桥梁结构温度效应理论
大跨径桥梁施工控制温度效应研究
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ＳＩＣ ＆ｆ ＨＯ Ｇ ＩＯＭＮ． ＣＮＥ Ｅ ＮＬ ＹＮ０ ＴＮ Ｅ Ｃ Ｏ Ｆ０ＡＩ —Ｒ Ｏ ２６ Ｏ — ２
大跨径桥梁施工控制温度效应研究
吴 文 阳
（ 杭州市交通工程集团有限公司 浙江杭州 ３０ ０ ） １０ ７ 摘 要 ： 度对 桥梁结构 的影 响包括年 温差影响和局部温差影响 ，针对温度 变化对大跨径桥 梁施 工控 制的影响 ，在分析温 度应 力的 温 内涵及产生原因的基础上 ，根据变分原理 ，提出了温度应 力计算的简化处理 方法 ，即实用温度分布函数——半径验半理论公式 ；以 供桥梁设计和施工控制时参考。 关键词 ： 大跨径桥梁 施工控制 温度效应
《2024年大温差环境下钢-混组合梁桥日照温度效应研究》范文
《大温差环境下钢-混组合梁桥日照温度效应研究》篇一一、引言随着交通网络的日益完善，钢-混组合梁桥以其优越的力学性能和良好的经济效益，在各种工程领域得到了广泛应用。
然而，在大温差环境下，这种组合梁桥会受到日照温度效应的影响，这对其安全性和耐久性提出了严峻的挑战。
因此，对大温差环境下钢-混组合梁桥的日照温度效应进行研究，对于保障桥梁的安全运营和延长其使用寿命具有重要意义。
二、钢-混组合梁桥的基本构造与特点钢-混组合梁桥是一种由钢梁和混凝土桥面板通过剪力连接件组成的桥梁结构。
其特点在于充分利用了钢材的高强度和混凝土的抗压性能，具有较好的力学性能和经济效益。
然而，在大温差环境下，由于钢材和混凝土的热膨胀系数存在差异，组合梁桥会受到温度应力的影响，这对其安全性和耐久性构成了威胁。
三、大温差环境下钢-混组合梁桥的日照温度效应大温差环境下的日照温度效应是指由于太阳辐射、气温变化等因素引起的桥梁结构温度变化。
这种温度变化会导致钢-混组合梁桥产生温度应力，从而影响其安全性和耐久性。
因此，研究大温差环境下钢-混组合梁桥的日照温度效应，对于保障桥梁的安全运营具有重要意义。
四、研究方法与实验设计为了研究大温差环境下钢-混组合梁桥的日照温度效应，本文采用理论分析、数值模拟和实地测试相结合的方法。
首先，通过建立钢-混组合梁桥的三维有限元模型，分析其在不同温差下的温度场分布。
其次，通过数值模拟方法，研究温度场对桥梁结构的影响，包括温度应力的分布和大小。
最后，通过实地测试，验证理论分析和数值模拟结果的正确性。
五、实验结果与分析1. 温度场分布通过建立的三维有限元模型，我们发现大温差环境下钢-混组合梁桥的温度场分布呈现出明显的空间和时间变化。
在太阳辐射作用下，桥梁表面温度升高，而内部温度则相对较低，形成较大的温度梯度。
此外，昼夜温差也会对桥梁的温度场产生影响。
2. 温度应力分析由于钢材和混凝土的热膨胀系数存在差异，大温差环境下的温度场变化会导致钢-混组合梁桥产生温度应力。
桥梁结构温度效应验证分析
桥梁结构温度效应验证分析(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司；公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽合肥，230000）摘要：温度效应是桥梁控制设计的重要因素之一，现行规范对混凝土结构温度效应规定较为明确，但对钢结构温度作用规定尚待完善，因此在现行桥梁设计用多采用国外规范的钢结构温度作用。
