摘要：以橋梁設(shè)計(jì)中的混凝土溫度效應(yīng)為研究對(duì)象，首先分析了混凝土溫度荷載的特點(diǎn)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(jì)、橋墩結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)設(shè)計(jì)出發(fā)，詳細(xì)論述混凝土橋梁設(shè)計(jì)中的溫度效應(yīng)問(wèn)題。通過(guò)分析可知，在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮日照、驟然降溫、年溫等影響因素，對(duì)提高橋梁設(shè)計(jì)質(zhì)量有重要作用。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計(jì)；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(duì)于促進(jìn)我國(guó)交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展有著非常重要的作用。從當(dāng)前我國(guó)的實(shí)際情況來(lái)看，很多橋梁都選擇使用混凝土結(jié)構(gòu)。混凝土材料具有一定的溫度效應(yīng)，所以在確定橋梁設(shè)計(jì)方案的過(guò)程中需要考慮溫度荷載的影響，從而選擇科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案。

1混凝土溫度荷載的特點(diǎn)及分類

由于混凝土結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)性較差，在長(zhǎng)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(huì)使得其表面溫度急速地升高或者降低，而此時(shí)的結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度并不會(huì)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(guò)大，進(jìn)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(huì)形成比較大的溫差應(yīng)力�；炷�土結(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(shí)一般都表現(xiàn)為溫差應(yīng)力。如果在實(shí)際使用中，混凝土結(jié)構(gòu)因?yàn)闇夭钭兓�而產(chǎn)生收縮變形，就不會(huì)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(gè)纖維存在不同的溫度而產(chǎn)生的約束作用。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)日照、溫度驟降以及年溫變化對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)溫度的影響特性，詳見(jiàn)表1[1]。上述幾種荷載在對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響的過(guò)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(yáng)輻射，荷載作用時(shí)間比較短，各個(gè)結(jié)構(gòu)受力不均衡；驟然降溫主要是因?yàn)樽匀唤缰袕?qiáng)冷空氣的突然來(lái)襲而導(dǎo)致環(huán)境溫度驟然下降，其荷載作用時(shí)間也不長(zhǎng)，但是在混凝土結(jié)構(gòu)中的作用均勻；年溫變化對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的荷載影響最為簡(jiǎn)單，所以在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案確定過(guò)程中，只需要加入經(jīng)驗(yàn)常數(shù)即可。驟然降溫對(duì)于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的影響最為直接，在實(shí)踐中需要對(duì)該荷載數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算確定，但是當(dāng)前還沒(méi)有形成完善的理論體系，只是應(yīng)用一些比較常見(jiàn)的計(jì)算公式來(lái)進(jìn)行參數(shù)的確定。比如，橋梁混凝土結(jié)構(gòu)中各個(gè)壁厚的溫差荷載計(jì)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(fù)溫差，一般取-10℃；y為計(jì)算點(diǎn)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(jì)要點(diǎn)

2.1混凝土橋梁上部結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)設(shè)計(jì)。

（1）對(duì)混凝土橋梁各個(gè)結(jié)構(gòu)的特性進(jìn)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(jì)過(guò)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(shí)還應(yīng)分析溫差應(yīng)力對(duì)整個(gè)橋梁工程造成的影響，之后才能確定最合理的橋梁設(shè)計(jì)方案。

（2）對(duì)橋梁工程上部結(jié)構(gòu)進(jìn)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(duì)于混凝土拱橋，要以年溫差荷載為主要考慮因素，而對(duì)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(jì)。

（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(huì)選擇幾種固定的支座形式，日照溫差對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)部分的影響比較明顯，會(huì)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(zhǎng)期處于水下環(huán)境，對(duì)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(zhǎng)期使用過(guò)程中，橋墩結(jié)構(gòu)的表面會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，會(huì)對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。

（3）加強(qiáng)橋墩約束設(shè)計(jì)。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(qiáng)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(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的約束力，在其長(zhǎng)期作用之下，橋墩會(huì)出現(xiàn)一定程度的位移。所以在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮頂端約束力的影響。

3工程實(shí)例

3.1工程概況。某橋梁工程設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)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(jì)算。根據(jù)當(dāng)前我國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)基本規(guī)范，需要通過(guò)計(jì)算確定該橋梁上部箱梁的縱向應(yīng)力參數(shù)。詳細(xì)參數(shù)如表3所示[4]。

3.2.2設(shè)計(jì)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(jìn)行詳細(xì)的參數(shù)計(jì)算，進(jìn)而準(zhǔn)確地判定溫度對(duì)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(jì)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(xué)有效的措施消除主跨支點(diǎn)周邊環(huán)境中的溫度應(yīng)力，同時(shí)保證不對(duì)底截面應(yīng)力產(chǎn)生嚴(yán)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(wèn)題

（1）在實(shí)際分析中，需要深入分析重要節(jié)點(diǎn)，利用有限元法來(lái)確定不利溫度因素的分布情況。

（2）在進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，采用理論結(jié)合實(shí)踐的方法，將空間溫度場(chǎng)直接轉(zhuǎn)變?yōu)槎�維空間的不利溫度分布圖，這是目前國(guó)際上應(yīng)用最為普遍的方法，其效果非常明顯。

（3）在進(jìn)行橋梁溫差荷載效應(yīng)分析時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)分析局部溫差應(yīng)力的影響因素，同時(shí)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(guò)程中可能產(chǎn)生的溫度荷載來(lái)實(shí)現(xiàn)多種可能性的疊加，最終明確設(shè)計(jì)方案。

（4）日照、驟然降溫都會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生較大的影響，其嚴(yán)重程度甚至?xí)�超過(guò)車輛荷載。當(dāng)前我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)中所選取的溫度荷載參數(shù)都比較小，在實(shí)際設(shè)計(jì)中需要充分考慮該方面的影響。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，橋梁設(shè)計(jì)方案確定過(guò)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?yàn)榛炷�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(huì)快速傳遞，從而造成了結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差過(guò)大，最終導(dǎo)致溫度變形。因此，在橋梁設(shè)計(jì)中，需要綜合分析溫度效應(yīng)的影響，切實(shí)保證橋梁能夠滿足日常使用環(huán)境的需要。

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