預應力混凝土連續箱梁橋日照效應研究

摘要:本文在己有研究成果的基礎上，著重研究了日照效應對連續梁的影響分析方法。通過工程實例證明，該方法能夠較精確的計算出大跨度預應力混凝土橋梁在日照效應下的內力分布規律，有一定的工程應用價值。

關鍵詞: 混凝上;溫度;收縮;徐變

引言

隨著空心高橋墩、大跨度預應力混凝土箱梁橋等一些混凝土結構的發展，溫度應力對混凝土結構的影響和危害，已越來越引起工程界的重視。理論分析和試驗研究均已證明，在大跨度預應力混凝土箱形梁橋中，溫度應力可以達到甚至超出活載應力，被認定是預應力混凝土橋梁結構產生裂縫的主要原因。

大量的試驗研究證明，短時的變化急劇的太陽輻射引起的結構溫度變化和驟然降溫(包括日落降溫、寒流等)引起的結構溫度變化，對混凝土結構的影響比長期緩慢的年氣溫荷載影響更大。因此，本文太陽輻射引起的梯度溫度作用對連續梁橋的影響。

1溫度分布與溫度應力

由于混凝土的導熱系數較小，混凝土結構物竣工以后，在外表面溫度急變的情況下，內部溫度的變化存在明顯的滯后現象，導致每層混凝土所得到或擴散的熱量有較大的差異，形成了非線性分布的溫度狀態。這種分布狀態同時受外界條件和內部因素的影響。

混凝土結構的溫度應力，實際上是一種約束應力。當結構物由于溫度變化產生的變形受到約束時所產生的應力，即稱為溫度應力。反之，如果結構物因溫度變化而產生的變形，能自由地伸縮時，則不會發生這種溫度應力。

2溫度荷載的形成

由于混凝土結構的熱傳導性能差，其周圍環境及日輻射等作用，將使表面溫度迅速上升(或降低)，但結構的內部溫度仍基本處于原來的狀態，這樣在混凝土結構中便形成了較大的溫度梯度，當結構存在內、外約束時，會產生相當大的溫度應力(亦稱溫差應力)。引起這種溫度應力的荷載稱為溫度荷載。其主要包括:日照溫度變化;驟然降溫溫度變化;年溫溫度變化等。

3溫度應力計算理論

由前面的分析可知，預應力混凝土箱梁結構在日照作用下，會產生不均勻的溫度場，箱梁因此而產生的變形受到約束時，就會產生相應的溫差應力。日照溫度應力包括了兩個部分:自約束應力和約束應力。

在計算混凝土箱梁日照溫差應力時，為了處理問題方便和簡化計算，一般采用以下基本假定:

①沿梁長方向的溫度分布是均勻的;

②假定混凝土材料符合彈性變形規律;

③貝努里平面變形假定可以適用;

④計算認為水泥的水化熱完全消失;

⑤假定混凝土的各項物理參數是恒定的;

⑥可按單向溫度荷載計算，然后迭加構成雙向溫度荷載計算。

4 混凝土箱梁日照溫度自應力計算

中國公路橋涵設計通用規范(JTG D60——2004)對溫度效應的規定如圖1所示，圖中橋面板表明的最高溫度T1規定見表1，對混凝土結構，當梁高H小于400mm時，圖中A=H-100(mm);梁高H等于或大于400mm時，A=300mm。對于帶混凝土橋面板的鋼結構，A=300mm，圖中t為混凝土橋面板的厚度。

豎向日照正溫差計算的溫度基數表1

5大跨徑連續箱梁日照效應實例研究

西漢高速某橋上部結構60+5﹡90+60米預應力混凝土連續剛構箱梁由上、下行的兩個單箱單室箱型斷面組成，箱梁根部高度5米，跨中高度2. 5米，其間梁高按二次拋物線變化。

日照升溫作用下連續箱梁橋主梁及各墩位移值比較圖

日照降溫作用下連續箱梁橋主梁及各墩位移值比較圖

計算結果表明，在日照升溫(體系升溫+正溫差)和日照降溫(體系升溫+負溫差)作用下，剛構橋主梁邊跨的變形方向相反。橋梁邊跨邊墩附近梁段在升溫荷載作用下，撓度值達到-0.49(向下)，而在降溫荷載作用下，撓度值為0.38(向上)。中跨跨中截面均呈下撓趨勢。升溫荷載作用下中跨撓度值為-0.24(向下)，降溫荷載作用下撓度值為-0.18(向下);升溫荷載和降溫荷載在主梁引起的內力值符號相反，升溫荷載在橋梁中跨跨中引起的彎矩值達到-1.69×104kNm。降溫荷載在橋梁中跨跨中引起的彎矩值達到1.71×104kNm;在升溫荷載作用下，主梁上緣受拉下緣受壓，中跨跨中最大壓應力為1.21MPa，最大拉應力為0.66MPa;在降溫作用下，主梁上緣受壓下緣受拉，最大拉應力為1.20MPa，最大拉應力為0.69MPa

6結 論

對日照溫差引起的結構變形進行計算分析發現:日照溫差引起的結構變形主要是豎向撓度和順橋向水平位移，最大豎向撓度一般出現在橋梁的跨中部位，在升溫荷載作用下跨中下撓，降溫時呈上撓。

上部箱梁受日照溫差作用下的應力分布規律:在日照升溫作用下，截面上緣出現壓應力，截面下緣一般出現拉應力;日照溫差應力最大的截面一般都是在跨中位置，墩頂截面的日照溫差應力較小。上部箱梁在日照溫差作用下對下部結構的影響不大，產生的應力數值較小。

參考文獻:

[1]CEN: Design of Concrete Structures. Eurocode 2 Part 10: Structure Fire Design. Commission of European Communities， April，1990

[2]過鎮海.鋼筋混凝土原理[M]. 北京:清華大學出版社，1999，3

[3]王新敏.ANSYS工程結構數值分析[M].北京:人民交通出版社，2007，10