張春來

摘 要：在橋梁設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員往往會(huì)忽略溫度對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)的影響，然而在鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，溫度對(duì)于橋梁應(yīng)會(huì)產(chǎn)生很大的影響，尤其是溫度梯度對(duì)橋梁的影響，甚至超過了自重和活載對(duì)梁單元的影響。筆者結(jié)合工程實(shí)際設(shè)計(jì)案例，更形象地給出溫度對(duì)橋梁受力的影響，希望能對(duì)讀者起到一定的借鑒參考作用。

關(guān)鍵詞：箱梁；整體升溫；整體降溫；溫度梯度；應(yīng)力

中圖分類號(hào)：U441 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通建設(shè)的腳步也在不斷地加快。一座座橋梁，像一個(gè)個(gè)巨人般，托起一條條通途大路，跨越江河湖海。橋梁作為一個(gè)工作在自然環(huán)境中的構(gòu)造物，自然會(huì)受到各種自然環(huán)境的影響，如：風(fēng)、雪、雨、水、溫度等。

對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)橋梁來說，影響最大的是水和溫度。在橋梁一般設(shè)計(jì)中，很多設(shè)計(jì)人員都會(huì)注重環(huán)境類別，注重水對(duì)橋梁的影響。但是在日常的設(shè)計(jì)中，很容易忽略溫度對(duì)橋梁的影響，從而影響橋梁的使用安全和壽命。

對(duì)于橋梁產(chǎn)生影響的溫度分為整體升降溫和溫度梯度。在我國早期的橋梁設(shè)計(jì)中，對(duì)于環(huán)境溫度的影響不夠重視，在89規(guī)范中橋梁各部構(gòu)件一般只考慮受溫度變化而引起的作用，只在必要時(shí)考慮日照引起的影響。在04、15規(guī)范中參考國外規(guī)范和實(shí)際工程實(shí)例的基礎(chǔ)上對(duì)溫度作用作了較大調(diào)整，除明確規(guī)定了溫度變化引起的作用外，還規(guī)定了不同混凝土鋪裝層溫度梯度變化值對(duì)于橋梁的影響。

1 整體溫度作用及設(shè)計(jì)措施

整體溫度作用對(duì)于簡支結(jié)構(gòu)及連續(xù)鋼構(gòu)橋梁影響較小，在合理設(shè)置支座及伸縮縫的前提下可以消除整體溫度作用對(duì)于橋梁內(nèi)部應(yīng)力的影響。

對(duì)于連續(xù)鋼構(gòu)橋梁，由于不能通過支座變形抵消橋梁內(nèi)部應(yīng)力，從而導(dǎo)致橋梁在墩梁結(jié)合處產(chǎn)生較大應(yīng)力，影響橋梁的受力性能和使用安全。對(duì)此設(shè)計(jì)者一般將上部跨越結(jié)構(gòu)做成變截面梁橋，此設(shè)計(jì)一是可以減小橋梁本身自重增大跨越能力，同時(shí)變截面梁橋在墩梁結(jié)合處增大梁高可以取得更好的抗剪能力，更可以減小整體溫度應(yīng)力對(duì)于橋梁內(nèi)部應(yīng)力的影響。在增大梁高的同時(shí)，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)橋梁下部結(jié)構(gòu)時(shí)，通常會(huì)將橋墩做成柔性墩，通過柔性墩的變形來抵消整體溫度作用對(duì)梁橋內(nèi)部應(yīng)力的影響。

2 溫度梯度作用及設(shè)計(jì)措施

整體溫度對(duì)橋梁產(chǎn)生的應(yīng)力效應(yīng)，可以通過結(jié)構(gòu)的合理設(shè)置進(jìn)行減小和消除。而由于日照溫度的豎向梯度變化，對(duì)橋梁產(chǎn)生的溫度應(yīng)力效應(yīng)，由于橋梁結(jié)構(gòu)本身的自我約束，是無法通過橋梁外部結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)進(jìn)行減小或是消除。只能通過針對(duì)性的設(shè)計(jì)措施來抵抗溫度應(yīng)力效應(yīng)。

以下通過一工程實(shí)例，來更加直觀的了解整體溫度效應(yīng)及溫度梯度效應(yīng)對(duì)混凝土梁單元的影響。如何通過合理的設(shè)計(jì)措施，消除整體溫度作用產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，以及怎樣通過針對(duì)性設(shè)計(jì)抵抗溫度梯度應(yīng)力效應(yīng)。

