1. 引言
近年来预应力混凝土连续箱梁桥在交通工程建设中得到广泛应用, 但在桥梁的设计阶段, 由于设计人员未能对桥梁的温度效应引起足够的重视, 而导致桥梁产生裂缝的情况时有发生。国内外学者研究发现, 加载国内外桥梁规范中不同的温度梯度模式时, 计算得到的桥梁温度应力及挠度结界相差明显。设计人员在进行桥梁的温度应力计算时, 如果采用的温度梯度模式与桥梁所处地区的实际温度场不相符, 即使通过增加温度梯度的设计值, 也不能避免桥梁产生温度裂缝。为了能保证预应力混凝土连续箱梁桥的抗裂性能及良好的使用性能, 设计人员在进行不同地区桥梁的温度应力计算时, 必须采用适合不同地区的温度梯度模式。
2. 有限元模型及温度荷载工况
2.1 有限元模型
依托古浪县柳条河大桥 (4×30m+6×30m+4×30m, 预应力混凝土连续箱梁) , 利用Midas Civil, 采用梁格法建立了 (一联6×30m) 有限元计算模型 (见图2.1) , 其中节点1541个, 单元1964个。
2.2 温度荷载工况
为了能利用Midas Civil准确计算出, 柳条河大桥在加载国内外桥梁规范中不同的温度荷载工况时, 桥梁的温度应力及挠度, 各温度荷载工况的取值, 均取其特征值T。国内外桥梁设计规范中各温度梯度模式的特征值T (℃) 及柳条河大桥实际温度梯度模式特征值T (℃) 见表2.1。
3. 预应力混凝土连续箱梁桥温度效应对比分析
在不同的温度荷载工况作用下, 采用有限元计算软件Midas Civil, 对柳条河大桥的顶板、底板温度应力及挠度进行了对比分析。
3.1 温度应力分析
利用Midas Civil计算柳条河大桥的温度应力时, 在加载不同的温度荷载工况时, 箱梁的温度应力变化曲线各不相同。柳条河大桥的边梁顶板、底板温度应力变化曲线 (见图3.1、图3.2) 。
由箱梁顶板温度应力变化曲线可知:
(1) 加载温度荷载工况1、2、3、4、5、6、7、8时, 箱梁的顶板均产生温度压应力, 而且变化规律也基本一致。
(2) 加载温度荷载工况1、8时, 箱梁的顶板温度应力相差最小, 预测的柳条河大桥温度梯度模式与中国公路桥规 (JTG D60—2004) 温度梯度模式基本相符。
(3) 加载温度荷载工况3时, 箱梁的顶板温度应力最小, 桥梁结构偏于不安全。
(4) 加载温度荷载工况7时, 箱梁的顶板温度应力最大, 桥梁结构偏于不经济。
由箱梁底板温度应力变化曲线可知:
(1) 加载温度荷载工况1、3、4、5、7、8时, 无论是边跨还是中跨, 箱梁的底板温度应力基本上都是拉应力, 在靠近边跨的连续端处, 温度拉应力最大。
(2) 加载温度荷载工况1、3、4、5、7、8时, 仅在靠近边跨的简支端附近, 箱梁的底板才会产生压应力, 在靠近边跨的简支端处, 温度压应力最大。
(3) 加载温度荷载工况1、3、4、5、7、8时, 箱梁的底板温度应力变化规律正好与加载温度荷载工况2、6时箱梁的底板温度应力变化规律相反
(4) 加载温度荷载工况7时, 箱梁的底板温度拉应力最大, 约1.86MPa。
3.2 挠度分析
利用Midas Civil计算柳条河大桥的挠度时, 采取不同的温度荷载工况加载, 中梁与边梁的挠度变化规律基本一致。在加载各种温度荷载工况时, 柳条河大桥边梁挠度变化曲线见图3.3。
由边梁挠度变化曲线可知:
(1) 加载温度荷载工况1、2、3、4、5、6、7、8时, 预应力混凝土连续箱梁桥的边跨上挠, 中跨下挠。在靠近边跨的简支端1/3处, 上挠最大。
(2) 加载温度荷载工况7时, 预应力混凝土连续箱梁桥的边跨产生上挠最大, 约为3.15mm, 中跨产生的下挠最大, 约为-0.1mm。
4. 结语
本文采用有限元计算软件Midas Civil, 建立了古浪县柳条河大桥 (一联6×30m, 预应力混凝土连续箱梁桥) 成桥阶段的有限元计算模型, 通过对柳条河大桥在不同温度梯度模式作用下的温度应力及挠度变化分析可知:
(1) 工程设计人员在计算预应力混凝土连续箱梁桥的温度应力时, 采用不同的温度梯度模式特征值T, 所得出的温度应力相差明显。
(2) 由于我国幅员辽阔, 不同地区的气候环境差异很大, 因此为了能准确计算出不同地区的桥梁温度应力, 应根据桥梁所处地区的气候环境条件, 通过理论研究与实验数据的统计分析, 找到适合不同地区的温度梯度模式。
摘要：以预应力混凝土连续箱梁桥为例, 利用MidasCivil, 采用梁格法建立空间有限元模型, 分析了在加载不同的温度荷载工况时, 桥梁的温度应力及挠度。在计算不同地区的桥梁温度应力时, 应根据桥梁所处的气候环境条件, 建立适合不同地区的温度梯度模式。
关键词：预应力混凝土,桥梁,温度应力,挠度
参考文献
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