温度荷载对钢筋混凝土连续曲线箱梁桥侧向位移的影响.pdf

152．温度荷载对钢筋混凝土连续曲线 箱梁桥侧向位移的影响 张 瑚1，2 蔡建明3 (1．西安科技大学建筑与土木工程学院2．长安大学公路学院3．衢州交通设计有限公司) 摘 要：近几年随着公路及城市道路中立体交叉工程的迅猛发展出现了大量的钢筋混凝土连 续曲线箱梁桥。然而。在大量工程实际应用中发现。随着钢筋混凝土曲线箱梁桥的运营出现了梁体 向径向夕卜移的现象。呈现较明显的旋转倾覆趋势。研究表明温度变化是引起钢筋混凝土曲线箱梁 桥梁体产生变形的主要原因。本文针对此问题。利用大型有限元分析程序ANSYS，并结合实测温 度荷载对320国道某实桥进行变形置分析计算。同时比较了7种温度梯度模式对钢筋混凝土连续 曲线箱梁桥变形的影响：针对浙江地区和与其气候条件相似地区提出了一种简便、且与实测结果 相符的温度梯度模式：结果显示用本文所建立的有限元模型可以分析温度荷载对钢筋混凝土连续 曲线箱梁桥变形的影响。为该类桥梁在温度荷载作用下的变形研究提供了理论和试验数据。 关键词：钢筋混凝土连续曲线箱梁桥温度荷载 变形有限元 当前，随着我国经济建设和对外开放的迅速发展，由于城市立交桥建设的需要，钢簸混凝 土连续曲线箱梁桥结构在我国被广泛采用，这种结构不仅能很好的适应桥址受地形、地貌限制 的需要，而且给人以美的享受，同时发挥了箱形梁整体刚度大、翼缘板伸臂长、外形美观等优 点。但由于混凝土结构的热传导性能差以及周围环境和日辐射等作用，箱梁表面温度迅速变 化，而内部温度仍处于原来状态，由此产生温度变形，从而导致此种桥型出现以下病害：(1)梁 体结构径向变位不能回复，导致梁体向曲线外侧的位移量逐年增加(见图1)，当径向变位累积 到一定量后，梁体有脱落、失稳的可能；(2)单铰橡胶支座由于梁体结构径向变位所产生的剪切 作用而变形严重，导致橡胶支座环向开裂而失效；(3)曲线梁端头抗扭墩上的双支座由于梁体 1 085 的扭转变形而导致一侧支座脱空，从而改变了梁体的支承体系，使结构成为不稳定体系。故温 度影响已逐渐成为影响曲线箱梁桥梁体位移的主要因素。本文针对这一现象以实际工程为背 景，利用有限元程序ANSYS分析计算了温度荷载对钢筋混凝土连续曲线箱梁桥变形的影响， 从而为后续的进一步研究奠定基础。 图1温度荷载引起的桥梁病害 1 箱梁的温度荷载简介[1] 置于自然环境中的混凝土结构，经受各种自然环境条件变化的影响，其表面与内部各点温 度随时都在发生变化。它与结构所处地理位置、太阳辐射条件、结构的方位、朝向以及所处季 节、太阳辐射强度、气温变化、云、雾、雨、雪等天气状况有关。结构物处于十分复杂的热交换过 程中，由此形成了复杂的结构物温度分布。箱梁的温度荷载又称为温度作用，是因外界自然条 件变化而引起的结构内部和表面的温度变化。由此将箱梁的温度荷载分为日照、降温、年温、 水泥水化热等四种类型。年温变化对结构整体位移影响大，一般假定温度在构件内均值变化； 水泥水化热引起结构内的温度变化，问题比较复杂，可用施工温度控制方法予以调节。日照温 度变化对结构的影响是局部的，会产生较大的局部应力，对结构物的影响比较复杂；降温温度 变化比日照温度荷载要缓慢一些，变化过程约为20小时，比日照温度变化作用时间长些。上 述温度荷载中日照温差对箱梁的影响因众多随机因素使结构表面、内部形成瞬时的不均匀分 布的温度场。显然计算日照温差对结构的影响关键在于确定温度场。所以对曲线箱粱桥的变 形分析主要从日照温差的影响人手，忽略了其他几种温度荷载的影响。 2温度荷载对连续曲线箱梁桥变形的影响[21 连续曲线箱梁桥的变形可分为竖向变形、转角变化、翘曲变形和平面内变形。竖向变形、 转角变化等与荷载作用有关；平面内变形与温度 变化和混凝土收缩、徐变等有关。对于曲线粱桥 温度引起的变形会产生两个方向的位移分量：(1) 沿桥轴线方向的纵向分量；(2)沿桥轴线垂直方向 的分量(图2)。 a) b1 为了明确温度对曲线箱梁桥变形的影响，本