導(dǎo)語：橋梁設(shè)計中混凝土溫度效應(yīng)探析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：以橋梁設(shè)計中的混凝土溫度效應(yīng)為研究對象，首先分析了混凝土溫度荷載的特點與分類，然后從混凝土橋梁上部結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)設(shè)計、橋墩結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)設(shè)計出發(fā)，詳細論述混凝土橋梁設(shè)計中的溫度效應(yīng)問題。通過分析可知，在橋梁設(shè)計過程中綜合考慮日照、驟然降溫、年溫等影響因素，對提高橋梁設(shè)計質(zhì)量有重要作用。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計；混凝土；溫度效應(yīng)

橋梁工程作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，對于促進我國交通運輸?shù)陌l(fā)展有著非常重要的作用。從當前我國的實際情況來看，很多橋梁都選擇使用混凝土結(jié)構(gòu)?；炷敛牧暇哂幸欢ǖ臏囟刃?yīng)，所以在確定橋梁設(shè)計方案的過程中需要考慮溫度荷載的影響，從而選擇科學合理的設(shè)計方案。

1混凝土溫度荷載的特點及分類

由于混凝土結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)性較差，在長期受到溫度的影響、日照的輻射以及人為因素的作用之下，會使得其表面溫度急速地升高或者降低，而此時的結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度并不會發(fā)生明顯的變化，從而導(dǎo)致了混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差過大，進而產(chǎn)生了溫度變形。此外，如果混凝土結(jié)構(gòu)中存在內(nèi)約束與外約束，也會形成比較大的溫差應(yīng)力?；炷两Y(jié)構(gòu)的溫差應(yīng)力屬于約束應(yīng)力的范疇，在環(huán)境溫度的作用之下，如果混凝土結(jié)構(gòu)受到約束力而產(chǎn)生了應(yīng)力，此時一般都表現(xiàn)為溫差應(yīng)力。如果在實際使用中，混凝土結(jié)構(gòu)因為溫差變化而產(chǎn)生收縮變形，就不會存在溫差應(yīng)力。約束應(yīng)力主要是外部約束力以及內(nèi)部約束力的存在而導(dǎo)致的。外部約束力主要是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)因受到不同環(huán)境溫度的影響而出現(xiàn)的變形約束作用，內(nèi)部約束力則主要是結(jié)構(gòu)內(nèi)部的某部分構(gòu)件中各個纖維存在不同的溫度而產(chǎn)生的約束作用。經(jīng)過大量的實踐和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可以發(fā)現(xiàn)日照、溫度驟降以及年溫變化對于混凝土結(jié)構(gòu)溫度的影響特性，詳見表1[1]。上述幾種荷載在對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響的過程中還存在明顯的區(qū)別。比如，日照溫度主要產(chǎn)生于自然環(huán)境中的太陽輻射，荷載作用時間比較短，各個結(jié)構(gòu)受力不均衡；驟然降溫主要是因為自然界中強冷空氣的突然來襲而導(dǎo)致環(huán)境溫度驟然下降，其荷載作用時間也不長，但是在混凝土結(jié)構(gòu)中的作用均勻；年溫變化對于混凝土結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的荷載影響最為簡單，所以在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計方案確定過程中，只需要加入經(jīng)驗常數(shù)即可。驟然降溫對于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的影響最為直接，在實踐中需要對該荷載數(shù)據(jù)進行計算確定，但是當前還沒有形成完善的理論體系，只是應(yīng)用一些比較常見的計算公式來進行參數(shù)的確定。比如，橋梁混凝土結(jié)構(gòu)中各個壁厚的溫差荷載計算公式如下：Tˉ(y)=-Toye-cyy（1）式中：cy為指數(shù)系數(shù)，一般取12；Toy為箱梁壁板的負溫差，一般取-10℃；y為計算點與板外側(cè)之間的距離（m）。cy的具體取值如表2所示[2]。

2混凝土橋梁溫度效應(yīng)設(shè)計要點

2.1混凝土橋梁上部結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)設(shè)計。（1）對混凝土橋梁各個結(jié)構(gòu)的特性進行分析之后，需要確定上部結(jié)構(gòu)的溫度荷載參數(shù)。比如，在鋼管橋梁混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要分析鋼管與混凝土結(jié)構(gòu)之間的溫差應(yīng)力，同時還應(yīng)分析溫差應(yīng)力對整個橋梁工程造成的影響，之后才能確定最合理的橋梁設(shè)計方案。（2）對橋梁工程上部結(jié)構(gòu)進行溫度荷載性能分析之后，綜合分析橋梁工程的結(jié)構(gòu)特性。橋梁工程結(jié)構(gòu)并不是單一的，不同地區(qū)、不同工程需要選擇不同的結(jié)構(gòu)形式，而每種結(jié)構(gòu)形式的溫度特性相差比較大。比如，對于混凝土拱橋，要以年溫差荷載為主要考慮因素，而對于組合式橋梁結(jié)構(gòu)，則必須綜合分析各種不同材料的構(gòu)件溫差[3]。2.2混凝土橋梁橋墩結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)設(shè)計。（1）混凝土橋墩溫度效應(yīng)分析中，必須以日照溫差為主要的考慮因素。橋墩一般會選擇幾種固定的支座形式，日照溫差對各個結(jié)構(gòu)部分的影響比較明顯，會存在較大的應(yīng)力作用，并且范圍非常廣泛。（2）很多橋梁工程中，橋墩長期處于水下環(huán)境，對于施工技術(shù)要求比較高，其溫差應(yīng)力主要表現(xiàn)為非線性，并且在橋梁長期使用過程中，橋墩結(jié)構(gòu)的表面會出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，會對工程質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。（3）加強橋墩約束設(shè)計。橋梁主要受到橋面與橋墩底部產(chǎn)生的共同約束力，所以其結(jié)構(gòu)具有較強的整體穩(wěn)定性。但是，由于受到溫度應(yīng)力的影響，橋墩結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生較強的約束力，在其長期作用之下，橋墩會出現(xiàn)一定程度的位移。所以在進行方案設(shè)計時需要充分考慮頂端約束力的影響。