为研究桥梁结构温度作用效应，以某斜拉桥为工程依托，根据中国东部温差日内变形及季节变化进行温度场研究分析，以验证温度作用按相应规范选取的合理性。
关键词：斜拉桥；温度效应；钢结构；温度场在桥梁结构设计过程中，温度效应是一个控制设计的重要因素[1,2]。
温度分为日内温度和年温度，在结构计算时日内温度以温差形式体现，年温度以系统温度形式体现。
温度作用产生的效应是控制结构设计的重要因子之一，部分桥梁可能超过汽车活荷载作用而成为第一活载，可见对温度进行深入研究是很有必要的[3,4]。
目前国家规范对梯度温度的规定对于混凝土结构比较适用，对于钢结构特别对于薄层铺装的钢结构并不是太适用[5,6]，因此桥梁设计过程中对于薄层铺装钢结构往往不是采用国内规范，而是参照英国BS5400规范执行，这就要求必须根据我国日照温度场情况对其予以验证分析[7,8]，以保证桥梁温度选取的合理性。
1计算方法1.1热力学边界条件进行温度场分析时，要以辐射强度及环境温度变化作为热学边界条件（类似结构加载），因此边界条件的选择必须合理，本次计算采取桥梁所在地经过大量统计的辐射强度和日环境温度变换作为边界条件[5,12]。
辐射吸收率上，沥青混凝土以0.89计入，普通混凝土以0.65计入，钢结构以白色涂装考虑，吸收率以0.4计入。
反辐射强度以0.3倍的辐射强度计入，对流系数方面，考虑平均风速2m/s计算。
温度边界模拟时采取升温计算工况和降温计算工况两种类型，升温计算工况以收集的项目所在地夏季4日典型升温天气统计结果，降温工况以收到的项目所在地冬季4日典型降温天气统计结果，如图1所示。
钢筋混凝土过梁的温度效应及应对措施
钢筋混凝土过梁的温度效应及应对措施一、引言钢筋混凝土梁作为构建大型建筑和桥梁的重要结构元素，承载着巨大的荷载。
然而，由于环境温度的变化以及梁自身工作状态的变化，梁的温度也会发生变化，从而对梁的性能和稳定性产生一定的影响。
本文将探讨钢筋混凝土过梁的温度效应，并提出相应的应对措施。
二、温度效应对钢筋混凝土梁的影响1. 热胀冷缩效应在环境温度发生变化时，钢筋混凝土梁会因为温度的升高而膨胀，温度的降低而收缩。
这样的热胀冷缩效应会导致梁产生内部应力，从而对梁的整体性能和稳定性产生影响。
2. 温度变形效应温度的升高或降低会导致钢筋混凝土梁产生热变形或冷变形，使梁的形状发生改变。
这可能会导致梁的位移变化、挠度增大等问题，影响梁的使用安全性。
3. 温度应力效应钢筋混凝土梁由于温度变化引起的热胀冷缩等效应，会导致梁内部产生应力。
这些应力可能会超过梁的材料强度，从而引起梁的开裂、损伤等问题，降低梁的承载能力和使用寿命。
三、应对措施针对钢筋混凝土梁在温度变化下出现的问题，我们可以采取以下应对措施：1. 设置伸缩缝在梁的设计和施工过程中，应合理设置伸缩缝。
伸缩缝能够在一定程度上消除因温度变化引起的热胀冷缩效应，减轻梁的内部应力。
2. 采用隔热材料在梁的外表面或内部填充隔热材料，可以减缓热传导速度，延缓温度变化对梁的影响。
常见的隔热材料如聚苯板、岩棉等。
3. 控制混凝土的收缩在混凝土配制过程中，可以适量控制水灰比，添加适当的缩微剂等措施，减少混凝土的收缩量。
这样可以降低热胀冷缩引起的应力，提高梁的抗温性能。
4. 表面保护对梁的表面进行合适的保护涂层，可以减少温度变化对梁的影响。
保护涂层可以提高梁的防水性能和耐久性，延长梁的使用寿命。
5. 温度监测与预测对钢筋混凝土梁的温度进行监测和分析，及时掌握梁的温度变化情况，可以进行预测和评估。
这有助于及时采取相应的控制措施，保证梁的安全性和稳定性。
四、结论钢筋混凝土梁在温度变化下会产生热胀冷缩、温度变形和温度应力等效应。
