温度变化对桥梁影响

摘要：本文以某铁路特大桥为背景阐述了温度变化对桥梁的影响，并采用不同的温度模式，利用大型有限元软件MIDAS-CIVL进行计算、分析，最后根据计算结果给出了解决温度对桥梁影响的措施。
关键词：铁路 桥梁 温度 应力 裂缝
Abstract: this paper is based on the the project of a railway bridge. It presents the influence of temperature on the mechanic behior of the project. Different temperature mode are adopted. Finite element models by MIDAS-CIVL are developed to take into analysis. Construction measures are proposed to solve the problem of temperature influence .
Key word: railway, bridge, temperature, stress, crack
1 概述
桥梁结构以及施工工艺的特点，使其在高速铁路中广泛应用，尤其是在峡谷、河流、跨公路的地方桥梁几乎成为了跨越障碍唯一的结构形式。然而桥梁投入使用之后，风力、温度等外界因素尤其是温度对桥梁的影响越来越受到设计、施工以及运营阶段保养与维修人员的重视。国内外也有很多因为温度应力的影响而破坏的例子。温度对桥梁的影响主要表现在横向、纵向位移的变化和梁体裂缝的出现，并且现在普遍认为温度应力已成为混凝土梁出现裂缝的主要原因之一。因此，温度对桥梁的哪一部位影响较大并采取怎么样的措施就显得尤其重要

2 温度场的主要影响因素及其分布特点

2.1 外部因素

混凝土在施工阶段，外界气温的变化影响是显而易见的。因为外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高，而如果外界温度下降，会增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外界混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土是极为不利的。

2.2 内部因素

影响混凝土温度场的内部因素主要是混凝土的热物理性能、水泥的品种、构件的形状，铺装层的厚度和颜色对结构物的温度场也有较大影响。

3 实际工程分析

3.1 工程背景

某铁路，设计速度目标值200公里每小时。该特大桥为三跨预应力混凝土变截面连续箱梁桥，主梁位于直线及缓和曲线（换算半径R=3500m）上，连续箱梁按曲线设计，桥墩按线路平面法的法向布置。边支座中心线至梁端0.7m，全长21

7.4m，计算跨径60+96+60m，采用单箱单室、变高度、变截面直腹板形式。

3.2 模型建

源于：论文网站www.udooo.com

立

本模型在输入时考虑了桥面2％的横坡，模型离散化后划分为290个单元，全部采用梁单元，节点数291个。

3.3 温度变化对该大桥的影响分析

3.3．1 考虑升降温影响分析

MIDAS模拟考虑升降温对主梁梁体影响时，依据规范和设计要求梁体按均匀升温25℃，均匀降温25℃计算。按照桥支座约束情况（检测设固定铰支座是安装在梁体的最左端）， MIDAS-CIVIL模拟考虑主梁升降温可得到如图

(一)~图

(三)的结果。

图1 梁体均匀升降温时引起的轴向位移曲线图（左图）和弯矩曲线图（右图）

图2 梁体均匀升降温时引起的挠度图
注：左图是升温。右图是降温

图3 梁体均匀升降温时引起的应力图
注：左图是升温。右图是降温
由以上计算结果可以看出：梁体升降温时，引起的轴向变形近75mm,最大绝对挠度0.76mm,最大绝对应力0.014MPa。整体升降温主要对轴线变形产生较大影响，整体升降温对主梁挠度、应力较小。

3.3．2考虑温度梯度影响分析

1）考虑沿梁高方向的温度荷载
仅考虑沿梁高方向的温度梯度时，沿梁高方向非线性温差取20℃考虑。MIDAS-CIVIL模拟考虑沿梁高方向的温度梯度可得到如图4。
图4 仅考虑沿梁高方向的温度梯度挠度曲线图（左）和应力曲线图（右）
仅考虑沿梁高温度梯度效应引起边跨上挠，最大上挠值3.46mm，中跨下挠，最大下挠值6.06mm；引起的下缘最大拉应力均为

1.29MPa，压应力0.47MPa；

2）考虑双向组合温度荷载
据按沿梁高方向非线性温差取20℃考虑，检测设宛川河特大桥连续梁为无砟轨道桥，铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范，本课题还需将梁高和梁宽两个方向的温度梯度组合考虑。考虑温度梯度双向组合上下缘应力点示意图如图5。MIDAS-CIVIL模拟考虑双向组合温度梯度可得到如图6的结果。

图5 考虑温度梯度双向组合上下缘应力点示意图

图6 考虑双向组合温度梯度引起的挠度曲线图（左）和应力曲线图（右）
考虑双向组合温度梯度效应引起边跨上挠，最大上挠值2.6mm，中跨下挠，最大下挠值4.6mm；下缘3点和4点最大拉应力均为1.51MPa。

4 构造措施

梁体的温度应力是一个空间应力问题，不均匀温度变化对梁体的影响更大，在这就不在论述。为了降低温度变化对梁体的影响，可以采取以下措施：
（1）实际成桥状态下，升降温主要对轴线变形产生较大影响（尤其大跨度桥梁），可以在连续梁主梁与预制梁衔接的位置预留足够的接缝。
（2）桥面上铺设隔热层可以有效的竖向日照温差的温度技术，并在温度应力显著的地方布置一定的构造钢筋，虽然温度应力不是主要控制应力，但是要是考虑不当可能会使梁体在温度应力显著的地方产生裂缝，最终导致梁体的破坏。
（3）还应满足规范要求，同时还应布置一定数量非预应力钢筋，使得温度应力均匀控制温度裂缝的产生和继续发展。
参考文献：
贺拴海.桥梁结构理论与计算方法.北京:人民交通出版社，2003
TB 1000

2.3-2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S]

[3]闫燕红.大跨度连续刚构桥施工监控及温度效应分析[学位论文].北京.北京交通大学.2009.6
[4]谢青华.大跨径预应力混凝土连续箱梁桥温度效应分析[学位论文].武汉.武汉理工大学.2008.05
注：赵永前，男，山东临沂，研究生，助理工程师，济南铁路局济南工务段，
李学，男，山东莱芜，大专，助理工程师，济南铁路局济南工务段
李菲，女，陕西渭南，本科，助理工程师，济南铁路局济南工务段，
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。