混凝土曲线箱梁桥温度效应分析

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大跨度混凝土箱梁桥温度测试与分析

第３９卷２１第４期０１年
广州建筑ＧＡＧＨＵＡＣＩＥＴＲＵＮＺＯＲＨＴＣＵＥ
Ｖ１９Ｎ．．２１ｏ．ｏ３４０１
大跨度混凝土箱梁桥温度测试与分析
冯盛文李星ｚ
（．南交大土木工程设计有限公司广州分公司，广州５０９）１西１０５（．州建设工程质量安全检测中心有限公司，广州５０４）２广１４０
Ｋｅｒｓ：ｃｎｒｔｏ — ｉｄｒｔｍｐｒｔｒｅｄ；ｓｒｓｙｗｏｄｏｃｅｅｂｘｇｒｅ；ｅｅａｕｅｆｌｉｔｓｅ
本文通过在实桥的不同截面的不同位置埋设
连续箱梁，单幅桥面宽１．ｍ，主墩为空心墩，设２８
ｍｅｓｒｄｏｉ．ｙｃｍｐｒｎｅｒｓｌ，ｉｅａｖｒｌｖｕｔｎｔｅｔｍｐｒｔｒｆｃｓｆｈｓｂｉｇ．ａｕｅｎｓｅＢｏａｇｔｕｔｗｅｇｖｎｏｅａａａｉｔｔｉｈｅｓｌｅｌｏｏｈｅｅａｕｅｅｆｔｉｒｄｅｅｏｔ
挠度和应力，度效应进行了总体评价。
关键词：混凝土箱梁；温度场；应力
ＴｍｐｒｔｒａｕｉｇａｄＡｎｌｓｓｏｏｇ—ｐｎＣｎｒｔｏ－ｉｅｒｄｅｅｅａｕｅＭｅｓｒｎｎａｙｉｆｎ — ａｏｃｅｅＢｘｇｒｒＢｉｇＬｓｄ
ｆｒａｄｔｅｃａａｔｒｆｈｅｅａｕｅｆｌｎｅｆｔｄｂｒｃｌｅｅａｕｅｄｓｒｂｔｎｆｎｔｎｏｅｂｘｏｗｒｈｈｃｅｓｏｅｔｍｐｒｔｒｅｄａｄｔｔｅｔａｍｐｒｔｒｉｉｕｉｃｉｆｈｏ－ｒｔｉｈｉｅｉｔｔｏｕｏｔｇｒｅ．ｈｅｅｔｎａｄｓｒｓｆｅｅｎｔｍｐｒｔｒｏｄｒｌｏｓｍｕａｅｙｔｅｆｉｌｍｅｔｓｆｒｅｉｒｅｄｆｃｉｔｓｅｆｔｄｏｅｅａｕｅｌａｓａｅａｓｉｌｔｄｂｈｎｔｅｅｎｏｔｄＴｌｏｎｅｅｉｅｗａＡＮＳ，ａｏｔｇｔｅｒｉａｒｇｔｎａｄ，ｔｅｒａｒｇｔｎａｄｎｈａａｏｅｔｍｐｒｔｒｅｄＹＳｄｐｉｈａｌｙｂｄｅｓａｄｒｓｈｏｄｂｄｅｓａｄｓａｄｔｅｄｔｆｔｅｅａｕｅｆｌｎｗｉｉｒｈｉ

