分析
郑建荣 王淑妹 袁安 华
（福建农林大学 ， 福州 ３０ ０ 福州市规划设计研究院‘福州 ３ ０ ０ ） ５０ ２； ， ５ ０ ３
布设 见 图 １ 所示 。
（ ）四结 点 壳单 元 （ Ｈ Ｌ ６ ） 模 拟拱 肋 外 钢 １ Ｓ Ｅ Ｌ３ ：
管 、 面板 、 桥 桥面铺 装 ；
（ ） 结 点 的块 体单 元 （ Ｏ Ｉ ４ ） 模 拟 拱 肋 ２ 八 Ｓ ＬＤ ５ ：
钢管混凝土拱桥施工温度效应研究综述
钢管混凝土拱桥施工温度效应研究综述摘要：钢管混凝土拱桥作为一种新兴桥型，以其充分利用材料、轻巧、美观的特性，迅速在我国桥梁工程中占有一席之地。
但是温度效应的变化，对于钢管混凝土拱桥影响非常显著，特别是在施工吊装阶段。
本文主要介绍了温度对钢管混凝土拱桥施工吊装的影响，总结了工程中常用的施工控制方法，拱肋吊装修正方法，以及基于无应力状态的结构调整方法。
关键词：钢管混凝土；拱桥施工；温度；前言随着西部大开发，交通基础设施飞速发展，钢管混凝土拱桥作为一种新兴的桥型，以其充分利用材料、轻巧、美观的特点，迅速在我国桥梁工程中占有一席之地。
尤其是在云贵川等多山区地段，钢管混凝土拱更具有得天独厚的优势。
目前已建成的钢管混凝土中承式拱桥中2020年即将竣工的广西平南三大桥，在现有的中承式拱桥中以575米的跨度排名第一。
尽管工程上跨径一再开创新的记录，钢管混凝土拱桥的理论还需要很多深入研究，温度效应便是其中的关键。
1 钢管混凝土拱的温度效应1.1 温度对钢管混凝土拱的影响钢管混凝土拱从拱肋材料到截面再到施工方法，都与传统的混凝土拱、钢拱桥有着较大差别，其温度效应对于钢管混凝土拱的影响，也有着自身的特性。
Bruce Hunt、Nigel Cooke通过研究指出桥梁结构温度变化引起的温度应力与活载和自重引起的应力在同一量级。
特别是在预应力混凝土箱梁桥中，温度应力是产生裂缝的主要原因之一。
因此，在施工过程中，必须注意温度的变化，并考虑温度的影响。
一般可以把气温变化划分为日照温差、年度气温变化和气温骤降。
公路桥涵设计通用规范（JTG D60 2015）中[1]4.3.12条提出，桥梁结构由于均匀温度变形而产生的附加或约束变形的计算，应从结构受到约束时的温度入手，并考虑最大和最小有效温度效应。
一般来说，我们只考虑桥梁的垂直温度梯度效应。
至于钢管拱，则没有考虑横向温度梯度的影响。
罗月静提出，钢管表面最高温度可达到80℃，管内混凝土最高温度可达到50℃；收缩徐变完成后，相当于降温20℃，这就产生了-70℃温差，大直径钢管中导致与核心砼“脱空”现象严重，尤其是拱顶位置。
太平湖大桥拱座施工温度应力分析与控制
太平湖大桥拱座施工温度应力分析与控制摘要：温度应力是影响大体积混凝土开裂的重要因素。
本文采用有限元结构软件对太平湖大桥铜陵岸拱座进行了混凝土施工期的温度应力初步分析, 分析中考虑了混凝土的弹性模量、徐变等参数随龄期变化和分层浇筑对拱座温度应力的影响。
提出了防止施工过程中由于外界温度变化及水泥水化热等因素引起裂缝的措施, 并通过部分监控数据对拱座温度变化规律进行了分析，为同类工程施工提供参考。
关键词：拱座施工；水化热；温度应力分析；温度控制abstract：thermal stress is a major factor affecting large volume of concrete cracking. based on the finite element software, the thermal stress of tongling’s arch seat during construction of the bridge is analyzed, and the effect of thermal stress of arch seat is discussed, such as elastic modulus and creep of concrete changed with time, casting in