預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋溫度應(yīng)力計(jì)算分析

　　 摘要：本文作者多年從事橋梁設(shè)計(jì)工作，以筆者負(fù)責(zé)的50+80+50m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁為工程實(shí)例，根據(jù)新老規(guī)范各種日照溫度梯度，分別計(jì)算出相應(yīng)溫度應(yīng)力，在此基礎(chǔ)上，筆者對(duì)比分析了新老公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范各種溫度梯度模式對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁應(yīng)力的影響，并提出了新規(guī)范提出的日照溫度梯度模式下預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)的新思路、新方法，給從事相關(guān)工作的同行提供參考。
　　關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，溫度梯度，溫度應(yīng)力，計(jì)算
　　中圖分類(lèi)號(hào)：TU2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791(2011)06(c)-0000-00
　　
　　1 概述
　　《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2004）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)新規(guī)范）是在原《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTJ 021—89）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)老規(guī)范）的基礎(chǔ)上修訂而成，新規(guī)范在公路橋梁荷載方面作了相當(dāng)大的調(diào)整，如溫度作用。橋梁結(jié)構(gòu)處于自然環(huán)境中，受到四季溫差、晝夜溫差以及日照等溫度作用的影響。四季和晝夜的溫差是結(jié)構(gòu)物環(huán)境溫度的變化，這種溫度變化會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)物沿縱向均勻而緩慢地伸縮變形，在結(jié)構(gòu)物位移不受到約束的情況下不會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生溫度次內(nèi)力，是一種均勻溫度作用。但日照是溫度作用的另外一種形式，它使結(jié)構(gòu)物的豎向各部位因接受太陽(yáng)輻射能量的不同而產(chǎn)生不均勻的溫度分布，如橋梁結(jié)構(gòu)的橋面頂面受到陽(yáng)光直接照射而溫度較高，但梁底終日不受陽(yáng)光照射而溫度較低，這種結(jié)構(gòu)物內(nèi)部沿豎向產(chǎn)生的溫差會(huì)在結(jié)構(gòu)物內(nèi)部引起溫度次內(nèi)力。老規(guī)范對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)日照引起的梯度溫度作用效應(yīng)和國(guó)內(nèi)鐵路規(guī)范和新西蘭、英國(guó)BS 5400、美國(guó)AASHTO規(guī)范相比都要小，因此新規(guī)范修改了老規(guī)范的溫度梯度曲線(xiàn)。
　　2 工程實(shí)例
　　以筆者負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的一座三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁為工程實(shí)例，該橋梁為某一級(jí)公路跨越一條三級(jí)航道的結(jié)構(gòu)物，橋梁與路基同寬，全寬為24.5m，按上下行分離式雙幅橋設(shè)計(jì)，單幅橋全寬11.75m；汽車(chē)荷載等級(jí)：公路-Ⅰ級(jí)。
　　主橋?yàn)?0+80+50m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土單箱單室連續(xù)箱梁，箱梁中支點(diǎn)高度為4.618m，其高跨比為1/17.325，跨中高度為2.318m，其高跨比為1/34.52；箱梁高度距墩中心2.0m處到跨中合攏段處按二次拋物線(xiàn)變化。主橋箱梁除在墩頂0號(hào)施工節(jié)段處設(shè)置厚度為2.5m的橫隔梁及邊跨端部設(shè)厚度為1.5m的橫隔梁外，其余部位均不設(shè)橫隔梁。箱梁底板保持水平，箱梁頂板橫坡由腹板高差調(diào)整單向2％橫坡。
　　箱梁頂板寬11.75m，底板寬6.50m，箱梁頂板厚28cm。頂板兩側(cè)翼緣板長(zhǎng)度2.625m；最大底板厚80cm，最小底板厚28cm，按二次拋物線(xiàn)漸變；最大腹板厚為80cm，最小腹板厚為50cm。