钢板组合梁桥混凝土温度效应研究
0引言近年来，钢板组合梁桥作为广泛应用于桥梁工程的结构形式，其施工工艺及性能研究备受关注。
段亚军等[1]综述了钢板组合梁桥的施工工艺，着重介绍了顶推法、吊装法以及桥面板的预制和现浇施工等关键环节。
周辉的研究[2]通过数值模拟深入探讨了钢-混组合梁界面滑移效应与掀起效应之间的相互影响。
张彦玲等[3]通过试验研究钢-混凝土组合梁的性能，发现横隔板数目对切向滑移影响相对较小。
齐书瑜的研究[4]通过弯扭性能模型试验发现，曲线组合梁在负弯矩与扭矩作用下，切向和径向滑移随跨径比减小而减小。
张兴虎等[5]提出了一种新型钢-混凝土组合梁设计方案，通过试验表明其相对于传统组合梁具有更高的抗剪承载力和变形能力。
焦驰宇等[6]通过有限元软件研究了梁格法在曲线箱梁桥的适用条件，并提出了单梁法和梁格法在应力计算中的对比。
满建琳[7]对4跨钢-混组合曲线连续箱梁桥进行了全桥模拟分析，关注了支座反力、桥面板位移和结构应力等关键参数。
在这一背景下，本文旨在深入研究钢板组合梁桥的温度效应，通过参数分析探讨其在不同工况下的性能变化，为钢板组合梁桥的设计和实际工程应用提供科学的理论支持。
1工程背景项目位于阜阳市，路线全长6.273公里，一级公路建设标准，公路段长度5.45公里，市政段长度0.85公里，引桥为预应力组合箱梁，预制梁板共计176片，引桥下部结构桥台采用肋板式桥台、桩基础，桥墩采用桩柱式桥墩、桩基础。
2有限元建模说明采用有限元分析软件Abaqus ，通过空间模型简化建立全桥有限元分析模型。
简化的过程就是将实际的小半径钢板组合梁桥通过力学抽象，进而简化为能用于矩阵分析的空间力学模型。
模型简化必须使力学模型尽可能符合实际原型结构。
模型中选用的单元类型必须能够模拟实际构件的受力特征，同时采用的单元参数要符合实际构件的参数，边界约束状况必须和实际结构的约束状态相符。
在建模过程中，钢板组合梁的钢箱梁采用壳单元进行模拟，混凝土桥面板均采用实体单元模拟，支座采按照实际工程进行布置。
第3讲 桥梁结构温度效应理论
（1）箱形桥梁 现代大、中跨径桥梁常用的结构形式，现以双室箱梁为例， 下图示出几个时刻的温度分布状态，其具有明显的指数曲线特征
（2）双T形桥梁 这是中、小跨径桥梁常用的截面形式，例如多T形、 形 桥梁或板梁式结构等。但这种桥梁的温度分布实测资料较少， 根据箱形桥梁的实测资料分析，拟定双T形桥梁可能的温度分 布，如图所示。
Tx T x
、
Ty
T y
及
Tt
T t
的函数，显然泛函 内， 满 T
的值决定于 T 、T x 、T y 及 T t 的值。在区域 R 2 2 2 足热传导方程 T T T
x
2
y
2
at
0
在初始瞬时，T 应等于给定的温度，即当 t 0 时 T T 0 ( x , y ) 在边界C 上满足第一类边界条件，即当 t 0 在 C 上 T T b
随着空心高桥墩、大跨度预应力混凝土箱梁桥等一些混凝
土结构的发展，温度应力对混凝土结构的影响和危害，已越来
越引起工程界的重视。 温度应力分为两种：
温度自约束应力或温度自应力：在结构物内部某一构件单
元中，因纤维间的温度不同，所产生的应变差受到纤维间的相 互约束而引起的应力。
温度次约束应力或温度次应力：另一种是结构或体系内部
桥 梁 结 构 理 论
任课教师：吴金荣 安徽理工大学土木建筑学院
桥梁结构温度效应理论
温度分布 温度荷载 桥梁结构纵向温差应力通解 任意截面上的纵向温差自应力 T形和 形梁的纵向温差自应力 箱形截面的温差应力 桥梁墩柱温差应力