3工程實例

3.1工程概況。某橋梁工程設(shè)計為三跨連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)箱梁，跨徑為120m+200m+120m，橋面寬度為12m。上部箱梁主要采用單箱室結(jié)構(gòu)。從設(shè)計方案中可以看到，頂板厚度為28cm，墩頂厚度為50cm。箱梁底部的厚度為1.2m，而跨中底板則為25cm。根據(jù)工程實際要求，該橋梁的橋面鋪裝采用瀝青混凝土材料，鋪設(shè)厚度為9cm。3.2溫度效應(yīng)分析。3.2.1溫度計算。根據(jù)當前我國的橋梁設(shè)計基本規(guī)范，需要通過計算確定該橋梁上部箱梁的縱向應(yīng)力參數(shù)。詳細參數(shù)如表3所示[4]。3.2.2設(shè)計方案確定。（1）在考慮溫度影響因素的基礎(chǔ)上，分析梯度作用以及均勻溫度所造成的影響，進行詳細的參數(shù)計算，進而準確地判定溫度對橋梁結(jié)構(gòu)的影響。（2）全面地分析溫度給橋梁靜定結(jié)構(gòu)造成的影響。（3）橋梁鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計中，主要選擇深色瀝青混凝土材料，以減小溫度效應(yīng)[5]。（4）采取科學有效的措施消除主跨支點周邊環(huán)境中的溫度應(yīng)力，同時保證不對底截面應(yīng)力產(chǎn)生嚴重的影響，從而保證縱向預(yù)應(yīng)力束滿足要求。

4溫度效應(yīng)分析中需要注意的問題

（1）在實際分析中，需要深入分析重要節(jié)點，利用有限元法來確定不利溫度因素的分布情況。（2）在進行結(jié)構(gòu)整體計算時，采用理論結(jié)合實踐的方法，將空間溫度場直接轉(zhuǎn)變?yōu)槎S空間的不利溫度分布圖，這是目前國際上應(yīng)用最為普遍的方法，其效果非常明顯。（3）在進行橋梁溫差荷載效應(yīng)分析時，應(yīng)重點分析局部溫差應(yīng)力的影響因素，同時也要深入分析整體結(jié)構(gòu)效應(yīng)，根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)使用過程中可能產(chǎn)生的溫度荷載來實現(xiàn)多種可能性的疊加，最終明確設(shè)計方案。（4）日照、驟然降溫都會對橋梁結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生較大的影響，其嚴重程度甚至會超過車輛荷載。當前我國公路橋梁設(shè)計中所選取的溫度荷載參數(shù)都比較小，在實際設(shè)計中需要充分考慮該方面的影響。

5結(jié)語

綜上所述，橋梁設(shè)計方案確定過程中，需要綜合考慮日照、驟然降溫、年溫等影響因素，這主要是因為混凝土結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)性非常差，在外部環(huán)境溫度變化劇烈的情況下，其結(jié)構(gòu)溫度不會快速傳遞，從而造成了結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差過大，最終導(dǎo)致溫度變形。因此，在橋梁設(shè)計中，需要綜合分析溫度效應(yīng)的影響，切實保證橋梁能夠滿足日常使用環(huán)境的需要。

參考文獻：

[1]方蕾.混凝土橋梁設(shè)計中的溫度效應(yīng)研究[J].城市建筑，2016（9）：284.

[2]李燕清，張富貴.混凝土橋梁設(shè)計中的溫度效應(yīng)[J].大陸橋視野，2016（12）：148-148.

[3]孫亭亭，祝向群，馬鋒，等.溫度效應(yīng)作用下混凝土橋墩應(yīng)力的影響研究[J].鹽城工學院學報（自然科學版），2015（1）：70-74.

[4]李燕軍.天津地區(qū)懸臂澆筑混凝土箱梁施工期溫度場及溫度效應(yīng)研究[D].北京：北京交通大學，2014.

[5]譚毅平.預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋溫度效應(yīng)研究[D].廣州：華南理工大學，2008.

作者:萬順洪 秦異 單位:南昌市公路勘察設(shè)計院