温度对混凝土桥梁的影响

张春来

摘 要：在桥梁设计中，设计人员往往会忽略温度对桥跨结构的影响，然而在钢筋混凝土连续箱梁，温度对于桥梁应会产生很大的影响，尤其是温度梯度对桥梁的影响，甚至超过了自重和活载对梁单元的影响。笔者结合工程实际设计案例，更形象地给出温度对桥梁受力的影响，希望能对读者起到一定的借鉴参考作用。

关键词：箱梁；整体升温；整体降温；温度梯度；应力

中图分类号：U441 文献标志码：A

随着我国经济的飞速发展，交通建设的脚步也在不断地加快。一座座桥梁，像一个个巨人般，托起一条条通途大路，跨越江河湖海。桥梁作为一个工作在自然环境中的构造物，自然会受到各种自然环境的影响，如：风、雪、雨、水、温度等。

对于混凝土结构桥梁来说，影响最大的是水和温度。在桥梁一般设计中，很多设计人员都会注重环境类别，注重水对桥梁的影响。但是在日常的设计中，很容易忽略温度对桥梁的影响，从而影响桥梁的使用安全和寿命。

对于桥梁产生影响的温度分为整体升降温和温度梯度。在我国早期的桥梁设计中，对于环境温度的影响不够重视，在89规范中桥梁各部构件一般只考虑受温度变化而引起的作用，只在必要时考虑日照引起的影响。在04、15规范中参考国外规范和实际工程实例的基础上对温度作用作了较大调整，除明确规定了温度变化引起的作用外，还规定了不同混凝土铺装层温度梯度变化值对于桥梁的影响。

1 整体温度作用及设计措施

整体温度作用对于简支结构及连续钢构桥梁影响较小，在合理设置支座及伸缩缝的前提下可以消除整体温度作用对于桥梁内部应力的影响。

对于连续钢构桥梁，由于不能通过支座变形抵消桥梁内部应力，从而导致桥梁在墩梁结合处产生较大应力，影响桥梁的受力性能和使用安全。对此设计者一般将上部跨越结构做成变截面梁桥，此设计一是可以减小桥梁本身自重增大跨越能力，同时变截面梁桥在墩梁结合处增大梁高可以取得更好的抗剪能力，更可以减小整体温度应力对于桥梁内部应力的影响。在增大梁高的同时，设计者在设计桥梁下部结构时，通常会将桥墩做成柔性墩，通过柔性墩的变形来抵消整体温度作用对梁桥内部应力的影响。

2 温度梯度作用及设计措施

整体温度对桥梁产生的应力效应，可以通过结构的合理设置进行减小和消除。而由于日照温度的竖向梯度变化，对桥梁产生的温度应力效应，由于桥梁结构本身的自我约束，是无法通过桥梁外部结构的特殊设计进行减小或是消除。只能通过针对性的设计措施来抵抗温度应力效应。

以下通过一工程实例，来更加直观的了解整体温度效应及温度梯度效应对混凝土梁单元的影响。如何通过合理的设计措施，消除整体温度作用产生的温度应力，以及怎样通过针对性设计抵抗温度梯度应力效应。

本工程为一城市跨河桥梁，根据规划需要及现场条件限制，本桥位于直线上，桥梁宽度为13.5m，桥梁跨径为20m+22m+22m+20m钢筋混凝土现浇箱梁桥，梁高1.4m，设计荷载为城—A级车道荷载。

通过MIDAS CIVIL建立全桥模型，升温温度为35°，降温温度为20°，温度梯度根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）表4.3.12-3温度基数计算，如图1所示。

（1）墩柱与主梁之间支座均设为固定支座，经分析计算，整体温度产生的梁结构应力（单位：MPa）为：

整体升温梁单元上下缘应力最大分别为：-0.05 MPa、

-0.05 MPa；整体降温梁单元上下缘应力最大分别为：0.03 MPa、0.03MPa。

温度梯度产生的梁结构应力（单位：MPa）为：

升温梯度梁单元上下缘应力最大分别为：-4.36 MPa、0.91 MPa；降温梯度梁单元上下缘应力最大分别为：2.08MPa、-0.64MPa。

（2）中间墩柱与主梁之间支座纵向设固定支座，其他支座纵向为滑动支座，经分析计算，整体温度产生的梁结构应力（单位：MPa）为：

整体升温梁单元上下缘应力均为：0.00MPa；整体降温梁单元上下缘应力均为：0.00MPa。

温度梯度产生的梁结构应力（单位：MPa）为：

升温梯度梁单元上下缘应力最大分别为：-4.36 MPa、0.91 MPa；降温梯度梁单元上下缘应力最大分别为：2.08MPa、-0.64MPa。

（3）由支座的全约束及纵向部分约束计算结果对比可以看出，整体温度在通过结构调整后可以消除其对梁单元应力的影响，温度梯度对梁单元应力无法抵消或消除。

最不利组合产生梁单元应力图如图2和图3所示（单位：MPa）。

由最不利组合应力图可知，梁单元上缘最大应力为：-9.3MPa，3.9MPa；梁单元下缘最大应力为：3.49MPa，-2.6MPa。

由以上结果可知温度梯度引起的梁单元应力占最不利组合应力的百分比为：17.1%～47.9%。

因此在钢筋混凝土设计过程中，应通过设置受力主钢筋来提高梁单元应力抵抗能力，《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）9.3.10条规定，钢筋混凝土支点处，应至少有两根且不少于总数1/5的下层受拉主钢筋通过。隐晦地提出了钢筋混凝土梁在支点处应设置受力主筋来抵抗温度梯度對梁体产生的内力。而预应力混凝土梁桥由于设置了预应力钢筋，已经通过预应力钢筋施加的预应力来抵抗温度梯度对梁体产生的内力。

结论

由于一般在进行钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁设计中，大家不自觉地会忽略温度的作用，而温度的作用对桥梁的影响产生的影响是不可忽略的，温度梯度对梁单元受力的影响，甚至超过了自重和活载对梁单元的影响。所以在混凝土桥梁设计中，应重视温度的作用，通过合理设置结构形式消除整体温度作用，通过合理配筋抵抗温度梯度作用。

参考文献

[1] JTG D60—2015，公路桥涵设计通用规范[S].

[2] JTG D62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].endprint