本工程為一城市跨河橋梁，根據(jù)規(guī)劃需要及現(xiàn)場(chǎng)條件限制，本橋位于直線上，橋梁寬度為13.5m，橋梁跨徑為20m+22m+22m+20m鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁橋，梁高1.4m，設(shè)計(jì)荷載為城—A級(jí)車道荷載。

通過MIDAS CIVIL建立全橋模型，升溫溫度為35°，降溫溫度為20°，溫度梯度根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2015）表4.3.12-3溫度基數(shù)計(jì)算，如圖1所示。

（1）墩柱與主梁之間支座均設(shè)為固定支座，經(jīng)分析計(jì)算，整體溫度產(chǎn)生的梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力（單位：MPa）為：

整體升溫梁單元上下緣應(yīng)力最大分別為：-0.05 MPa、

-0.05 MPa；整體降溫梁單元上下緣應(yīng)力最大分別為：0.03 MPa、0.03MPa。

溫度梯度產(chǎn)生的梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力（單位：MPa）為：

升溫梯度梁單元上下緣應(yīng)力最大分別為：-4.36 MPa、0.91 MPa；降溫梯度梁單元上下緣應(yīng)力最大分別為：2.08MPa、-0.64MPa。

（2）中間墩柱與主梁之間支座縱向設(shè)固定支座，其他支座縱向?yàn)榛瑒?dòng)支座，經(jīng)分析計(jì)算，整體溫度產(chǎn)生的梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力（單位：MPa）為：

整體升溫梁單元上下緣應(yīng)力均為：0.00MPa；整體降溫梁單元上下緣應(yīng)力均為：0.00MPa。

溫度梯度產(chǎn)生的梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力（單位：MPa）為：

升溫梯度梁單元上下緣應(yīng)力最大分別為：-4.36 MPa、0.91 MPa；降溫梯度梁單元上下緣應(yīng)力最大分別為：2.08MPa、-0.64MPa。

（3）由支座的全約束及縱向部分約束計(jì)算結(jié)果對(duì)比可以看出，整體溫度在通過結(jié)構(gòu)調(diào)整后可以消除其對(duì)梁單元應(yīng)力的影響，溫度梯度對(duì)梁單元應(yīng)力無法抵消或消除。

最不利組合產(chǎn)生梁單元應(yīng)力圖如圖2和圖3所示（單位：MPa）。

由最不利組合應(yīng)力圖可知，梁單元上緣最大應(yīng)力為：-9.3MPa，3.9MPa；梁單元下緣最大應(yīng)力為：3.49MPa，-2.6MPa。

由以上結(jié)果可知溫度梯度引起的梁單元應(yīng)力占最不利組合應(yīng)力的百分比為：17.1%～47.9%。

因此在鋼筋混凝土設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)通過設(shè)置受力主鋼筋來提高梁單元應(yīng)力抵抗能力，《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2004）9.3.10條規(guī)定，鋼筋混凝土支點(diǎn)處，應(yīng)至少有兩根且不少于總數(shù)1/5的下層受拉主鋼筋通過。隱晦地提出了鋼筋混凝土梁在支點(diǎn)處應(yīng)設(shè)置受力主筋來抵抗溫度梯度對(duì)梁體產(chǎn)生的內(nèi)力。而預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋由于設(shè)置了預(yù)應(yīng)力鋼筋，已經(jīng)通過預(yù)應(yīng)力鋼筋施加的預(yù)應(yīng)力來抵抗溫度梯度對(duì)梁體產(chǎn)生的內(nèi)力。

結(jié)論

由于一般在進(jìn)行鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)中，大家不自覺地會(huì)忽略溫度的作用，而溫度的作用對(duì)橋梁的影響產(chǎn)生的影響是不可忽略的，溫度梯度對(duì)梁單元受力的影響，甚至超過了自重和活載對(duì)梁單元的影響。所以在混凝土橋梁設(shè)計(jì)中，應(yīng)重視溫度的作用，通過合理設(shè)置結(jié)構(gòu)形式消除整體溫度作用，通過合理配筋抵抗溫度梯度作用。

參考文獻(xiàn)

[1] JTG D60—2015，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[2] JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].endprint