混凝土桥梁温度作用模式及效应规律.pdf
《混凝土桥梁温度作用模式及效应规律.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《混凝土桥梁温度作用模式及效应规律.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2 0 1 4年第 3期 广 东 公 路 交 通 G u a n g D o n g G o n g L u J i a o T o n g 总第 1 3 2期 文章编号 : 1 6 7 1 7 6 1 9 ( 2 0 1 4) 0 3 0 0 1 6 0 5 混凝 土桥梁温度作用模 式及效应规律 梁立农,肖龙峰,肖金梅 ( 华南理工大学土木与交通学院, 广州 5 1 0 6 4 1 ) 摘要: 介绍中外几种典型的桥梁设计规范中有关混凝土桥梁温度作用的规定与国内实测温度梯度作用模式, 并 以广东省内数座连续梁实桥为工程背景, 对其模式和效应规律进行研究。主要规律为: 在同一温度梯度作用下, 截
2、面上缘温度自应力与梁高成正比, 次应力与梁高成反比, 而总温度应力与梁高及跨径关系不大 , 顶缘温度应力 可近似表达为0 2 9 T ( T I : 顶缘温度) ; 截面下缘温度自应力、 次应力和总应力与梁高均成反比等。 关键词 :混凝 土桥 梁;中外规 范;温度梯度 ;温度应 力 中图分类号 : U 4 4 1 5 文献标识码 : A O 引言 桥梁结构 处 于 自然 环 境 中 , 不可 避 免会 受 到外界 环境 温度 变化 的影 响。主要 包括 : 季节 温差 、 13照温差和骤然 降温 , 对 结构 的影 响分别 为均匀温度作用 和正温度梯度 及负 温度梯度作 用 。在均匀 温度 作
3、 用下 , 桥梁 结构 内部 将 产 生 均匀 变形 , 若变形被约束 , 则会 在结构 内部形 成 温度应 力 。在 温度 梯度 作 用下 , 结 构 截 面各 高 度处 的纵 向变 形是 不一 样 的 , 但 由于受 到平 截 面变形假 定 的约束 , 将 在 每个 截 面 内部产 生 自 相平衡 的与 温度梯 度 大小 相应 的 自应 力 , 同时 截 面转 角变形如受 到边界条 件 的约束 将产生 超 静定 内力 引起 的次应力 。理论 分析及 实验研究 表 明 : 在预应 力混 凝土 梁桥 特 别是 超静 定结 构 体系 中, 温差应 力 可 以达 到甚 至超 过活 载产 生 的应力
4、 , 已被认 为 是混 凝 土桥梁 产 生裂 缝 的主 要原 因之一 _ 1 j 。桥梁结构温度应 力 的分 析主要 取决于温度 场 即温度 模 式 的选取 , 由于地 理位 置 、 气候等原因 , 不同国家规范 中的温度模 式不 同。如何正确理解 、 评价 、 借鉴 不同 国家的温度 模式 , 如何认识截面高度 、 跨径 和结构 体系等影 响对温度应力 的影 响, 对于桥 梁工程 师来说 , 具 有重要 的工程实用价值 。 1 中外规范对温度作用的规定 中外各国混凝土桥梁典型的有效均匀 温度标 准值如表 1 。 表 1 中外规范混凝土桥梁有效均匀温度标准值的规定 ( 单位 : ) 注: 表中
5、括弧内数值适用于昆明、 南宁、 广州、 福州地区, 为遮荫大气气温, 为有效温度。 有效均匀温度标准值的上下限与桥梁所在地 区气候有关 , 而均匀温度温差值还与体 系形成时 的温度有关 , 中外各 国对这一作用 的规定 原则基 本上是一致 的。其中中国、 美 国、 13本三国仅分地 区规定 了标 准值 , 而英 国温度标准值是与气候相 关 的一个表格( 本文用 函数代替 ) , 因此 , 英 国规范 适用性更好 , 有利 于精细化 分析。中外各 国混凝 土桥梁典型 的竖向温度梯度如表 2 。 作者简介: 梁立农( 1 9 6 2 0 5一) , 男, 湖南省涟源人, 博士 , 教授级高工, 主
6、要研究方向: 大跨度桥梁结构设计、 施工技术 , 新结 构、 新工艺。E m a i l : 1 3 6 0 2 8 6 6 9 7 5 1 3 9 c o rn 1 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 3期 梁立农 , 等混凝土桥梁温度作用模式及效应规律 总第 1 3 2期 表 2中外规范有关温度梯度的规定 国家 图示 温度模 表达式 参数取值 备注 酐 : 。 梁高 h4 0 0 ram时: 5 0 ram沥青铺装 2 0 6 7 的规定乘 A= 3 0 0 m m。l O O m m沥青铺装 1 4 5 5 以 一 0 5 。 向 0
