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25 桥梁结构温度效应理论 本章参考文献 [1]刘兴法.混凝土结构的温度应力分析.北京：人民交通出版社，1991. [2]刘来君.温度应力引起的预应力混凝土箱梁开裂.西安公路交通大学学报.Vol.19,No.2,1999. [3]铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范.TB10002.3-1999,北京：中国铁道出版社,2000. [4]凯尔别克.太阳辐射对桥梁结构的影响.北京：中国铁道出版社,1981. [5]项海帆.高等桥梁结构理论.北京：人民交通出版社,2001. 在日照作用下，沿横截面高度方向的温差分布，根据钢筋混凝土结构的热传导特性分析和现场实测资料，符合指数函数规律变化 略去两侧壁板内外表温度的很小差别和沿墩高方向的微小温差，沿横截面温差分布规律（以 方向为例）为 式中： ——朝阳面箱壁温差，约为15℃，仅计算单向温差时取20℃； ——指数系数，一般取10 方向横截面温差分布规律和系数取值同上 由寒流、降温产生的温差荷载分布同箱形桥梁 2) 桥墩温差应力 桥墩温差应力计算所作的假定条件同桥梁上部结构一样。温差荷载在桥墩中产生的应力可分为与支承条件无关的自应力和与支承条件有关的次应力。在此主要讨论与支承条件无关的温度自应力 （1）纵向（沿墩高）温差应力 日照温差引起的截面自约束应力的计算原理同上部结构，根据平截面假定条件及截面自约束应力的平衡条件，可得到自约束应力。 太阳斜晒时，可按叠加原理先分别计算两个方向的应力，然后再叠加 纵向外约束应力，可按结构力学方法或有限元分析方法求解 对于箱形桥墩，可按前述公式计算 对于圆形空心桥墩（如后图），文献[1]指出，圆形筒体横断面中任意点的温度 为 按前述方法有 合并两式，应用温度自应力的平衡条件并注意到 不产生自应力，有 经分析有 式中： 对于圆形空心墩柱若取用 作为温差分布曲线，则下图所示的两赘余未知力分别为 （2）横向（水平面）温差应力 箱形桥墩横向约束应力的计算同箱梁一样，即分为箱梁壁板非线性温差的自约束应力和横向框架约束应力 第一部分自约束应力计算方法同上部结构； 第二部分横向框架约束应力也可用结构力学方法或有限单元法计算 式中： 墩壁上各点的温度自应力为 小结 桥梁结构温度应力分析是一个复杂问题，但温度对结构的影响及其特点是可以把握的 1） 桥梁上部结构温差效应 （1）桥梁上部结构温度荷载的分析，是与构件材料的组成特性相联系的。如： 对于钢梁—混凝土桥面板结合梁，一般以钢梁升、降温差进行效应分析； 对于钢管混凝土拱肋也应考虑钢管与内灌混凝土的温差等。 （2）温差荷载效应分析也与结构体系特性相联系。如 对于传统拱桥以年温差荷载效应为主； 对于梁拱组合体系桥则主要考虑各构件之间温差荷载 对于斜拉桥，构件温度分布则考虑更充分，包括采用塔、梁和索按各自线膨胀系数取值的年温差，索塔、梁的温差，塔柱两侧的温差，以及与主梁截面形式及组成材料相关的温差，荷载效应按最不利情况叠加 （3）公路箱梁桥的桥面较宽，顶板完全敞开，顶、底板距离较大，横截面竖向温差比铁路桥要大。 公路箱形桥梁的温差 估计可达25℃以上，指数系数 约为6.0，在竖向和横向温差荷载的共同作用下，顶板内表面拉应力约在2～3MPa。因此，若按目前我国公路桥梁规范温差5℃计算温度应力可能偏小，如横向没有预加应力和足够的温度钢筋，势必导致箱梁顶板混凝土开裂 2） 桥墩温差效应 （1）在采用固定支座传递的柔性体系中，简支墩的日照温差应力数值不小，一般超过20号混凝土的容许拉应力，而接近20号混凝土的极限拉应力，且拉应力的分布区域很宽，达到整个截面厚度的2/3。 因此，简支墩的日照温差应力，在柔性墩的计算中是一项不可忽略的因素，在与其它不利荷载组合之后决定设计的经济与安全性。 （2）箱形桥墩的温差应力是一个重要的问题。实测资料表明，沿箱壁厚度方向的非线性温度分布较明显，温差高达15℃以上。 温差荷载在箱形墩横向产生的温差自应力，其影响往往超过活载效应，尤其是在角隅附近因实际结构应力集中的影响，可能会发生温度裂缝。因此，在箱形桥墩的设计中，应充分考虑温差应力的影响，并在构造处理上减少不必要的自约束作用 （3）从温差应力角度考虑，即使墩顶设置活动支座也并非绝对活动，总是存在来自梁体的约束，墩身因