1、温度荷载对曲线连续刚构桥受力特性的影响分析摘要：世界各地所修建的曲线桥中，各种各样的工程事故层出不穷。轻则梁体出现裂缝、移位，重则出现落梁、坍塌造成巨大的经济损失。研究表明除了曲线桥因为力学特性比较复杂外，温度引起的内力和变形也是一个非常重要的原因。在这方面，国、内外的学者都曾做过大量的研究工作，并把相应的控制措施写入各国规范。他们的研究证实，温度引起的应力有时甚至会超过活载应力。弄清曲线梁桥的温度场及温度应力分布，对于完善曲线桥梁的设计理论，保证曲线桥梁的安全、经济、适用具有重要的实用价值和理论意义。 关键词：曲线桥梁设计、分析 Abstract: the curve bridge has
2、built all over the world, various engineering accidents emerge in endlessly. Light beam cracks, displacement of body, or a beam, collapse caused huge economic losses. Studies have shown that in addition to curved bridge because the mechanics properties is complicated, internal force and deformation
3、caused by temperature is also a very important reason. In this regard, scholars domestic or abroad have done a lot of research work, and the corresponding control measures in the specification. Their research confirmed that caused by temperature stress and sometimes even more than the stress of live
4、 load. To find the temperature field and thermal stress distribution curve beam bridge, in improving the design theory of curve bridge, ensure the safety of curve bridge, economic and applicable has important practical value and theoretical significance. Keywords: curve bridge design and analysis 中图
5、分类号：TU393.3 文献标识码吗：A 一、 概述 本文所建立的空间板单元模型是依据泥溪沟 2 号大桥建立，其中板单元均是四边形板单元，保持其跨径布置以及截面尺寸延桥梁纵向的变化规律不变的前提下，分别在曲率半径为 800m、1500m 曲线上以及直线上建立了相似模型，用以分析在预应力刚筋及温度荷载作用下曲线半径的变化对桥梁的影响。采用 Midas FEA 软件计算时，在有限元模型中，桥墩墩底设置为固结约束，两端桥台处的约束为：释放桥梁截面形心连线切线方向的位移约束和绕横截面形心横轴的弯矩约束，其余的自由度全部约束。结构、材料参数均按理想状态取值。模型如图所示。 图 1 弯桥模型的效果图 图
6、2 直线桥梁模型的效果图 二、 热膨胀系数的确定 在预应力混凝土结构中所应用的混凝土会具有明显不同的热膨胀系数，它们与骨料的种类、水泥用量、含水量以及龄期有关。一般水泥石的热胀系数约为，比骨料的热膨胀系数要大些。混凝土的热膨胀系数在和之间变动。文中，预应力混凝土在计算温度荷载引起的温差应力时，混凝土、刚筋均采用平均热膨胀系数。 三、 温度作用的确定 综合考虑日照温度荷载和年温温度荷载对曲线梁桥的影响。年气温变化作用是时间的函数以下式表示： -桥梁的当前温度 -桥梁受到约束时的温度 根据公路桥涵设计规范JTG D-2004 的规定，取年平均气温为15.5。考虑整体升温 20，则当前温度应当取 3
7、5.5。 四、 整体升温计算结果分析 1、竖向位移分析 通过对曲率半径为 800m、1500m 以及直线刚构桥在整体升温条件下，各关键截面的竖向位移进行分析，数据分析见下图所示。 图 3 中跨跨中顶板竖向位移 图 4 中跨跨中底板竖向位移 图 5 中跨 1/4 截面顶板竖向位移图 6 中跨 1/4 截面底板竖向位移 由上图数据可知：1）当曲线半径大于等于 800m 时，曲线刚构桥呈现外弧侧高，内弧侧低的扭转现象已经十分不明显，可以忽略。2）曲线半径为 800m 的刚构桥中跨跨中截面和直线刚构桥中跨跨中截面的竖向位移差值为 0.5cm 以内。 2、正应力分析 通过对曲率半径为 800m、1500
8、m 以及直线刚构桥在整体升温条件下，中跨跨中截面顶板正应力进行分析，数据分析见下图所示。 图 7 中跨跨中截面顶板正应力图 由上图数据可知，在整体升温的情况下，不同半径的刚构桥在相同的截面处的正应力分布规律是一致的，截面上最大的拉应力出现在中跨跨中截面翼缘板上，曲线半径为 800m 的桥梁该值约为 0.9MPa，直线桥约为 0.2MPa,两者相差 0.6MPa,由于混凝土的抗拉性能较差，应引起重视。曲线半径为 1500m 的刚构桥和直线桥的差值甚微，可以忽略这一因素的影响。 五、 温度梯度计算结果分析及结论 1、径向、竖向位移分析 通过曲率半径为 800m 以及直线刚构桥在温度梯度作用下，对桥
9、梁径向、竖向位移进行分析，数据分析见下图所示。 图 8800m 连续刚构桥和直线桥径向位移 图 9800m 连续刚构桥和直线桥竖向位移 上图的计算数据表明：1）曲线半径为 800m 的刚构桥径向位移是从支座截面到中跨跨中截面逐渐增大，最大值出现在中跨跨中截面，其大小为 2mm,可以忽略；2）曲线半径为 800m 的连续刚构桥与直线桥的竖向位移在中跨跨中截面处下挠最大，在该处曲线桥的下挠值为-12mm,直线桥的下挠值为-10mm,二者相差 2mm，可以忽略曲线半径的影响。 2、正应力分析 曲线半径 800m 的刚构桥和直线桥的横截面正应力图如下图所示。 图 10 半径 800m 刚构桥中跨跨中截
10、面正应力(MPa) 图 11 半径 800m刚构桥墩顶截面正应力(MPa) 图 12 直线桥边跨跨中截面正应力(MPa) 图 13 直线桥中跨跨中截面正应力(MPa) 由上图分析结果可以看出：1)曲线半径为 800m 的刚构桥在温度梯度的作用下，顶板承受压应力值在 0-7MPa 之间，而腹板主要承受拉应力，拉应力的值在 0.61.2MPa 之间，个别角隅处达到 1.9MPa，很容易使腹板开裂，应适当考虑温度梯度对腹板的影响，防止裂缝的出现；2）直线刚构桥比曲线半径为 800m 的刚构桥中跨跨中截面的腹板最大拉应力小0.26MPa，当曲线半径大于 800m 时可以按直线桥考虑日照温度对连续刚构桥
11、的影响。 六、 结论 在整体升温荷载作用下，曲线半径大于等于 800m 的曲线刚构桥，其曲率的变化对竖向变形、扭转角的影响不大，可以忽略不计，但是要适当考虑曲线半径对裂缝开展的影响。 在规范规定的温度梯度荷载作用下，曲线半径大于等于 800m 的曲线刚构桥，其曲率的变化对径向位移、竖向位移及正应力的影响不大，腹板主要承受拉应力，拉应力的值在 0.61.2MPa 之间，个别角隅处达到1.9MPa，易造成腹板开裂，应适当考虑温度梯度对腹板的影响，防止裂缝的出现。 参考文献 1王兰生译.混凝土桥梁设计中的温度效应J.国外公路，1995,12:39-43 2王效通.预应力混凝土箱梁温度场计算的有限元法J.西南交通大学学报，1985,3: 3中华人民共和国行业标准.公路桥涵设计通用规范.（JTG D60-2004） 4凯尔别克著，刘兴法译.太阳辐射对桥梁结构的影响J.北京:中国铁道出版社，1981 5张元海，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
