曲線梁在橫向梯度溫度下的應力效應實證分析

陜西鐵路工程職業技術學院，陜西 渭南 714000

曲線梁在橫向梯度溫度下的應力效應實證分析

諶 偉

陜西鐵路工程職業技術學院，陜西 渭南 714000

本文結合實際工程進行了曲線梁在橫向梯度溫度下的應力效應分析，對工程監理單位實現質量控制目標具有一定的指導意義。

曲線梁；梯度溫度； 應力效應

在溫度場的影響下，對于沒有優良熱導性的混凝土結構，熱量從混凝土表面向內部傳遞的途徑受到一定制約，導致混凝土內部溫度效應滯后于混凝土表面的溫度效應，從而引起結構內部溫度數值分布呈先行變化，最終產生溫度應力和位移，在極端情況下，溫度應力與荷載應力同時作用于結構物，造成混凝土的應力破壞。

西平鐵路漠谷河1#大橋是1聯（40+4×64+40）m剛構連續梁+1-32m簡支梁，位于R=1200m的圓曲線上，線路縱坡為10‰，橋梁全長385．18m，主體為曲線變截面連續剛構箱梁。為實現工程質量控制目標，工程監理單位在施工之前進行了有效的預控——對該橋梁的溫度應力進行了充分論證，目的是指導施工過程的科學、合理，真正實現工程項目的質量目標，進而保障進度和投資目標。

1 建立模型

該橋梁上部結構采用變高度變截面箱梁，一聯總長337．2m，梁底變化段采用2．0次拋物線。端支座設置為徑向抗扭支撐。支座布置方式如圖1所示。

圖1 橋支梁支座布置方式

該橋采用單箱單室截面，箱梁頂寬10m，底寬6m（連續梁中支點處箱梁梁底加寬至4．6m，剛構墩頂箱梁底加寬至6．0m）。梁高1．4m，頂板厚0．25m，底板厚0．2m，腹板厚0．4～0．7m，翼板懸臂2m。如圖2所示。

圖2 橋梁橫截面(單位：cm)

按照試驗模型梁有限元模型的建立方法，建立了該匝道橋空間實體有限元模型，進行溫度效應分析，邊界條件按照支座的實際位置設置。分析模型如圖3所示。

圖3 曲線橋梁有限元模型

2 溫度效應計算

溫度根據溫度效應計算公式：

可知，在溫度變化的條件下，橋梁所受的溫度力與橋梁的截面積成正比。基本溫度力如圖4：

按照溫度梯度模式對該曲線橋梁進行實體有限元計算。計算時，分別以內、外側腹板外緣為橫向梯度溫度作用的起始端，考慮橫向梯度溫度沿箱梁徑向由內向外以及由外向內的變化時該曲線橋梁的溫度效應。在梯度溫度作用下的各種效應如下。

2.1 支反力效應.

圖4 基本溫度應力圖

表1 橫向梯度溫度作用下曲線橋梁支反力

0#內側123．11 9．81 0#外側-16．95 1# 7．70 2# -221．61 0．00 -1．11 3# 7．70 2#內側123．11 9．81 2#外側-16．95沿徑向由外向內

由表1的支反力數據可以看出，在橫向梯度溫度作用下，該曲線橋梁徑向支反力效應明顯，且不同變化方向橫向梯度溫度引起的徑向支反力方向相反。

2.2 變形效應

圖5 橫向梯度溫度作用下曲線橋梁撓度曲線

圖6 橫向梯度溫度作用下曲線橋梁徑向位移曲線

圖7 橫向梯度溫度作用下曲線橋梁扭轉曲線

由以上變形效應圖可以看出，在橫向梯度溫度作用下，該匝道橋撓度及扭轉效應都不明顯，主要位移效應是徑向位移，且其隨橫向梯度溫度作用的變化趨勢與模型梁相似。

2.3 應力效應

圖8 橫向梯度溫度作用下曲線橋梁頂板縱向應力曲線

圖9 橫向梯度溫度作用下曲線橋梁頂板橫向應力曲線

圖10 橫向梯度溫度作用下曲線橋梁底板縱向應力曲線

圖11 橫向梯度溫度作用下曲線橋梁底板橫向應力曲線

3 分析結論

計算結果表明：由以上各溫度效應圖可以看出，橫向梯度溫度作用引起該曲線橋梁的應力會產生沿徑向的位移。當橫向梯度溫度沿徑向由內向外變化時，曲線箱梁產生沿徑向向內的位移，當橫向梯度溫度沿徑向由外向內變化時，曲線箱梁產生沿徑向向外的位移。在不同方向橫向梯度溫度作用下，箱梁頂板應力變化趨勢相似，箱梁底板由于中支點徑向約束，中支點處縱、橫向應力方向相反，其他各點處變化趨勢相似。

對于橫向溫度效應的應力的應對措施：

1．嚴格控制結構鋼筋的型號、規格、間距、焊接質量，防止剪切作用產生的應力破壞。

2．注重施工過程的質量控制，確保鋼筋混凝土的施工質量，保證有效抵抗溫度效應造成的內部應力。

在橋梁的支座施工中充分考慮徑向位移帶來的次生破壞，避免在混凝土施工初期產生裂縫，形成永久的質量缺陷。

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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