20世纪50年代初期，前联邦德国学者从混凝土桥墩裂缝 的现场调查分析中，认识到温度应力对混凝土结构的重要性。 我国铁道部大桥局曾在20世纪50年代末对实体混凝土桥 墩的温度应力做了调研工作。在温度应力研究的起步阶段， 国内外都以年温变化产生的均匀温度分布为依据。 随着试验及理论研究的进展，开始认识到温度分布的非 线性问题。 到20世纪60年代初，英国D.A.Stephenson的研究成果，才 使对温度应力的研究从考虑一般的气温作用，进入到考虑日 照作用的新阶段 自20世纪60年代以来，国内外都发生由于温度应力而导 致混凝土桥梁严重裂损的事故。Fritz Leonhardt曾提到：在箱 形桥梁和肋桥梁的顶面和下缘之间温差可达到27～33℃；预 应力混凝土箱形桥梁大都因温差应力而损坏。
连续梁-拱组合桥主拱合拢温度效应分析
旒 旆
旒 旃
图 １ 咸阳西特大桥桥型布 置
２ 温度效应分析
环境的变化会对桥梁结构产生一定的偏差 ， 由 于 这些偏 差 导致 了实 际成 桥线形 内力 与设 计 理想状 态支架产生一些误差 。温度对桥梁 的影响是环境因 素之一 ， 设计理想状态所考虑 的是桥梁结构在理 想 环境 温 度 （ 年平均气温） 合 龙 时 桥梁 的 受力 变 化 范
第２ ９卷
第１ １ 期
甘 肃科 技
Ｇ ａ ｎ ｓ ｕ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｉ ｆ １ ３年 ６月
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３
连 续 梁 一拱 组 合 桥 主 拱合 拢温 度效 应 分 析
钢 管 混 凝 土 加 劲 拱 组 合 结 构 体 系， 桥 梁 全 长 ２ ６ ４ ． ３ ｍ。梁体为单箱 双室、 变高度、 变截面箱形结 构， 三向预 应力 体 系。中支 点处 梁高 ７ ． ５ ｍ， 跨中 ２ ０ ｍ直线段及边跨 ６ ． １ ５ ｍ直线段梁高 为 ３ ． ５ ｍ， 梁 底下缘 按 １ ． ６次 抛 物 线 变化 ， 箱梁顶宽 ｌ ４ ． １ ｍ， 底 宽１ ２ ． ２ ｍ， 翼缘板悬臂端长 ０ ． ９ ５ ｍ。钢管拱轴线采 用二次抛物线 ， 计算跨 径 Ｌ＝１ ３ ６ ｍ， 计算矢 高 ｆ ＝ ２ ７ ． ２ ｍ， 矢跨 比 １ ／ ５ 。拱轴线计算方程 Ｙ＝一 １ ／ １ ７ ０ × ２＋ ０ ． ８×（ 坐标 原点在桥墩 中心梁顶 面下 １ ． ０ ｍ 处） 。中跨梁面设置两道拱肋 ， 中心间距 １ ２ ． ９ ｍ 。两
赵 满庆
（ 西兰 、 西成客运专线 （ 陕西） 有 限责任公司 ， 陕西 户县 ７ ３ １ ０ ３ ５ ）
桥梁结构变形中温度效应提取的一种新方法
假设 单个 传感器 接 收 到 的信 号是来 自多 个 源 信 号并 叠加 在一起 的信号 流 ．
Ｓ （ ｔ ）＝ Ｓ １ （ ｔ ）＋ Ｓ ２ （ ｔ ）＋… ＋ Ｓ Ｍ （ ｔ ） （ １ ）
目前 ， 部分 学 者 通 过 建 立 温 度 与 温 度 效 应 问
的方程 ， 将温度作为输入 ， 温度效应作为输 出， 以
１ 奇异值分解提取温度变形信号理论
１ ． １ 信 号模 型
效应 以及 活荷载 效应 等组 成 ， 因此 ， 为 了确定 各 因素对桥 梁结 构 变 形 影 响程 度 ， 正 确 评 价 桥 梁 结
构安 全状 态 ， 应 在结 构 变形 监 测 数 据 中提 取 结 构 变形 各成 分分量 ．
式 中 为信 源个数 ； ｓ （ ｔ ） （ ｉ ＝１ ， ２， …， ） 为来 自