预应力混凝土箱梁日照温差效应分析

强度也可计算。
综上所述，由太阳辐射引起的热交换热流密度可
为太阳直射、太阳散射和地面反射种方式，并考虑翼表示为：
缘对腹板的遮荫作用，同时考虑热对流与热传导。２１太阳辐射天文参数计算．
ｑ＝ｆｊｆ
基金项目：国家自然科学基金资助项目（０７１５５８８５）
一
５一２
‘ 二
ｃｈ｜ｓＥＲＡ／～ＥＬＷＡＹＳｏ１／２００１
预厘力混凝土箱梁日照温差效应分析葛俊颖
凝土箱梁影响的研究，考虑地域、时间和桥梁的具体形分称为太阳直接辐射。太阳射线到达地球大气层上界的式，将日照效应计算精确到具体的桥梁。随着计算软件的发展，影响较大的商业软件越来越辐射强度一年内有微小波动。（２）太阳散射。大气层中散射的太阳辐射从天穹
的危害研究。
皿
现有的理论分析及实验研究表明” ，在大跨度预应力混凝土箱梁桥 ’
特别是超静定结构体系中，温度应力可以达到甚至超过活载应力，是预应
力混凝土桥梁结构产生裂缝的主要原凶。我国现行桥梁规范中的温度梯度模式基本合理，但准确性不够。由于非线性温差会产生很大的腹板拉应
导致其结构表面温度迅速上升或下降，但结构内部温度一般没有变化，因
日
此在箱梁中形成较大的温度梯度。这种温差作用产生的变形，在受到箱梁截面的纵向纤维约束或超静定结构体系多余约束制约时，便产生出可观的

铁路PC连续箱梁桥温度效应分析

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒｌｏｎｇ－ｓｐａｎｂｒｉｄｇｅｓ，ａｌｏｔｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎＲｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｓｃａｎｎｏｔｉｇｎｏｒｅｅｆｅｃｔｏｎｉｎｎｅｒｆｏｒｃｅａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｕｓｔｆｕｌｌｙｃｏｎｓｉｄｅｒｔｈｅｉｎｌｕｅｆｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂｅａｍｂｒｉｄｇｅ；ｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅｓ；ｄｅｆｏｒｍａｉｏｎ；ｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｆｅｃｔ
１）它与一般荷载应力不同，出现应变小而应
照降温，由于日落等因素致使结构外表面温度迅速下降，此时，结构物内表面温度几乎没有什么变化，形成较大的内高外低的温差状态。这两种
降温温度变化，一般只要考虑气温变化和风速这
高度方向的非线性分布，故截面上温度应力的分

大跨连续刚构预应力混凝土箱梁温度效应分析

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第３３卷第ｌ９期２００７年７月
山西建筑
ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨＩＴＥ（ＵＲＥ
Ｖｌ．３Ｎｏ．９０３１１
Ｊ１２０ｕ．０７
文章编号：０９６２（ｏ７１—３００１０ —８５２０）９００ —２
预防连续刚构箱梁温度效应的措施。关键词：温度效应，非线性温度梯度，预应力混凝土箱形梁，温度梯度模式中图分类号：４．１Ｕ４８２因早期我国大量使用的预应力简支梁桥并未因温度应力效文献标识码：Ａ
４长安大学的刘来君用变分法推出温度场的数学模型。）
ｐｃ
ａ、ａＴ．Ｔ、Ｔ／ｚ
Ｉ十ｙＪ一２Ｄ
。
，
０
ｌＩ，
其中，温度Ｔ＝Ｗ（Ｙ，）Ａ为材料的导热系数，（Ｋ）ｃｘ，￡；ｗ／ｍ・；为比热，／ｇＫ；为密度，Ｊｋ・ｌＤ２边界条件。）
在大气温度作用下，箱梁边界条件都可用下列公式表示Ｌ：１ｊ
［＋［｛＋｝［｛｝＋｝Ｈ］Ｒ］１＿— Ｒ］＋｛１＝０
￡ ‘ ｊＬｌ‘Ｈ＿
（）４
以上公式中符号的含义可以参阅文献［］［］１，２。
目前我国大多数城市设有太阳辐射的观测站，通过观测站可
通过Ｆｕｉ逼近可建立连续模ｏｒｒｅ梁的弯曲变形并且产生较大的温度自内力。第二种是年温变形以得到不同时刻的太阳辐射热，对外界气温的日变化，采用同样的方法建立温度连续可成的均匀温度场效应，会使箱梁沿轴向伸缩，梁各截面的应力拟函数；箱模拟函数，把早晨测量的温度作为计算温度场初始值，选择一个大小与它的约束有关。一般在均匀温度场作用下静定结构不产

