预应力混凝土连续梁桥温度应力计算分析

预应力混凝土连续梁桥温度应力计算分析

作者：曹轶梅高超

来源：《科技资讯》2011年第18期

摘要：本文作者多年从事桥梁设计工作，以笔者负责的50+80+50m预应力混凝土连续箱梁为工程实例，根据新老规范各种日照温度梯度，分别计算出相应温度应力，在此基础上，笔者对比分析了新老公路桥涵设计通用规范各种温度梯度模式对预应力混凝土连续箱梁应力的影响，并提出了新规范提出的日照温度梯度模式下预应力混凝土连续箱梁设计的新思路、新方法，给从事相关工作的同行提供参考。

关键词：预应力混凝土连续箱梁，温度梯度，温度应力，计算

中图分类号：TU2文献标识码：A文章编号：1672-3791(2011)06(c)-0000-00

1 概述

《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2004）（以下简称新规范）是在原《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021—89）（以下简称老规范）的基础上修订而成，新规范在公路桥梁荷载方面作了相当大的调整，如温度作用。桥梁结构处于自然环境中，受到四季温差、昼夜温差以及日照等温度作用的影响。四季和昼夜的温差是结构物环境温度的变化，这种温度变化会使桥梁结构物沿纵向均匀而缓慢地伸缩变形，在结构物位移不受到约束的情况下不会使桥梁结构物产生温度次内力，是一种均匀温度作用。但日照是温度作用的另外一种形式，它使结构物的竖向各部位因接受太阳辐射能量的不同而产生不均匀的温度分布，如桥梁结构的桥面顶面受到阳光直接照射而温度较高，但梁底终日不受阳光照射而温度较低，这种结构物内部沿竖向产生的温差会在结构物内部引起温度次内力。老规范对桥梁结构日照引起的梯度温度作用效应和国内铁路规范和新西兰、英国BS 5400、美国AASHTO规范相比都要小，因此新规范修改了老规范的温度梯度曲线。

2 工程实例

以笔者负责设计的一座三跨预应力混凝土连续箱梁为工程实例，该桥梁为某一级公路跨越一条三级航道的结构物，桥梁与路基同宽，全宽为24.5m，按上下行分离式双幅桥设计，单幅桥全宽11.75m；汽车荷载等级：公路-Ⅰ级。

主桥为50+80+50m变截面预应力混凝土单箱单室连续箱梁，箱梁中支点高度为4.618m，其高跨比为1/17.325，跨中高度为2.318m，其高跨比为1/34.52；箱梁高度距墩中心2.0m处到跨中合拢段处按二次抛物线变化。主桥箱梁除在墩顶0号施工节段处设置厚度为2.5m的横隔

梁及边跨端部设厚度为1.5m的横隔梁外，其余部位均不设横隔梁。箱梁底板保持水平，箱梁顶板横坡由腹板高差调整单向2％横坡。

箱梁顶板宽11.75m，底板宽6.50m，箱梁顶板厚28cm。顶板两侧翼缘板长度2.625m；最大底板厚80cm，最小底板厚28cm，按二次抛物线渐变；最大腹板厚为80cm，最小腹板厚为50cm。

主桥上部结构计算采用《桥梁博士V3.2.0》平面杆系程序进行计算，主桥箱梁按全预应力混凝土构件进行设计。全桥共分为68个单元，挂篮利用桥梁博士中的后支点挂篮来模拟，挂篮自重及施工机具重量按55t考虑，吊架自重及施工机具重量按15t考虑。施工阶段计算根据施工进度和施工顺序安排划分40个受力阶段。

3 温度应力计算模型

老规范以T形截面梁为主要对象，规定日照温度梯度计算模式为桥面板温度变化5℃（如图4），对箱梁未作详细规定。因此，在计算预应力混凝土连续箱梁时也采用此模式计算日照温度应力。

根据新规范，预应力混凝土连续梁桥的日照温度梯变化如图5所示。图中a1=0.1m，

a2=0.3m。正温差计算的温度基数T1 、T2因桥面铺装类型及厚度不同而不同，具体规定如表1。竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。

4 温度应力计算结果

笔者通过上述工程实例，对新老规范各种不同的温度梯度进行了计算，分别对短期效应组合、长期效应组合和基本组合三种状态的结果进行了对比，计算结果见表2。

注：表中沥青混凝土桥面铺装层厚度为0即为混凝土铺装层。

5 比较分析

可以看出，日照温度梯度作用产生的梁底总拉应力与次应力在主跨跨中及其附近截面上较大，在支点及其附近截面上较小，而梁顶压应力则在跨中及支点截面上都较大。显然，由于日照温差引起跨中截面的下缘有数值较大的拉应力、上缘有数值较大的压应力产生，这与张拉连续束引起的次应力等一起，会降低其正截面抗裂性。因此，按新规范设计大跨径预应力混凝土连续箱梁桥时，如果在作用效应组合中考虑日照温度梯度影响，对主跨跨中截面进行持久状况正常使用极限状态计算时，很可能控制设计。而在支点附近截面的重心轴附近，也有较大的拉应力产生，并由于这些截面上较大剪力的存在，显然使腹板主拉应力增大，从而使斜截面抗裂性降低，设计时也需特别关注。

计算还表明，日照温度梯度作用引起全梁各横截面的中部区域内的自应力均为拉应力，其中，按新规范温度模式计算的距梁顶0.4m处的拉应力较大。这表明，即使对静定结构(无次内力)，按正常使用极限状态计算时，也要特别重视温度应力的影响。

6 结论

（1）设计大跨径预应力混凝土连续箱梁桥时，如果在作用效应组合中考虑日照温度影响时，应特别注意对主跨跨中截面进行持久状况正常使用极限状态的正截面抗裂性验算，也应注意对中支点附近截面上靠近重心轴处的斜截面抗裂性的验算；而在持久状况的法向应力计算中，一般可不进行中间支点截面的计算，只需计算跨中截面。

(2)对简支梁这种静定结构，也应关注其温度应力(自应力)的影响。在新规范规定的日照温度梯度作用下，梁顶有较大压应力，内部区域有较大拉应力。

参考文献：

[1] 邵旭东、李立峰、鲍卫刚. 砼箱形梁横向温度应力计算分析[J]重庆交通学院学报, 2000,(04) .

[2] 康为江、方志、邹银生. 钢筋混凝土连续箱梁日照温差应力的试验研究[J]湖南交通科技, 2001,(01) .