第 ｉ 个信 源 的信号 形式 ， 且各 Ｓ （ ｔ ） 之 间都 是 相互
独立 的．
此来 分离 桥 梁 变 形 监 测 数 据 中 的温 度 效 应 Ｊ ，
该类 方法 主要 问题在 于训 练 过 程 的收 敛性 不 能完
１ ＞ ０ ． ， …， 。 称为矩阵Ａ的奇异值 ， 矩阵 Ａ 的有
用信息 都被包 含在这 些 非零奇 异值 中 ， ｕ 为 的
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３一 Ｏ ｌ 一 ０ ６； 修 回 日期 ： ２ ０ １ ３一Ｏ ３—１ ０ 作者简介 ： 杨坚 （ １ ９ ８ ４一） ， 男， 硕 士研 究 生 ． Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｙ ａ ｎ ￣ ｉ ａ ｎ ０ ５ ８ ＠ｙ ｅ ａ ｈ ． ｎ ｅ ｔ
中进 行 结 构损 伤 识 别 提 供 了依 据 ．
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计算方法，确定工程结构的某一特定的温度分布。
分析工程结构的温度荷载的方法有以下三种：
一是用热传导方程求解
二是近似数值解
三是运用半理论半经验公式
（1）热传导方程
工程结构内部和表面的某一点，在某一瞬间的温度 Ti
可表示为
Ti f (x, y, z,t)
该点的温度不仅与坐标 x、y 、z有关，而且与时间 t
1)混凝土的热物理性能
混凝土的导热系数和比热等热工参数性质的主要影
响因素是其配合料，而混凝土的龄期与水灰比则对混凝土 的热工参数影响较小。骨料对混凝土导热系数的影响较大
一般骨料混凝土的导热系数约为1.86～3.49W/(m·s.℃) （约为黑色金属的1/27）
而采用轻质骨料混凝土的导热系数约为 1.16W/(m.·s.℃)
随着空心高桥墩、大跨度预应力混凝土箱梁桥等一
些混凝土结构的发展，温度应力对混凝土结构的影响和危 害，已越来越引起工程界的重视
温度应力分为两种： 一种是在结构物内部某一构件单元中，因纤维间的温
度不同，所产生的应变差受到纤维间的相互约束而引起的 应力，称其为温度自约束应力或温度自应力；
另一种是结构或体系内部各构件，因构件温度不同所
桥梁结构温度效应理论
温度分布 温度荷载 桥梁结构纵向温差应力通解 任意截面上的纵向温差自应力 T形和 形梁的纵向温差自应力 箱形截面的温差应力 桥梁墩柱温差应力
小结
20世纪50年代初期，前联邦德国学者从混凝土桥墩裂 缝的现场调查分析中，认识到温度应力对混凝土结构的重 要性。
我国铁道部大桥局曾在20世纪50年代末对实体混凝土 桥墩的温度应力做了调研工作。在温度应力研究的起步阶 段，国内外都以年温变化产生的均匀温度分布为依据。
均匀
局部应力 大
应力较大
整体位移 大
最复杂 较复杂 简单
影响桥梁结构日照温度变化的主要因素是太阳辐射强度、 气温变化和风速，而从设计控制温度荷载来考虑，实体上 可简化为太阳辐射与气温变化因素。骤然降温一般只要考 虑气温变化和风速这两个因素，可以忽略太阳辐射的影响。 骤然降温温度荷载变化较日照温度荷载缓慢、作用时间长。 年温变化比较简单，且这个因素在工程设计中已被考虑
有关。因此对于各向为均质、同性的固体，根据Fourier
热传导理论，可导得三维非稳定导热方程
式中：
2T x 2
2T y 2
钢筋对混凝土构件温度分布的影响较小，可不予考虑 公路桥梁顶板上的沥青路面层，当其较厚时对顶板有 明显的降温作用，但较薄时因其吸热作用而对顶板不利