混凝土桥梁的温度效应分析

在日照时间内；间，梁通过对流和热辐射向外界环境散夜桥
热．以。体得热量可以表达为：所物
１温度场分析
１１参数分析．
ｑｑｑｑ＝。ｒ。＋－ｑｑｑ＝Ｔ＋
日照时间夜间
（４）（）５
试验
圈ｉｕ
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混凝土桥梁的温度效应分析
刘海娥郑松
１石家庄铁道学院机械工程分院（５０３００４）２郑州工务机械段｛５０２４０５）
摘要：合考虑了桥梁所处地的各种环境和地理条件的变化，出了计算混凝土箱粱桥内温度梯度及其产生的应力的方法，综给
１２热传导方程＿
ｑ＝姆一ｈＪ
素，由实验确定；
度。
（６）
是桥梁的外表面温度；是周围大气温
式中：对流换热系数，决于混凝土材料、速等诸多因ｈ是取风
大气温度的日变化用时间函数来表示。一般在凌晨现
（）辐射换热量２热
桥面和大气之间的热辐射换热率由斯蒂芬一尔兹曼定波
律来表示，以简写为均匀、续、向同性，混凝土桥梁连各则的热传导方程为：
ｐＴｃ０
＝
ｑｈｒｒ．＝（
对桥梁内的温度效应进行了分析。

混凝土箱梁日照温度场温度应力ansys分析结果

SimWe仿真论坛»C06：ANSYS--实例赏评»混凝土箱梁日照温度场、温度应力ANSYS分析结果混凝土箱梁日照温度场、温度应力ANSYS分析结果混凝土箱梁在日照和气温变化等气象因素作用下，会在截面内产生非线性温度分布，引起较大的纵向、横向温度应力，在超静定结构中还会引起温度次应力。

应力大小往往会超过列车或汽车荷载效应，特别是横向温度应力对混凝土箱梁纵向裂纹的出现有很大的贡献。

下面首先发几张混凝土箱梁日照温度场ANSYS分析结果的图片，希望对这方面感兴趣的网友在此讨论。

Ⅰ：夏季日照温度场。

由于，桥轴线走向和纬度的关系，腹板在夏季腹板几乎不受日照，因此截面温度梯度主要在竖向。

peregrine2007-7-14 15:07夏季，t=10:00的温度场peregrine2007-7-14 15:09夏季，t=14:00的温度场[[i] 本帖最后由 peregrine 于 2007-7-14 15:15 编辑 [/i]]peregrine2007-7-14 15:15回复 #3 peregrine 的帖子夏季，t=03:00，夜间负温差peregrine2007-7-14 15:19Ⅱ：冬季温度场。

本箱梁冬季腹板也会受到一定的日照。

冬季，t=16:00bridge-7-18 21:481、底板温度基本是处于均匀温度状态原来做过实桥试验，上下底板也是相差很大的，是不是所处环境不同了2、“夏季，t=03:00，夜间负温差”跟实测也是差的很远，基本上是处于均匀温度状态。

3、希望提供你的计算思路，偶们好学习一下。

peregrine2007-7-19 20:15回复 #6 bridge5209 的帖子回楼上我这是根据多年气象资料计算的最不利状况下的温度分布，与楼上在某一座桥的实测数据有出入，是正常的。

1、底板温差主要受气温变化和地面或水面对太阳辐射的反射率影响，地面太阳辐射发射率随环境变化很大，难以准确确定，计算时一般偏于不利考虑，取较小值，因此计算的底板上下温差比较小，在本算例中为℃（14:00)2、夜间负温差看起来很大，但要注意的是，最高温度出现在箱梁梗胁加厚处的内部，而最低温度出现在悬臂端部板厚最薄处，特别是在悬臂端部，在很小的范围内温度降低很多，因为这个部位不仅尺寸小，而且夜间呈三面放热的状态，温度下降自然比结构主体要大得多。