layers. finally, controllable measures on crack which caused by different surface temperature and cement hydration heat during construction are put forward, and has carried on the analysis to the skewback concrete temperature change rule with the part monitoring data, provide a reference for similar engineering construction.key words：skewback construction; hydration; analysis ofthermal stress; control of temperature.中图分类号：tu74文献标识码：a 文章编号：2095-2104（2013）水泥水化热、外界气温、约束条件而产生的结构温度的变化和因此而产生的温度应力是结构物产生裂缝的重要原因，温度应力主要发生在结构施工初期且宽度较大，分为由浇筑开始表面和内部温差引起的表面张拉应力，以及当混凝土浇筑完成后，水化热引起的温度先上升后下降带来的收缩受到外界约束时的内部张拉应力，不但影响到结构的承载力和设计效果，而且对结构的安全性和耐久性也有重要影响[1~4]。
大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥温度效应分析
大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥温度效应分析大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥温度效应分析摘要：随着经济的发展和城市化的推进，越来越多的大跨度桥梁被建造起来。
在这些桥梁中，中承式钢管混凝土提篮拱桥因其结构刚度大、承载力强等特点而得到广泛应用。
然而，由于桥梁长期处于开放环境中，受到日夜温度变化的影响，其结构性能可能会发生变化。
本文通过对大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥温度效应进行分析，探讨其对桥梁结构的影响及相应的应对措施。
1. 引言大跨度桥梁的建设对交通和经济的发展起到至关重要的作用。
中承式钢管混凝土提篮拱桥作为一种适用于大跨度桥梁的结构形式，因其结构简单、承载力强等优点而备受青睐。
然而，桥梁的温度效应是中承式钢管混凝土提篮拱桥设计和施工过程中的重要考虑因素。
本文旨在分析大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥的温度效应，并探讨相应的应对措施。
2. 温度效应的分析桥梁长期暴露在自然环境中，日夜温度变化不可避免地会对其结构产生影响。
温度变化引起的热胀冷缩现象会导致桥梁结构的应力和变形发生变化，从而可能对桥梁的安全性和使用寿命造成影响。
因此，准确分析中承式钢管混凝土提篮拱桥的温度效应非常重要。
首先，温度变化会引起桥梁各构件的线膨胀系数变化。
不同材料的线膨胀系数不同，而建筑结构中不同材料的收缩膨胀系数差异会引起内力和变形的变化。
而中承式钢管混凝土提篮拱桥的主体结构由钢管和混凝土组成，钢和混凝土的线膨胀系数差异较大。
因此，温度变化会引起钢管和混凝土间内力分配的变化，进而改变整个桥梁的受力性能。
其次，温度变化还会引起桥梁的自由变形和约束变形。
当桥梁受温度变化引起的热胀冷缩时，会产生自由变形。
而在实际情况下，桥梁通常被形式上或实际上的约束，使其不能自由变形。
这种约束会引起约束变形，进一步影响桥梁的力学性能。
对于中承式钢管混凝土提篮拱桥来说，以上变形效应将共同作用于其结构，进而影响其整体性能。
最后，温度变化还会对桥梁的疲劳寿命造成影响。