温度荷载
温度荷载是分析温度应力的前题，它与一般桥梁荷载 有质的区别，即具有时间性、空间性和结构个性
1) 温度荷载的特点
混凝土桥梁构件的表面与内部各点的温度随时都在发生 变化，但就自然环境条件变化所产生的温度荷载，一般可
2） 温度荷载分析
工程结构的温度荷载是因气象条件而产生的，由于气
象条件变化有明显的时间特征，因此工程结构的温度荷载
是一个随时间而变化的函数。加之工程结构的温度分布在
几何上又是多维的，所以，分析求解这种温度荷载很复杂， 若要求得一个严格的函数解是不可能的。
所谓工程结构的温度荷载分析，就是运用各种不同的
（3）箱形桥墩 以实测资料分析，箱形薄壁空心桥墩的温度分布如图所 示。
（4）板式墩 板式柔性桥墩的实测温度分布
（5）桥梁构件温度分布的特点 以上可见，桥梁构件的构造对温度分布有明显的影
响。在混凝土箱形截面桥梁中，沿箱梁顶板表面温度分布 比较均匀，但沿腹板表面的温度分布则随时间而变。混凝 土塔柱、墩柱结构的垂直表面的温度分布，随其表面的朝 向、太阳方位角的变化而异。
（1）箱形桥梁 这是现代大、中跨径桥梁常用的结构形式，现以双室箱 梁为例，下图示出几个时刻的温度分布状态，其具有明显 的指数曲线特征
（2）双T形桥梁 这是中、小跨径桥梁常用的截面形式，例如多T形、
形桥梁或板梁式结构等。但这种桥梁的温度分布实测资料 较少，根据箱形桥梁的实测资料分析，拟定双T形桥梁可 能的温度分布，如上图所示
随着试验及理论研究的进展，开始认识到温度分布的 非线性问题。
到20世纪60年代初，英国D.A.Stephenson的研究成果， 才使对温度应力的研究从考虑一般的气温作用，进入到考 虑日照作用的新阶段
自20世纪60年代以来，国内外都发生由于温度应力而 导致混凝土桥梁严重裂损的事故。Fritz Leonhardt曾提到： 在箱形桥梁和肋桥梁的顶面和下缘之间温差可达到27～ 33℃；预应力混凝土箱形桥梁大都因温差应力而损坏。。
产生的不同变形受到结构外支承约束所产生的次内力的相 应应力，称其为温度次约束应力或温度次应力。
温度应力具有明显的时间性、非性线，且应力、应变 有时并不服从虎克定律。
温度分布
在混凝土结构中，某一时刻结构内部与表面各点的温度 状态即为温度分布。由于混凝土的导热系数较小，在外表 温度急变的情况下，内部温度的变化存在明显的滞后现象
骨料对混凝土比热的影响也较明显 普通骨料混凝土的比热为800～1200J/（kg℃），约为 轻质骨料混凝土比热的1.6倍左右。 在常温范围内混凝土的线膨胀系数一般是不变的，轻 质骨料混凝土的数值较小。 在一般工程计算中，普通骨料的混凝土、钢筋混凝土 和预应力混凝土，线膨胀系数可采用1.0×10-5/℃。
分为日照温度荷载、骤然降温温度荷载及年温度变化荷 载三种类型。这三种温度荷载的特点汇总于下表中
各种温度荷载特点
特点 温度荷载
主要影响因 素
时间性
作用范 围
分布状 态
对结构影 响
复杂性
日照温度 骤然降温 年温变化
太阳辐射 强冷空气 缓慢温变
短时急 变
短时变 化
长期缓 慢
局部性 整体 整体
不均匀 较均匀
，导致每层混凝土所得到或扩散的热量有较大的差异， 形成非线性分布的温度状态。
影响混凝土温度分布的外部因素主要有 大气温度变化的作用，如 太阳辐射 夜间降温 寒流 风、雨、雪等各种气象因素的作用。 影响混凝土温度分布的内部因素主要由 混凝土的热物理性质 构件的形状等决定。 值得注意的是，本章大多提温度对其它材料桥梁同样重要。且本章分析方法亦同 样适用