7、1 0 m 且 0 2 5 m h 3 = 0 3 h 0 1 m+铺装层 厚度 ( m) 注: 此为 l O O m m铺装 的升 温模 式 其他铺装 厚度下的 升温模式 详 见 规 范。 _ L 1 h l = h 4 = 0 2 h 0 2 5 m , l f h 2 = h 3 = 0 2 5 h 0 2 0 m l t 注 : 此为 1 0 0 ra m铺装 的降温模 式 其他铺装 厚度 下的 降温模式 详 见 规 范 。 澳大利亚桥梁 设计规范 顶板 3 0 0 m m范 围 内, 按照 直线变化, T l =2 4 C, = 6 :Tl =2 4 , =6 顶板( h一3 0 0
8、 ) 2范围内, 按照直线变化 温度梯度 沿着梁高 呈折线变 化 , 顶 板 最大温差 2 4 1 7 再 一 孚 n占 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 3期 广东公路交通 总第 1 3 2期 从表 2可看出 , 除 13本规范外 , 规范 中新西兰 采用了指数 函数 , 其余规范用折线代替指数函数 , 以方便使用。顶板温度场分布高度一般为 4 0 e m ( 日本为整个顶板厚度 ) , 但新西兰为 1 2 m。影响 温度应力最重要的顶缘温度 与铺装类型及地 区 类别相关 陆很大 , 升温 在 1 2 t l2 3 0 C的大范围 内取值
9、 , 降温 在 一6 一1 5 取值 , 相差 达 2 5倍 , 顶缘温差值 最高的是美 国 1区和新西 兰规范 , 最低的是 日本规范, 中国公路规 范与美 国 规范 2 区 的 温度 模 式 一 样 , 纬 度 较 高 的 英 国 B S 5 4 0 0规范和美国 3区接近。由于美国规范将全 国划分为 四个区, 区域 的温差最大达到 9 , 因此 其适用性更好 ; 中国南北气候差异大, 与其它 国家 气候也不同, 单纯套用某个国家规 范的某个 区是 不合适的, 而将温度梯度进行分区会更符合中国的 实际情况。 2 国内实测温度梯度模式分析 近 4 0年以来 , 国内工程界对混凝土箱梁桥在 太
10、阳辐射作用下的温度分布特性 、 影响 因素和分 析方法做 了许 多研究工作 , 并开展了一系列 的现 场观测试验 , 对试验数据进行 回归分析 , 得到了许 多实测温度梯度作用模式。表 3分别列 出了国内 部分研究者实测得到的温度梯度模式。 表 3 国 内部分桥梁根据实测温度提 出的梯 度模式 研究人员 温度模 。 参数取值 工程背景 研究人员 参数取值 工程背景 图示 数学表达式 竖向温差曲线符合幂指数 湖南衡阳东洋渡湘江大桥 , 汪剑、 方志 :1 9 5 e 一 分布规律 , :1 9 5 底 跨径 布 置 4 5 m +9 8 m + 板下边缘没有温度梯度, 1 5 0 m+1 5 0
11、 m+9 8 m+4 5 m 1 0 e m混凝土桥面铺装 的预应力混凝土箱梁桥 豇 竖 向 温 差 曲 线 符 合 幂 指 数 润 扬 大 桥 南 接 线 丹 徒 互 通 朱俊 = 2 5 e - 6 y C 分布规律, 7 0:2 5 o c 底板 主线桥, 跨径布置为 1 9 m+ 下边缘没有温度梯度, 无62 2 m+1 9 m的等高度预 桥面铺装 应力连续箱梁桥 7 n h。 = 0 2 m, h 2 - - - 0 8 m 布规律, 升温工况: h3 : 0 4 T l :1 5 , :5 , 黑龙江富绥松花江大桥, 跨 胡丹 T 3l=0= m,h = 一m , = 一 7, T
12、 1 5一C , 由表 3看 出, 混凝土桥面顶板温度场 比较符 合指数函数变化规律, 指数系数为4 6 , 顶缘温度 为 1 9 5 2 5 0 , 部分 回归模式增设 了底板温 度场 , 对比表 2和表 3 , 新西 兰规范温度梯度模式 和实测模式类似 , 中国公路规 范温度梯 度模式和 实测模式接近。 3 中外温度梯度作用效应分析 各 国的温度梯度模 式有差异 , 其作 用反应也 会有差异 。现 通 过 对 表 4中不 同体 系 、 不 同跨 1 8 径 、 不同梁 高、 不 同截 面形 式 的 5种梁式桥 支点 截面计 算温度应 力来分析其 规律, 并 与英 国 B S 5 4 0 0
13、规范和 日本规 范计 算值进行对 比。计算 中假定截 面变形符合 平截 面假 定。温度 自应力 按下式计算 : o r 自 ( Y ): E o t T ( y )一( 。 + ) ( 1 ) = 孚f ( y ) 6 ( y ) ( ) , 一 Y c ) ( 2 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 3期 梁立农 , 等混凝土桥梁温度作用模式及效应规律 总第 1 3 2期 一 ) 6 ( y ( 3 ) 时针 为 式 中: 正 , E =3 4 51 0 M P a , 线 膨胀 系数 为 l =1 自 ( y ) 一距下缘高度 Y处的温度