混凝土桥梁温度应力分析及其应用
混凝土桥梁温度应力分析及其应用一、引言混凝土桥梁是现代交通建设中不可或缺的重要组成部分，而混凝土桥梁的温度应力分析则是保障桥梁安全运行的重要前提。
本文将从混凝土桥梁温度应力分析的基本原理、分析方法、实际应用以及存在的问题等方面进行详细阐述，以期能够为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
二、混凝土桥梁温度应力分析的基本原理混凝土桥梁在使用过程中，由于受到外界环境因素的影响，如气温的变化、日夜温差的变化、阳光直射等，会导致桥梁温度的变化。
而混凝土材料的热膨胀系数较大，因此桥梁在受到温度变化时也会发生相应的热膨胀或收缩。
这种热膨胀或收缩所引起的内部应力称为温度应力。
混凝土桥梁温度应力分析的基本原理是根据热学基础原理和结构力学原理，对混凝土桥梁受温度变化时的变形和应力进行分析。
具体来说，可以通过建立混凝土桥梁的有限元模型，结合温度场分析和热膨胀系数等参数，计算出桥梁在受到温度变化时的变形程度和应力大小，并进一步判断桥梁的抗震性能和安全性能是否符合设计要求。
三、混凝土桥梁温度应力分析的分析方法1.建立有限元模型混凝土桥梁温度应力分析的第一步是建立混凝土桥梁的有限元模型。
在建模过程中，需要考虑桥梁的结构形式、材料性质、荷载情况等因素，以确保模型的准确性和可靠性。
2.建立温度场模型建立有限元模型后，需要对桥梁所处的环境进行温度场分析。
温度场分析是指对桥梁所处的环境温度进行模拟和分析，以确定桥梁在受到温度变化时所受到的热载荷。
3.计算桥梁的温度应力在有限元模型和温度场模型建立并完成之后，可以通过有限元分析方法，计算桥梁在受到温度变化时所受到的温度应力。
具体来说，需要将桥梁的温度场模型和有限元模型进行耦合，计算出桥梁在温度变化下的变形程度和应力大小。
4.判断桥梁的安全性能最后，根据计算结果，可以判断桥梁的抗震性能和安全性能是否符合设计要求。
如果存在问题，则需要进一步优化设计方案，以确保桥梁的安全性能。
四、混凝土桥梁温度应力分析的实际应用混凝土桥梁温度应力分析在实际应用中具有广泛的应用价值。
钢管混凝土拱桥温度内力计算时温差取值分析-典尚设计
第13卷 第2期2000年4月中 国 公 路 学 报Ch ina Journal of H ighw ay and T ranspo rtV o l 113 N o 12A p r .2000文章编号:100127372(2000)022*******收稿日期:1999208203作者简介:陈宝春(19582),男,福建罗源人,福州大学副教授.钢管混凝土拱桥温度内力计算时温差取值分析陈宝春,徐爱民,孙 潮(福州大学土木建筑工程学院,福建福州 350002)摘 要:提出钢管混凝土拱桥计算合拢温度的概念,进行了钢管混凝土构件截面温度场测试和钢管混凝土拱桥温度变化值的计算机分析。
分析结果认为,钢管混凝土拱桥的计算合拢温度主要取决于管径和管内混凝土浇筑后一个月内的平均温度以及空钢管合拢温度。
钢管混凝土拱桥的计算温度取日平均温度较为合理。
关键词:钢管混凝土;拱桥;温差中图分类号:U 44115 文献标识码:AAna lysis of therma l d ifference magn itude i n therma l lnnerforce ca lcula tion of CFST arch br idgeCH EN B ao 2chun ,XU A i 2m in ,SU N Chao(Co llege of C ivil and A rch itectu re Engineering ,Fuzhou U n iversity ,Fuzhou 350002,Ch ina )Abstract :T he concep t of calcu lati on clo su re tem p eratu re of CFST arch b ridge is p resen ted ,the tests of