温度对桥梁结构内力的影响分析

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图 ３ 桥 型 布 置 图 （单 位 ：ｍ）
２．２ 温 度 效 应 结 构 计 算 建 模 利用 ｍｉｄａｓＣｉｖｉｌ有限元 结 构 计 算 软 件，建 立
温度效应结构计 算 模 型，温 度 梯 度 模 式 采 用 我 国 《桥 规 》。 由 于 该 桥 是 三 向 预 应 力 混 凝 土 连 续 箱 梁
国 规 范 的 温 度 梯 度 曲 线 ，并 做 相 应 调 整 后 得 到 的 ，
温 度 梯 度 曲 线 见 图 １，其 温 度 计 算 基 数 见 表 １。
图 ２ 温 度 分 布 规 律
２ 温 度 效 应 计 算 与 分 析
图 １ 中 国 《桥 规 》温 度 梯 度 曲 线
２．１ 实 例 工 程 概 况 某桥是省道改建工程中的一座大桥。主桥采
℃
结构类型
狋１
混凝土铺装
２５
５０ｍｍ 沥青混凝土铺装层
２０
１００ｍｍ 沥青混凝土铺装层
１４
狋２ ６．７ ６．７ ５．５
１．２ 温 度 分 布 规 律 日照作用下，混 凝 土 结 构 温 度 分 布 规 律 见 图
２，竖 向 温 差 分 布 规 律 ［２３］为 狋（狔）＝狋０狔ｅ－犆狔狔
式中：狋０狔为顶板、底 板 温 差，通 常 取 １５ ℃，竖 向 温 差计 算 时 取 ２０ ℃；犆狔 为 指 数 系 数，通 常 取 １０；狔 以 ｍ 计。
１．１ 温 度 梯 度 模 式 目前主要的温度梯度模式有：①英国 ＢＳ５４００；
②美国荷载规范；③ 新 西 兰 桥 梁 规 范；④ 我 国 《公 路 桥 涵 设 计 通 用 规 范 》［１］（以 下 简 称 《桥 规 》）。
我 国 《桥 规 》温 度 梯 度 模 式 是 在 对 其 他 ３ 种 模 式进行多座桥梁 的 应 力 计 算 比 较 基 础 上，采 用 美
为形象描述 箱 梁 各 节 段 位 置，图 ６ 示 意 了 其 中一个桥墩（７ 号 墩）处 箱 梁 一 端 各 节 段 位 置 （或 截面位置）与编号。从７号墩至跨 中 依 次 为 ０～９ 号块，共１０个节段，其中０号块箱 梁长 １０ ｍ，１～ ５ 号 箱 梁 长 ３ ｍ，６～９ 号 块 箱 梁 长 ３．５ ｍ。
用移动挂篮逐节 悬 浇 施 工，边 跨 现 浇 段 搭 支 架 浇 筑。主桥上部结构为 ４０ ｍ＋５×７０ ｍ＋４０ ｍ面 采 用 单 箱 单 室 。 桥 型 布 置 见 图 ３。
收 稿 日 期 ：２０１７０９２８
２０１８ 年 第 １ 期
向 木 生 张 文 涛 ：温 度 对 桥 梁 结 构 内 力 的 影 响 分 析
结构，采 用 悬 臂 施 工 方 法，因 此，为 分 析 温 度 对 箱 梁结构的影响，考 虑 ２ 个 较 大 的 施 工 阶 段 建 立 温 度 效 应 结 构 计 算 模 型 ：① 建 立 悬 臂 施 工 阶 段 模 型 ， 分别选取各节段 张 拉 后 箱 梁 结 构 状 态 建 模，如 图 ４ａ），ｂ），ｃ）分 别 为 第 １，５，９ 阶 段 张 拉 后 结 构 计 算 模型，依次对应第１节段 悬 臂、１／２ 悬 臂 及 最 大 悬 臂 阶 段 状 态 ；② 全 桥 合 龙 张 拉 完 成 后 ，建 立 全 桥 模 型 ，见 图 ５。 全 桥 共 划 分 １４６ 个 单 元 。
（武 汉 理 工 大 学 交 通 学 院 武 汉 ４３００６３）
摘 要 以某４０ｍ＋５×７０ｍ＋４０ｍ 预应力混凝土箱梁为依托，分析了日照作用下混凝土箱 梁 竖 向温度分布规律。借助 ｍｉｄａｓＣｉｖｉｌ有限元结构分析软件，分别建立了箱梁悬 浇 阶 段 和 成 桥 状 态 下 的温度引起的结构状态 变 化 模 型，并 进 行 了 温 度 对 箱 梁 应 力 和 挠 度 影 响 的 计 算 与 分 析。 结 果 表 明，温度对桥梁应力及挠度有一定影响，特别是成桥状态下温 度 对 桥 梁 应 力 影 响 较 大，因 此 在 桥 梁 施工监控和结构测试时应考虑温度效应。 关键词 桥梁 温度场 有限元计算 应力
阶段
１号块张拉 ２号块张拉 ３号块张拉 ４号块张拉 ５号块张拉 ６号块张拉 ７号块张拉 ８号块张拉 ９号块张拉
近年来，预 应 力 混 凝 土 在 大 跨 度 桥 梁 结 构 中 得到广泛应 用。 在 设 计、施 工、测 量 等 过 程 中，温 度是设计中需考 虑 的 内 容，如 浇 筑 及 养 护 过 程 中 混 凝 土 水 化 热 产 生 的 结 构 内 、外 温 差 ，日 照 作 用 下 结 构 表 面 升 温 等 都 是 温 度 变 化 的 因 素 ，因 此 ，在 结 构设计计算、桥 梁 施 工 控 制 和 结 构 测 试 时 应 充 分 考虑温度对桥梁结构状态的影响。
图 ４ 悬 臂 阶 段 结 构 计 算 模 型
土 连 续 箱 梁 结 构 应 力 的 影 响 计 算 结 果 见 表 ２。
表 ２ 温 度 对 根 部 顶 板 应 力 影 响 变 化 表
图 ５ 全 桥 合 龙 后 计 算 模 型
建模分析时，仅 考 虑 竖 向 温 度 变 化 对 箱 梁 上 部 结 构 的 影 响 ，未 考 虑 横 向 、纵 向 温 差 对 结 构 及 桥 墩温度效应对箱梁上部结构的影响。 ２．３ 温 度 变 化 对 箱 梁 应 力 影 响 分 析
以 某 大 桥 为 例 ，根 据 桥 梁 温 度 场 的 分 布 规 律 ， 建立箱梁悬浇阶段和成桥状态下的温度引起的结 构状态变化模型，进 行 温 度 对 箱 梁 应 力 和 挠 度 影 响 的 计 算 与 分 析 ，讨 论 温 度 效 应 的 重 要 性 。
１ 箱 梁 竖 向 温 度 场
表 １ 竖 向 日 照 温 差 计 算 的 温 度 基 数
总 第 ２８６ 期 ２０１８ 年 第 １ 期
交 通 科 技 ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＤＯＩ１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１７５７０．２０１８．０１．０１４
ＳｅｒｉａｌＮｏ．２８６ Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２０１８
温度对桥梁结构内力的影响分析
向木生 张文涛