14、 自应力 , 拉为 1 0 K。 正 : 表4 5种混凝土连续梁支点横截面尺寸 2 5 4 I 1 3 2 5 2 l l 1 6 5 0 2 截面 厂 尺寸 、 ,甫 I 到 cm 2 I c r 卜 _ _1 。 。 l l “ I 4 3 5 7 8 0 2 i 1 跨径5 x 3 0 m等高度连续5 X 3 0 m等高度5 x 3 5 m等高度连续5 5 m+9 0 m+5 5 m变 高1 3 8 m+2 5 0 m+1 3 8 l I 组合 T梁 连续小箱梁 箱梁 度连续刚构 变高度连续刚构 按上式采用中国规范、 日本规范 、 英 国 B S 5 4 0 0 规范求 出截 面 自应力
15、 , 并通过 mi d a s分别建 模分 析 , 得出其支点次应力和总应力 , 其结果如 图 1一 图 4 。 、 - 1 6 1 8 2 。 - l a 量 一 l =五 L 2 盯 u :l 1 6 1 8 Z 0 H 8 o S , 一 - L 一 一 _ _、一 : = = = = = 三 姜 -5 一l 一 一 一、 蚤 L 5 一 一 一 - 一 、 、;要 r 望_ 6 锰t 厂 螽8 - _ 一 弱 ) , - -, _ ; r一 一 , = = = = 一 ; 1 6 lL8 2 4 8 l 3 8 截面 高廖 ( 革付:m) 图 1 升温工况顶缘温度应力 : = = :
16、; , 、 1 6 1 8 2 4 8 l 3 8 截面高廖 ( 革付 :m) 图2 降温工况顶缘温度应力 由图 1 、 图 2可知 , 升温与降温工况下 的顶板 上缘温度应力具有相 同的规律 : 同一 温度梯度作 用下 , 温度 自应力 与梁 高成正 比, 温度 次应力 与 梁高成反 比, 而温度总应力与梁高及跨径关 系不 大 ; 在不 同的温度 梯度作 用 下 , 温 度应力 与温 度 梯度模式 有关 , 特别 是与 模式 中的顶 缘 温度 值相关 , 越大 , 则温度应力越大 , 顶缘温度应 力 可近似表达为 0 2 9 T I ; 中国公路新 旧规 范的温度 应力差异很大 , 顶缘 升
17、温压应力差异在混凝 土铺 一 l一 _ -一 装 时达 到 6 MP a左 右 , 在 沥青 铺装 时 达 到 3 MP a 左右 , 顶缘降温拉应力 差异在混凝 土铺装时达到 2 5 MP a 左右 , 在沥青铺 装时达 到 1 MP a左右 ; 温 度应力与铺装及厚度密切相关 , 就 中国规范来 说 , 沥青 铺装 比混凝 土铺 装 在 上缘 压应 力 可 小 3 MP a 左右 。说 明沥 青具 有 隔热保 温 作用 , 能 保 护上部结构免受正 ( 负 ) 的温度 梯度 的影 响。但 如果想利用沥青铺装来 降低设计温度梯度 , 则在 设计 中应考虑到上部结 构施工之后 , 可能直到数
18、】 9 ,4 S 3 5 2 l 5 O 4 3 2 l 0 P d 互 斗v 毯确 赠 凸 坫 0 挚 v cI: 锚 赠 4 SS 2 S l S 0 3 2 1 O &互 舛v 毯皿 赠 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 3期 广东公路交通 总第 1 3 2期 月后才铺 设沥青 桥面 , 另外 , 在后期桥 面运 营养 能完全被更换等工况 。 护中, 沥青层厚度可能变化 , 在大修 时, 桥面层可 0 0 , 5 :畔 1 R 摇 赠 2 : 。 。 厂一 , 描 2 翼- 器。 j 荸 。 巷。 雾 l , 6 L8 2 4 8 l 3
19、 8 2 截面高摩 ( 簟付:m) 。 。 。 +中国规范混凝土铺! 蠢+中 国规范5 帆 m 沥青铺蓑 一A 一 中国规范l O 咖 盱 1 I 铺装 * 一 日本规范 一荚国规i苞 5 咖 铘 亍 铺装 一 一 荚国规范1 0 o m r r沥铺蓑 图3 升温工况底缘温度应力 一 叫 1 6 1 8 2 48 l 3 8 截面矗廖 ( 簟付:m) 八 +中国规范混麓土铺甍- 一 中国 槐范5 0 m 棚 i 铺麓 & 2 = l 唇 V O , 堂i ,P一 鼍 * 一 日本髓一 瓤 范5 栅 _ |铺甓一 一 图4 降温工况底缘温度应力 由图 3 、 图 4可知, 同一温度梯度作用下 ,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 混凝土 桥梁 温度 作用 模式 效应 规律
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【pin****uju】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【pin****uju】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。