the therm al field of CFST co lum n s and com p u ter num erical analysis of the therm al change m agn itude of CFST arch b ridges are carried ou t .W ith the resu lts am p lified ,the calcu lati on clo su re tem p eratu re of CFST arch b ridge dep ends m ain ly on the diam eter of the tube ,the average tem p eratu re of the m on th after the concrete in the tube is filled as w ell as the clo su re tem p eratu re of the ho llow steel tube arch .T he daily average tem p eratu re is coop erated w ell w ith the calcu lati on tem p eratu re .Key words :CFST ;arch b ridge ;therm al difference 钢管混凝土拱桥基本上是超静定结构。
钢管混凝土拱桥的非线性温度应力影响因素的探究
岸的重要 交通 枢纽。桥梁全长 ２ １ ２Ｔ ０ ． Ｉ ９ Ｉ，桥面全宽
３ ． Ｉ ２ ５１，人 行 道 净 宽 ２ Ｉ ６ Ｔ ．１ ５Ｔ 。整 体 桥 梁 采 用 三 跨 （５ ５１ ＋８ Ｉ ５２ Ｉ， 中跨 矢 跨 比 １５ ５ ． Ｉ ０１ ＋５ ． １） ２ Ｔ Ｔ ５Ｔ ／，矢 高
２ 建 模原 型
图 １ 实 桥 立 面 图
荷载 （ 骤然降温可以归人到年温变化里计算 ） 。其各 自特点见表 ｉ 。由于均匀变化的温度可按线性温度计 算 ，故本文对 日 照变化温度荷载 （ 非线性温度荷载 ）
进 行着重 分析 。
下 面 以浙 江义 乌宾 王大 桥为例 ，介 绍温 度ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 钢管
摘 要 ：以浙 江 义乌 宾 王 大 桥 为 上 作 背 景 ，对 外界 温度 特 别 是 非 线 性 温度 作用 于钢 管 混凝 土拱 结 构所 受 内 力 、应 力 作 一 番 研 究 与探 讨 ， 同时 对 钢 管 拱 结 构 的设 计 温度 影 响 因 素进 行分 析 ，得 出影 响规 律 。研 究 成 果 可 为 进 行 钢 管 混 凝 土 拱 桥
际受力 与计算 差距 较大 。
桥梁结 构在 其所处 的环 境 ，会受 到各种 自然 环境
变 太 篓 局性 不匀 应大 最杂 日 辐 化 射 照 阳 鐾 部 均 局 复 力 部
混凝 土拱桥 的影 响 。
１ 大 桥 概 况
条 件 变化 的影 响 。显然 ，钢 管 混 凝 土结 构 的表 面 与
表 １ 温 度 荷 载 种 类 以及 各 自特 点
温 度 荷 载 的 特 点 温 度 变 化
钢 管混 凝 土材 料在 我 国桥 梁界 已经被 广 泛应 用 ，
钢管混凝土拱桥温度问题研究综述
钢管混凝土拱桥温度问题研究综述摘要：桥梁长期暴露于野外自然环境之中，不可避免受到环境温度、日照辐射等因素的影响，其温度效应较为显著，近年来国内外学者已开始关注温度作用对钢管混凝土拱桥的影响，普遍认识到温度作用会影响桥梁的线形、引起结构脱空、增加结构应力等，进而影响结构的安全。
关键词：钢管混凝土拱桥温度场温度效应1钢管混凝土拱桥温度场与温度效应研究现状钢管混凝土拱桥的大规模建设始于20世纪90年代，与混凝土桥梁不同，其核心混凝土被钢管外包，难以发现由温度应力引起的开裂、脱空等问题，温度效应造成的问题具有隐蔽性[1]。
同时钢管与混凝土材料的差异性导致其温度传导性也大不相同，其温度效应更为复杂。