混凝土连续刚构桥箱梁的温度监测与分析

，
．
ｎＵｉｍ）ａｄ６（ｎｔｃ：
ｌｌ～１６６１￣１测点编号Ｏ２；０６４为
为了减少测量误差和处理数据的方便取１截
，
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第２期
图２１和６截面温度测点布置（单位：）
Ｆｉ・Ｄｉｐｏａｆｔｍｐｒｔｅｍｅｓｒｍｅｔｓｔｎｓｃｉｎｇ２ｓｓｌｏｅｅａｕｒａｕｅｎｐｏｉｅｔｏ１
收稿日期：０５１．１２０ —２０作者简介：王卫锋（９７）男，１６一，博士副教授，要从事桥主梁结构研究．－ａｌｃｆａｇｃｔｅｕｃｎＥｍｉ：ｔｗｎ＠ｓｕ．ｄｗ
变化规律 ¨ ，事实上一年中绝大部分时间箱梁温但度场并不处于最不利状态，据规范并不能处理需根
要考虑温度场的时间历程的情况．大跨度桥梁的施
工周期一般很长，历季节的更替、暑易节温度经寒场的变化对结构的影响很复杂，研究温度场的变化
，
．
模拟，了太阳辐射、风速等边界条件和导热系数、热等计算参数对温度场的影响比并报分析眦提出了相应的建议值．拟计算的温度场与实测温度场吻合得较好根据模拟的温度场进模皂㈣所得的应力和挠度也与实测值相当吻合聪算行结构计从而ＷＶｆ用当地气象局实测的气．，Ｚ］
，，

曲线箱梁桥均匀温度变化效应分析

第９卷第３期２１０１年６月
福建工程学院学报
ＪｕｎｌｆｕｉｎｅｓｙｏｅｈｏｏｙｏｒａｏｊｎＵｉｒｔｆｃｎｌｇＦａｖｉＴ
Ｖ０．ｏ３１９Ｎ．
பைடு நூலகம்
Ｊｎ０１ｕ．２１
ｄｉ１．￣９ｊｉｎ１７４４．０１０．０ｏ：０３／．ｓ．６２－３８２１．３０８ｓ
ｃａｅｈｎｔｅｂｄｅｒｄｕｍａｔｉｃａｉｇｂｄｅｗｄｎａｉｓａｇ．ｗｉｒ— ｅｒｓｓｅｒｇａｉｓｉｓｌｈｎｒｓｒｇｉｔａｄｒｄｕｌｗｈｉｓｌｅｎｉｈｎｅｈｃｐｏｈ
ＺｙｈｕＨｅｉ
（ｒｃｎｉｅｒｇＤｐｒｎ，ｈａｘＲｉａｓｔｔ，ｉａ１００ｈｎ）ＴａｋＥｇｎｅｎｅａｔｔＳａｎｉａｗｙＩｔｕＷｅｎ７４０，Ｃｉａｉｍｅｌｎｉｅｎ
Ａｂｔａｔｅｅａｕｅｌａｓｏｅｏｅｍａｎｃｕｅｆｔｅｅｇｎｅｎｒｂｅｆｃｒｅｏ — ｓｒｃ：Ｔｍｐｒｔｒｏｄｉｎｆｔｉａｓｓｏｎｉｅｒｇｐｏｌｍｓｏｕｖｄｂｘｈｈｉｇｒｅｒｄｅｉｒｂｇ．Ｅｅｔｆｃｎｒｔｕｖｄｂｘｇｒｅｎｅｎｆｒｔｍｐｒｔｒｏｄｒｎｌｓｄｄｉｆｃｓｏｏｃｅｅｃｒｅｏｉｒｕｄｒｕｉｍｅｅａｕｅｌａｓｗｅａａｙｅｄｏｅｉｅｍｓｏｉｅｎａｑａｉｎｆｃｒｅｉｅｒｄｅｎｔｒｆｆｒｔｌｕｔｓｏｕｖｄｇｒｒｂｇ．Ｔｅｒａｔｎｆｒｅａｄｉｔｒａｒｅｆｒｄｅｉｅｏｄｉｈｅｃｏｏｃｎｎｅｌｆｃ — ｉｎｏｏｍｕｆｓｎｌ —ｐｎｃｒｅｏｉｅａｏｎａｉｌｎｅｎｆｒｔｍｐｒｔｒａｉｇｗｅａｌｏｉｇｅｓａｕｄｂｘｇｒｒｔｔｓｂｕｄｒｄａｌｕｄｒｕｉｍｅｅａｕｅｌｄｎｒｖｄｈｉｙｏｏｅｄｄｃｄｅｕｅ．Ｐａｔａａｃｌｔｎｒｏｄｃｅｓｇｔｅｄｄｃｄｆｒｌｓａｄｒｌｔｄｆｉｌ — ｒｃｉｌｃｌｕａｏｓｗｅｅｃｎｕｔｄｕｉｈｅｕｅｏｍｕａｎｅａｅｉｔｅｅｃｉｎｎｅｍｅｔｓｆｒｏｖｒｙｔｅａｃｒｃｆｅｆｒｕａｎｏｔｅｔｅｆｈｃｕａｙｏｏｗａｉｈｔｍｌ．Ｕｎｅｎｆｒｔｍｐｒｔｒａｓｈｅｒｄａｅｄｒｕｉｍｅｅａｕｅｌｄ，ｔａｉｌ — ｏｏｒ