　　主橋上部結(jié)構(gòu)計(jì)算采用《橋梁博士V3.2.0》平面桿系程序進(jìn)行計(jì)算，主橋箱梁按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。全橋共分為68個(gè)單元，掛籃利用橋梁博士中的后支點(diǎn)掛籃來(lái)模擬，掛籃自重及施工機(jī)具重量按55t考慮，吊架自重及施工機(jī)具重量按15t考慮。施工階段計(jì)算根據(jù)施工進(jìn)度和施工順序安排劃分40個(gè)受力階段。
　　 3 溫度應(yīng)力計(jì)算模型
　　老規(guī)范以T形截面梁為主要對(duì)象，規(guī)定日照溫度梯度計(jì)算模式為橋面板溫度變化5℃（如圖4），對(duì)箱梁未作詳細(xì)規(guī)定。因此，在計(jì)算預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁時(shí)也采用此模式計(jì)算日照溫度應(yīng)力。
　　根據(jù)新規(guī)范，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的日照溫度梯變化如圖5所示。圖中a1=0.1m，a2=0.3m。正溫差計(jì)算的溫度基數(shù)T1 、T2因橋面鋪裝類(lèi)型及厚度不同而不同，具體規(guī)定如表1。豎向日照反溫差為正溫差乘以-0.5。
　　 4 溫度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果
　　筆者通過(guò)上述工程實(shí)例，對(duì)新老規(guī)范各種不同的溫度梯度進(jìn)行了計(jì)算，分別對(duì)短期效應(yīng)組合、長(zhǎng)期效應(yīng)組合和基本組合三種狀態(tài)的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。
　　 注：表中瀝青混凝土橋面鋪裝層厚度為0即為混凝土鋪裝層。
　　5 比較分析
　　可以看出，日照溫度梯度作用產(chǎn)生的梁底總拉應(yīng)力與次應(yīng)力在主跨跨中及其附近截面上較大，在支點(diǎn)及其附近截面上較小，而梁頂壓應(yīng)力則在跨中及支點(diǎn)截面上都較大。顯然，由于日照溫差引起跨中截面的下緣有數(shù)值較大的拉應(yīng)力、上緣有數(shù)值較大的壓應(yīng)力產(chǎn)生，這與張拉連續(xù)束引起的次應(yīng)力等一起，會(huì)降低其正截面抗裂性。因此，按新規(guī)范設(shè)計(jì)大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋時(shí)，如果在作用效應(yīng)組合中考慮日照溫度梯度影響，對(duì)主跨跨中截面進(jìn)行持久狀況正常使用極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)，很可能控制設(shè)計(jì)。而在支點(diǎn)附近截面的重心軸附近，也有較大的拉應(yīng)力產(chǎn)生，并由于這些截面上較大剪力的存在，顯然使腹板主拉應(yīng)力增大，從而使斜截面抗裂性降低，設(shè)計(jì)時(shí)也需特別關(guān)注。
　　計(jì)算還表明，日照溫度梯度作用引起全梁各橫截面的中部區(qū)域內(nèi)的自應(yīng)力均為拉應(yīng)力，其中，按新規(guī)范溫度模式計(jì)算的距梁頂0.4m處的拉應(yīng)力較大。這表明，即使對(duì)靜定結(jié)構(gòu)(無(wú)次內(nèi)力)，按正常使用極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)，也要特別重視溫度應(yīng)力的影響。
　　6 結(jié)論
　?。?）設(shè)計(jì)大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋時(shí)，如果在作用效應(yīng)組合中考慮日照溫度影響時(shí)，應(yīng)特別注意對(duì)主跨跨中截面進(jìn)行持久狀況正常使用極限狀態(tài)的正截面抗裂性驗(yàn)算，也應(yīng)注意對(duì)中支點(diǎn)附近截面上靠近重心軸處的斜截面抗裂性的驗(yàn)算；而在持久狀況的法向應(yīng)力計(jì)算中，一般可不進(jìn)行中間支點(diǎn)截面的計(jì)算，只需計(jì)算跨中截面。
　　(2)對(duì)簡(jiǎn)支梁這種靜定結(jié)構(gòu)，也應(yīng)關(guān)注其溫度應(yīng)力(自應(yīng)力)的影響。在新規(guī)范規(guī)定的日照溫度梯度作用下，梁頂有較大壓應(yīng)力，內(nèi)部區(qū)域有較大拉應(yīng)力。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1] 邵旭東、李立峰、鮑衛(wèi)剛. 砼箱形梁橫向溫度應(yīng)力計(jì)算分析[J]重慶交通學(xué)