因此，对钢管混凝土拱桥温度效应的研究也起步较晚，并且钢管混凝土拱桥在国外少有应用，相关研究主要集中于国内。
在温度场的研究方面，陈宝春等基于有限差分法对钢管混凝土截面温度场进行求解，并通过试验进行了验证。
范丙臣通过构件足尺试验得到了大气温度、日照等作用下的温度场，并对有效温度取值给出建议。
陈可、孙国富分别在实桥拱顶截面测得了日照下哑铃型截面单根管的温度场，并与有限元结果进行了对比。
李翔研究了位处高原山区的钢管混凝土拱桥温度梯度作用。
朱晓文对某四肢桁式钢管混凝土拱肋的截面日照温度场，通过理论与试验相结合的方式进行了分析，发现上哑铃截面温度要高于下哑铃。
刘振宇对一组横、竖放的钢管混凝土构件进行了日照温度场测试试验，也发现日照作用下构件的截面温度场有明显的非线性，且混凝土中心温度变化明显滞后于外界。
同样的，闫雯通过有限元分析与温度场实测试验，发现了钢管混凝土截面温度场突出的时变非线性和空间非线性。
在截面温度场的影响因素研究方面，汪鹤利用ANSYS建立拱肋截面平面模型，分析了截面倾角与直径等对温度场的影响，发现倾角对其影响不大，而直径越大温度变化越缓慢，且极值温度越小的规律。
金晓飞分析了不同方位对圆钢管、方钢管、工字钢3类钢构件表面日照温度分布的影响，得出构件与南北向夹角对温度场影响不大、构件截面面积与最大温度成正比的结论；然而刘红波却得出构件空间摆放方位对其温度场有很大影响的不同结论。
混凝土桥梁温度应力分析及其应用
混凝土桥梁温度应力分析及其应用一、引言随着经济的发展，交通建设的不断完善，桥梁作为连接各个地区的重要交通设施，得到了广泛的应用。
而混凝土桥梁作为一种比较常见的结构形式，其温度应力问题一直是工程技术人员关注的焦点。
因此，对混凝土桥梁的温度应力进行分析和应用，具有重要的理论和实际意义。
二、混凝土桥梁的温度应力问题1. 混凝土桥梁的温度变化混凝土桥梁在使用过程中，由于受到气温、日照时间、夜间降温等因素的影响，其温度会发生变化。
这种温度变化会导致混凝土桥梁的体积发生变化，从而产生温度应力问题。
2. 温度应力的产生机制混凝土桥梁的温度应力是由于温度变化引起的混凝土体积的变化而产生的。
在桥梁的使用过程中，当温度发生变化时，桥梁的混凝土体积也会发生变化，从而产生温度应力。
如果桥梁没有足够的抗裂能力，就会出现裂缝等问题。
3. 温度应力的影响因素混凝土桥梁的温度应力受到多种因素的影响，如桥梁的结构形式、材料的性质、温度变化的幅度和速度等。
其中，桥梁的结构形式对温度应力的影响比较大，不同形式的桥梁温度应力的产生机制也不同。
三、混凝土桥梁温度应力分析方法1. 数值模拟法数值模拟法是一种比较常用的分析混凝土桥梁温度应力的方法。
该方法通过建立桥梁温度应力的数学模型，利用计算机进行数值分析，得到桥梁温度应力的分布规律。
该方法具有计算精度高、分析结果可靠等优点。
2. 理论分析法理论分析法是一种较为简单的分析混凝土桥梁温度应力的方法。
该方法基于热力学原理和材料力学原理，通过建立桥梁的温度应力计算公式，计算桥梁在不同温度下的应力变化。
该方法具有计算简单、分析结果直观等优点。
四、混凝土桥梁温度应力的应用1. 优化桥梁设计混凝土桥梁温度应力分析可以为桥梁设计提供重要的参考依据。
通过分析温度应力的大小和分布规律，可以优化桥梁的结构形式和材料的选择，提高桥梁的抗裂能力和使用寿命。
2. 桥梁养护和维修混凝土桥梁温度应力分析可以为桥梁的养护和维修提供指导意见。
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文章编号:1000-2243(1999)03-0015-04
钢管混凝土拱桥温度应力数值分析
徐爱民,陈宝春
(福州大学土木建筑工程学院,福建福州350002)
摘要:以钢管混凝土拱桥的温度应力为分析对象,编制了钢管混凝土构件截面热传导差分计算
程序.在此基础上,编制求解钢管混凝土拱肋温度应力的有限元程序,定性分析了钢管混凝土拱
桥的温度特性.