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混凝土曲线箱梁桥温度效应分析
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引言
近年来随着高等级公路的修建和城市立交桥的建设需要,曲线箱梁桥在我国已被广泛采用,国内外对曲线箱梁桥的各种工程问题也越来越关注。

温度荷载的作用是造成曲线箱梁桥工程问题的主要原因之一[1,3,4,6]。

目前,计算温度荷载对曲线箱梁桥的影响主要是利用有限元的方法。

本文根据已有文献得出的在温度均匀升降的情况下温度载对曲线箱梁桥的影响,推导了单跨曲线箱梁在径向受到约束时受温度荷载作用产生的支反力及内力计算公式,进行实例计算,得出温度荷载产生的内力,通过对所得内力进行分析,提出工程设计与施工中需要注意的一些问题。

1单跨曲线梁桥温度荷载作用下的内力计算公式推导
当桥梁整体均匀温度变化时,由于桥梁各纤维束属于自由变形,桥梁只在轴向以及径向发生位移,而且变形后横截面仍为一平截面,可知温度均匀变化引起的是桥梁平面内的变形和受力,温度应力引起的只是曲线梁弧段的伸长或缩短,圆心角不变,半径变化[2]。

1.1基本假定
曲线梁按结构力学方法作为单纯扭转理论分析的基本假定为:
1) 横截面各项尺寸与纵向梁长相比很小,可以将实际结构视为集中在梁轴线上的曲线形弹性杆件;
2) 曲线梁变形后横截面的周边形状保持不变,不考虑畸变;
3) 曲线梁的横截面变形后仍保持为平面,不考虑翘曲变形,即平截面假定;
4) 曲线梁横截面的剪切中心和形心相重合;
1.2温度荷载作用下曲线梁的变形
如图1所示的单跨曲线梁桥,初始状态参数为半径r0,圆心角φ0,EIzz已知,材料热膨胀系数为α。

