陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000

曲線梁在橫向梯度溫度下的應(yīng)力效應(yīng)實證分析

諶 偉

陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000

本文結(jié)合實際工程進行了曲線梁在橫向梯度溫度下的應(yīng)力效應(yīng)分析，對工程監(jiān)理單位實現(xiàn)質(zhì)量控制目標具有一定的指導(dǎo)意義。

曲線梁；梯度溫度； 應(yīng)力效應(yīng)

在溫度場的影響下，對于沒有優(yōu)良熱導(dǎo)性的混凝土結(jié)構(gòu)，熱量從混凝土表面向內(nèi)部傳遞的途徑受到一定制約，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度效應(yīng)滯后于混凝土表面的溫度效應(yīng)，從而引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度數(shù)值分布呈先行變化，最終產(chǎn)生溫度應(yīng)力和位移，在極端情況下，溫度應(yīng)力與荷載應(yīng)力同時作用于結(jié)構(gòu)物，造成混凝土的應(yīng)力破壞。

西平鐵路漠谷河1#大橋是1聯(lián)（40+4×64+40）m剛構(gòu)連續(xù)梁+1-32m簡支梁，位于R=1200m的圓曲線上，線路縱坡為10‰，橋梁全長385．18m，主體為曲線變截面連續(xù)剛構(gòu)箱梁。為實現(xiàn)工程質(zhì)量控制目標，工程監(jiān)理單位在施工之前進行了有效的預(yù)控——對該橋梁的溫度應(yīng)力進行了充分論證，目的是指導(dǎo)施工過程的科學(xué)、合理，真正實現(xiàn)工程項目的質(zhì)量目標，進而保障進度和投資目標。

1 建立模型

該橋梁上部結(jié)構(gòu)采用變高度變截面箱梁，一聯(lián)總長337．2m，梁底變化段采用2．0次拋物線。端支座設(shè)置為徑向抗扭支撐。支座布置方式如圖1所示。

圖1 橋支梁支座布置方式

該橋采用單箱單室截面，箱梁頂寬10m，底寬6m（連續(xù)梁中支點處箱梁梁底加寬至4．6m，剛構(gòu)墩頂箱梁底加寬至6．0m）。梁高1．4m，頂板厚0．25m，底板厚0．2m，腹板厚0．4～0．7m，翼板懸臂2m。如圖2所示。

圖2 橋梁橫截面(單位：cm)

按照試驗?zāi)Ｐ土河邢拊Ｐ偷慕⒎椒ǎ⒘嗽撛训罉蚩臻g實體有限元模型，進行溫度效應(yīng)分析，邊界條件按照支座的實際位置設(shè)置。分析模型如圖3所示。

圖3 曲線橋梁有限元模型

2 溫度效應(yīng)計算

溫度根據(jù)溫度效應(yīng)計算公式：

可知，在溫度變化的條件下，橋梁所受的溫度力與橋梁的截面積成正比。基本溫度力如圖4：

按照溫度梯度模式對該曲線橋梁進行實體有限元計算。計算時，分別以內(nèi)、外側(cè)腹板外緣為橫向梯度溫度作用的起始端，考慮橫向梯度溫度沿箱梁徑向由內(nèi)向外以及由外向內(nèi)的變化時該曲線橋梁的溫度效應(yīng)。在梯度溫度作用下的各種效應(yīng)如下。

2.1 支反力效應(yīng).

圖4 基本溫度應(yīng)力圖

表1 橫向梯度溫度作用下曲線橋梁支反力

0#內(nèi)側(cè)123．11 9．81 0#外側(cè)-16．95 1# 7．70 2# -221．61 0．00 -1．11 3# 7．70 2#內(nèi)側(cè)123．11 9．81 2#外側(cè)-16．95沿徑向由外向內(nèi)

由表1的支反力數(shù)據(jù)可以看出，在橫向梯度溫度作用下，該曲線橋梁徑向支反力效應(yīng)明顯，且不同變化方向橫向梯度溫度引起的徑向支反力方向相反。

2.2 變形效應(yīng)

圖5 橫向梯度溫度作用下曲線橋梁撓度曲線

圖6 橫向梯度溫度作用下曲線橋梁徑向位移曲線

圖7 橫向梯度溫度作用下曲線橋梁扭轉(zhuǎn)曲線

由以上變形效應(yīng)圖可以看出，在橫向梯度溫度作用下，該匝道橋撓度及扭轉(zhuǎn)效應(yīng)都不明顯，主要位移效應(yīng)是徑向位移，且其隨橫向梯度溫度作用的變化趨勢與模型梁相似。

2.3 應(yīng)力效應(yīng)

圖8 橫向梯度溫度作用下曲線橋梁頂板縱向應(yīng)力曲線

圖9 橫向梯度溫度作用下曲線橋梁頂板橫向應(yīng)力曲線

圖10 橫向梯度溫度作用下曲線橋梁底板縱向應(yīng)力曲線

圖11 橫向梯度溫度作用下曲線橋梁底板橫向應(yīng)力曲線

3 分析結(jié)論

計算結(jié)果表明：由以上各溫度效應(yīng)圖可以看出，橫向梯度溫度作用引起該曲線橋梁的應(yīng)力會產(chǎn)生沿徑向的位移。當橫向梯度溫度沿徑向由內(nèi)向外變化時，曲線箱梁產(chǎn)生沿徑向向內(nèi)的位移，當橫向梯度溫度沿徑向由外向內(nèi)變化時，曲線箱梁產(chǎn)生沿徑向向外的位移。在不同方向橫向梯度溫度作用下，箱梁頂板應(yīng)力變化趨勢相似，箱梁底板由于中支點徑向約束，中支點處縱、橫向應(yīng)力方向相反，其他各點處變化趨勢相似。

對于橫向溫度效應(yīng)的應(yīng)力的應(yīng)對措施：

1．嚴格控制結(jié)構(gòu)鋼筋的型號、規(guī)格、間距、焊接質(zhì)量，防止剪切作用產(chǎn)生的應(yīng)力破壞。

2．注重施工過程的質(zhì)量控制，確保鋼筋混凝土的施工質(zhì)量，保證有效抵抗溫度效應(yīng)造成的內(nèi)部應(yīng)力。

在橋梁的支座施工中充分考慮徑向位移帶來的次生破壞，避免在混凝土施工初期產(chǎn)生裂縫，形成永久的質(zhì)量缺陷。

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The empirical analysis of Curve beam under transverse gradient temperature stress effect

CHEN Wei
Shanxi Railway Institute; Weinan Shanxi; 714000; China

This paper combining with practical engineering in the curve beam in the stress of the transverse gradient temperature effect analysis, for the construction supervising units achieve quality control has a certain guiding significance.

Curve beaml；gradient temperature；stress effect