关键词:钢管混凝土;拱桥;温度;应力
中图分类号 U 441.5 文献标识码:A
钢管混凝土肋拱桥拱肋截面上温度场为非均匀温度场,可分解为等效的线性温度场和非线性温度场〔1〕.非线性温度场会引起截面自应力;线性温度场变化在常用的超静定拱桥中产生内力.钢管混凝土拱桥温度应力计算,未见文献报道.本文采用Fortran 语言利用数值方法,编制了钢管混凝土构件受均匀大气温变和内热源共同作用下的温度场变化情况的计算程序,并建立有限元程序计算线性温度场引起的拱肋内力、应力和变形,以及非线性温度场引起的截面自应变和自应力.根据计算结果,初步分析了钢管混凝土拱桥按现行桥规分析时的合拢温度、年温差温度的取值问题,并讨论了拱肋截面非线性温度场的自应力问题.1 钢管混凝土拱肋截面温度场差分计算
1.1计算基本假定
1)钢管混凝土拱肋为细长结构物,假定沿拱肋轴向大气温度场均匀,并视拱肋与墩台接触面为绝热边界.则沿拱轴方向无热传导,钢管混凝土拱肋温度场为断面上的平面问题.
2)作为初步分析,不考虑日照影响以简化分析,即认为环境温度场环绕着拱肋断面为均匀温度场,则钢管混凝土拱肋断面温度场是平面轴对称问题.
3)管内混凝土与钢管接触良好,接触面上温度和热流是连续的,为完全接触边界条件(第四类边界条件);钢管外表面的边界条件为热传达边界条件(第三类边界条件).
1.2热传导差分方程
由文献[2]可得圆坐标系下导热方程:ρC p T t =1r r r λ T r +1r 2
φλ T φ+ z λ T z + Q t t t (1) 根据1.1节中的假定,钢管混凝土拱肋的传热问题可简化为圆截面的一维问题,上述导热方程可简化为:
收稿日期:1998-12-31
作者简介:徐爱民(1975-),男,助教,硕士.第27卷第3期
1999年6月福州大学学报(自然科学版)Journal of F uzhou University (Natural Science )Vol .27No .3June 1999
1α T t =1r T r + 2T r 2+ Q t t (2)
式中:热扩散率α=λ/ρC p ;Q t 为t 时刻单位体积混凝土累积水化热;λ为导热系数;ρ为材料密度;C p 为材料比热;T 为温度;t 为时间;r 为离圆心距.
钢管混凝土构件初始条件为t =0,T =T 0(T 0为定值);或假设温度分布为t =0,T =f (x ).边界条件有热传达边界条件(第三类边界条件)、相接触边界条件(第四类边界条件).由于环境温度随时间的变化规律很难用连续函数表示,而钢管混凝土拱肋温度场是环境温度的函数,所以钢管混凝土拱肋温度场相对时间也很难用解析解求得连续函数.对于大气温度传热问题,实用求解方法常用数值解法.主要有有限元法、边界单元法、有限差分法等.文献[3]指出,边界单元法最符合实际条件,求传热问题最精确,但对物性值变化的问题,没有很好的解决办法.有限元法有广泛的适用性,但划分单元多,计算量大,适用于热边界条件复杂的对象.有限差分法容易理解,在细分了截面单元和时间步长后,精度完全可以保证.综上所述,由于本文所考虑的钢管混凝土拱桥拱肋断面温度场对称,所以在求解钢管混凝土构件温度场时采用有限差分法.
将钢管混凝土拱肋断面划分为一个钢环(钢管)和有限个混凝土圆环和一个核心混凝土小圆,共n 个小区段,每段间距r ,计算模型见图1.对钢管混凝土拱肋温度场在时间长度上进行差分,由文献[4]可得差分方程式
.
图1 钢管混凝土构件计算模型图
1.3程序框图
根据上述分析,用差分法编制了受环境温度和管内混凝土水化热影响的钢管混凝土拱肋截面温度场计算程序.程序框图见图2.