该桥梁结构在竖向属于超静定结构,而在平面内为静定结构,温度整体变化不会引起桥梁内力。

当桥梁整体升温Δt时,曲线梁将变为图1中所示的虚线部分。

由于此时为平面内变形,圆心角不变,半径变化,φ=φ0,r0→r,各系数之间的关系为:
r=r0(1+ε),ε=αΔt(1)
由图中所示可以求得梁端B的径向位移δR和轴向位移δN,他们的表达式为:
(2)
1.3平面内径向受到约束的单跨曲线梁的计算
图1所示的桥梁在平面内为静定结构,曲线梁不受内力作用,但在实际工程中,由于为了限制桥梁的变形以及便于各种结构(变形缝等)的设置,曲线梁在径向时受到约束的。

下
面将研究曲线梁在径向受到约束时的内力。

此时的结构形式为图2a所示。

此结构在平面内属于一次超静定结构。

以图2b所示的悬臂曲线梁作为基本结构,去掉径向约束并以赘余力X1替代。

此结构的正则方程为:
δ11 X1+Δ1T =0 (3)
式中,δ11为作用单位力时引起的梁端位移变化;Δ1T为由于温度均匀变化引起的梁端的径向位移。

由式(2)可知:
Δ1T =δR= r0αΔt(1-cosφ0) (4)
如图2b所示的基本体系,梁AB的B端作用单位力时:
(5)
则,
(6)
将式(4),(6)带入式(3)可得,
(7)
由此可以求得曲线梁在平面内的弯矩:
(8)
由计算过程及结果可知,所求得的赘余力X1即为径向支座的支反力。

2算例分析
取一跨度为20m的单跨等截面弯箱梁桥,具有相同的平弯半径和截面形式。

桥中线的弯曲半径为92m,左支座为固定支座,右支座为单铰支撑并且刚性约束梁端得径向位移。

采用C50混凝土建造,无沥青铺装层。

桥梁的平面布置图和横截面布置图见图3[4]。

现考虑桥梁整体升温40℃时,利用式(7),(8)进行计算,并且把计算结果和空间有限元程序的计算结果加以比较。

箱梁圆心角φ0.=20/92=0.21739rad,箱梁的横截面抗弯刚度EIzz=1.711×10¬8KN.m2,材料热膨胀系数α=1.0×10-51/T。

将各数值带入式(7)、(8),求得B端径向支反力及A端弯矩Mz。

表1是利用本文公式所求得的结果和有限元模型的计算结果进行的比较。

从式(7),(8)和有限元模型的计算结果对比可以看出,式(7),(8)的计算结果和有限元模型的计算结果相差不到5%,证明式(7),(8)的计算结果可以满足工程精度要求。

3参数影响分析
从式(7)径向反力的计算公式可以很容易的看出,径向反力的大小与桥梁的刚度及温度变化是成正比的,与桥梁轴线半径的二次方成反比例关系。

下面分析桥梁圆心角φ0对径向反力的影响。

取,对进行一阶求导,得
(9)
取,对进行求导,得
(10)
对于单跨曲线梁,考虑圆心角的变化范围为,根据函数的单调性,由式(9),(10)可知,Δ随φ0的增大而增大,即径向反力与桥梁圆心角呈正比关系。

4结论
1) 用推导的温度荷载作用下曲线梁径向反力计算公式求得的径向反力的大小,与有限元模型计算的结果相差很小,说明本文的计算公式可以满足工程精度要求;
2)径向反力的大小与桥梁半径的二次方呈反比例关系,与桥梁的刚度,轴线圆
心角呈正比例关系,即在温度荷载作用下,桥梁的半径越小,桥梁越宽,圆心角越大,桥梁的径向反力越大。

参考文献:
[1] 范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001,295-300.
[2]邵容光,夏淦.混凝土弯梁桥[M].北京:人民交通出版社,1994,50-62.
[3] 张元海,李乔.桥梁结构日照温差二次力及温度应力计算方法研究[J].中国公路学报,2004,17(1):49-52.
[4] 吴鸿庆,任侠.结构有限元分析[M].北京:中国铁道出版社,2000,186-198.
[5] 王毅,叶见曙.温度梯度对混凝土曲线箱梁桥影响的计算方法[J].东南大学学报,2005,35(6):924-929.
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