曲线梁在横向梯度温度下的应力效应实证分析

陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000

曲线梁在横向梯度温度下的应力效应实证分析

谌 伟

陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000

本文结合实际工程进行了曲线梁在横向梯度温度下的应力效应分析，对工程监理单位实现质量控制目标具有一定的指导意义。

曲线梁；梯度温度； 应力效应

在温度场的影响下，对于没有优良热导性的混凝土结构，热量从混凝土表面向内部传递的途径受到一定制约，导致混凝土内部温度效应滞后于混凝土表面的温度效应，从而引起结构内部温度数值分布呈先行变化，最终产生温度应力和位移，在极端情况下，温度应力与荷载应力同时作用于结构物，造成混凝土的应力破坏。

西平铁路漠谷河1#大桥是1联（40+4×64+40）m刚构连续梁+1-32m简支梁，位于R=1200m的圆曲线上，线路纵坡为10‰，桥梁全长385．18m，主体为曲线变截面连续刚构箱梁。为实现工程质量控制目标，工程监理单位在施工之前进行了有效的预控——对该桥梁的温度应力进行了充分论证，目的是指导施工过程的科学、合理，真正实现工程项目的质量目标，进而保障进度和投资目标。

1 建立模型

该桥梁上部结构采用变高度变截面箱梁，一联总长337．2m，梁底变化段采用2．0次抛物线。端支座设置为径向抗扭支撑。支座布置方式如图1所示。

图1 桥支梁支座布置方式

该桥采用单箱单室截面，箱梁顶宽10m，底宽6m（连续梁中支点处箱梁梁底加宽至4．6m，刚构墩顶箱梁底加宽至6．0m）。梁高1．4m，顶板厚0．25m，底板厚0．2m，腹板厚0．4～0．7m，翼板悬臂2m。如图2所示。

图2 桥梁横截面(单位：cm)

按照试验模型梁有限元模型的建立方法，建立了该匝道桥空间实体有限元模型，进行温度效应分析，边界条件按照支座的实际位置设置。分析模型如图3所示。

图3 曲线桥梁有限元模型

2 温度效应计算

温度根据温度效应计算公式：

可知，在温度变化的条件下，桥梁所受的温度力与桥梁的截面积成正比。基本温度力如图4：

按照温度梯度模式对该曲线桥梁进行实体有限元计算。计算时，分别以内、外侧腹板外缘为横向梯度温度作用的起始端，考虑横向梯度温度沿箱梁径向由内向外以及由外向内的变化时该曲线桥梁的温度效应。在梯度温度作用下的各种效应如下。

2.1 支反力效应.

图4 基本温度应力图

表1 横向梯度温度作用下曲线桥梁支反力

0#内侧123．11 9．81 0#外侧-16．95 1# 7．70 2# -221．61 0．00 -1．11 3# 7．70 2#内侧123．11 9．81 2#外侧-16．95沿径向由外向内

由表1的支反力数据可以看出，在横向梯度温度作用下，该曲线桥梁径向支反力效应明显，且不同变化方向横向梯度温度引起的径向支反力方向相反。

2.2 变形效应

图5 横向梯度温度作用下曲线桥梁挠度曲线

图6 横向梯度温度作用下曲线桥梁径向位移曲线

图7 横向梯度温度作用下曲线桥梁扭转曲线

由以上变形效应图可以看出，在横向梯度温度作用下，该匝道桥挠度及扭转效应都不明显，主要位移效应是径向位移，且其随横向梯度温度作用的变化趋势与模型梁相似。

2.3 应力效应

图8 横向梯度温度作用下曲线桥梁顶板纵向应力曲线

图9 横向梯度温度作用下曲线桥梁顶板横向应力曲线

图10 横向梯度温度作用下曲线桥梁底板纵向应力曲线

图11 横向梯度温度作用下曲线桥梁底板横向应力曲线

3 分析结论

计算结果表明：由以上各温度效应图可以看出，横向梯度温度作用引起该曲线桥梁的应力会产生沿径向的位移。当横向梯度温度沿径向由内向外变化时，曲线箱梁产生沿径向向内的位移，当横向梯度温度沿径向由外向内变化时，曲线箱梁产生沿径向向外的位移。在不同方向横向梯度温度作用下，箱梁顶板应力变化趋势相似，箱梁底板由于中支点径向约束，中支点处纵、横向应力方向相反，其他各点处变化趋势相似。

对于横向温度效应的应力的应对措施：

1．严格控制结构钢筋的型号、规格、间距、焊接质量，防止剪切作用产生的应力破坏。

2．注重施工过程的质量控制，确保钢筋混凝土的施工质量，保证有效抵抗温度效应造成的内部应力。

在桥梁的支座施工中充分考虑径向位移带来的次生破坏，避免在混凝土施工初期产生裂缝，形成永久的质量缺陷。

[1]方志，汪剑.大跨预应力混凝土连续箱梁桥日照温差效应[J]. 中国公路学报， 2007，20 (1)：62-67.

[2]雷俊卿. 大跨度桥梁结构理论与应用[M]. 北京：北京交通大学出版社，2007：82-93.

[3]余泉.多箱式连续小箱梁桥受力特性的分析及其试验研究[D].杭州：浙江大学，2006

[4]TB10002.3-2005.铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S]

The empirical analysis of Curve beam under transverse gradient temperature stress effect

CHEN Wei
Shanxi Railway Institute; Weinan Shanxi; 714000; China

This paper combining with practical engineering in the curve beam in the stress of the transverse gradient temperature effect analysis, for the construction supervising units achieve quality control has a certain guiding significance.

Curve beaml；gradient temperature；stress effect