2 钢管混凝土拱桥温度内力与应力计算
钢管混凝土拱肋截面温度场属非线性温度场,可分解为“等效非线性温度场”和“等效线性温度场”.前者引起正截面的非线性变形,这种变形由于受到平截面假定的约束而在截面上产生自相平衡的约束力,称为温度自应力,它对整个结构不产生内力和变形;后者会引起结构的位移,在超静定结构中,由于多余约束存在而产生温度次内力,引起截面上的温度次应力.
本文将拱肋离散为直梁单元,单元刚度根据施工至成桥过程中钢管混凝土的组成成分与材料的变化求取.即空钢管、随混凝土强度增大而增大刚度的钢管混凝土、混凝土强度达到·16· 福州大学学报(自然科学版)
第27期
28天强度的钢管混凝土.应用文献[5]提供的平面刚架有限元程序,考虑温度影响,求取线性温度场引起钢管混凝土拱桥的内力、应力、应变.截面非线性温度应力的计算,按文献
[6]提供的方法计算.钢管混凝土拱桥温度内力、
应力计算程序见图3
.
图2 热传导程序框图 图3 钢管混凝土拱桥温度应力计算框图
3 算例
算例1为福建闽清石潭溪大桥,该桥为单跨136m 的钢管混凝土桁肋中承拱,主拱肋弦杆为Ф550m m ×8m m 的钢管内灌C40混凝土,详见文献[7].算例2为福建福安群益大桥,该桥为单跨46m 的钢管混凝土单圆管中承式肋拱,主拱肋弦杆为Ф800m m ×14mm 的钢管内灌C30混凝土,详见文献[8].
大气温度采用福建省气象中心提供的福州市典型1月和7月的大气温度以及1998年9～10月实测的大气温度资料[9],应用本文计算程序分析发现,由于钢管混凝土拱肋截面为钢—混凝土组合材料,大气温度影响钢管较快、而对核心混凝土的影响较慢.2个算例中,截面上钢管壁和核心混凝土中心温差值最大可达3～5℃左右.此非线性温度场对结构内力没有影响,但产生的自应力则相当大.表1列出2个算例中年均温差线性温度应力、拱肋自重应力以及截面非线性温度应力值.
·17·第3期徐爱民等:钢管混凝土拱桥温度应力数值分析
表1 线性、非线性温度最不利应力值与自重应力值比较(单位:kP a )
项目
群益大桥线性温度应力拱肋自重应力非线性温度应力石潭溪大桥线性温度应力拱肋自重应力非线性温度应力最大值
187355814283955193763578最小值-34785581-3175-179119376-21544 结语
编制了钢管混凝土拱桥拱肋截面温度场的差分计算程序和拱肋线性温度内力、应力与截面非线性温度应力的有限元计算程序,且进行了钢管混凝土桁拱和单圆管肋拱2座桥例的分析.计算结果表明,钢管混凝土拱桥线性温度应力与非线性温度应力接近或超过拱肋自重产生的应力,应引起设计者的注意.
参考文献
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[9]徐爱民.钢管混凝土拱桥温度特性研究[D ]:[学位论文].福州:福州大学土木建筑工程学院,1999.V alue Analysis of CFST Arch Bridge 's Temperature Stress
XU Ai -min ,CHEN Bao -chun
(Co llege of Civil and A rchitectural Eng ineering ,Fuzhou U niversity ,Fujian Fuzhou 350002,China )
A bstract :The temperature stress of the concrete -filled -steel -tubular (CFST )arch bridge is analy zed and a prog ram for calculating temperature conduction of CFS T element is m ade .Based on that ,a finite element program w hich solves temperature stress of CFST arch rib is made so that the temperature stress of CFST arch bridge is analyzed qualitatively .
Keywords :CFST ;arch bridge ;tem perature ;stress ·18· 福州大学学报(自然科学版)
第27期。