摘要：在施工過程中，混凝土橋梁會受到以太陽輻射為重點的日照溫度場作用下,這會導致橋梁結構的線形、內力和各個截面的應力都會發生變化。因此我們有必要對混凝土結構橋梁的日照溫度效應進行研究。
　　摘要：混凝土結構；橋梁；日照溫度效應
　　
　　20世紀50年代初期，前聯邦德國學者從混凝土橋墩裂縫的現場調查分析中，認識到溫度應力對混凝土結構的重要性。我國鐵道部大橋局在20世紀50年代末對實體混凝土橋墩的溫差應力做了調研工作。在溫度效應研究的起步階段，國內外都以年溫變化產生的均勻溫度分布為依據。隨著試驗及理論研究的進展。開始認識到溫度分布的非線性問題。直到20世紀60年代初，英國D•A•Stephense的研究成果，才使對溫度效應的研究從考慮一般的氣溫作業，進入到考慮日照作用的新階段。在混凝土橋梁的施工階段，日照溫度場對橋梁結構的影響不可忽略，甚至可以影響到對橋梁監測結果是否可信的判斷。
　　由于混凝土的導熱系數較小，在外表溫度急變的情況下，內部溫度的變化存在明顯的滯后現象，導致每層混凝土的溫度變化有較大差異，即形成了非線性的溫度分布。
　　置于自然環境中的混凝土結構，經受各種自然環境條件變化的影響，其表面與內部個點溫度隨時都在變化。它與所處地理位置、太陽輻射條件、結構物的方位、朝向以及所處季節、太陽輻射強度、氣溫變化、云、霧、雨、雪等天氣狀況有關。在工程結構物的內外表面上，還不斷以輻射，對流和熱傳導等方式與周圍空氣介質熱交換。因此，結構物處于十分復雜的換熱過程中，由于自然環境條件變化所產生的溫度荷載，一般可分為三種類型：日照荷載、驟然降溫溫度荷載與年溫溫度荷載。
　　1，日照溫度變化
　　工程結構的日照溫度變化很復雜，影響因素眾多，主要有以下幾個方面：太陽的直接輻射、天空輻射、地面反射、氣溫變化、風速以及地理緯度，結構物的方位和壁板的朝向，附近的地形地貌條件等。因此，工程結構物由于日照溫度變化引起的表面和內部溫度變化，是一個隨機變化的復雜函數。表面溫度變化具有明顯的諧波曲線特性，但又隨壁板朝向不同而有明顯的差別，其中既有太陽輻射的局部性原因，又有混凝土傳熱性能差的原因。因此對于混凝土結構的溫度變化難以求得直接的函數解。只能進行近似的數值解，但是在橋梁結構物所處地的地理緯度、方位角，時間及地形條件確定的情況下，在滿足工程精度要求的前提下，從工程應用的角度考慮，可以簡化為只考慮太陽輻射和氣溫變化這兩個主要的影響因素。
　　2，驟然降溫溫度變化
　　驟然降溫溫度變化分為兩種情況：一是工程結構物在冷空氣侵襲作用下，使結構外表面迅速降溫，結構物中形成內高外低的溫度分布狀態；二是日照降溫，由于日落等因素致使結構物外表面溫度迅速下降，此時結構物內表面溫度幾乎沒有變化，形成較大的內高外低的溫差狀態。這兩種降溫溫度變化，一般只需考慮氣溫變化和風速這兩個因素，可以忽略日輻射影響。
　　3，年溫溫度變化
　　混凝土結構物，由于年氣溫變化引起結構物的溫度變化，是一種長期的緩慢作用，使得結構物整體發生均勻的溫度變化。所以，在考慮年溫對結構物的影響時，均以結構物的平均溫度為依據，一般以最高與最低月平均溫度的變化值作為年溫變化幅度。
　　由于在橋梁的施工階段，對施工控制最為重要的是由日照溫度作用所引起的橋梁標高和內力的變化，而年溫變化作用和驟然降溫作用對施工質量控制的影響均比較小，可以忽略。因此本文主要研究日照溫度變化的影響。
　　橋梁在施工階段，由于工期緊張，在各種天氣狀態下都會組織施工。對于施工控制來講，對線形和內力影響最大的還是晴朗無云的氣溫變化。在我國南方，在每年的七、八月份的晴朗無云的天氣，太陽輻射強度最大，大氣溫度在白天上升十分快，一般在清晨還是20℃左右，到了中午12:00時橋面溫度就會達到40℃左右，到了下午14:30前后，橋面溫度甚至逼近50℃；而到了傍晚7:00前后，太陽落山以后，橋面溫度下降也是十分迅速，一般在短短的兩三個小時內橋面的溫度就下降到25℃左右；在夜間，橋面溫度進一步緩慢下降，此時由于箱形梁的封閉作用，箱內的溫度變化很微小。在一晝夜的時間內，箱梁頂面的溫度變化幅度非常大，而箱梁內部的溫度變化則十分緩慢。在白天，箱梁外部溫度特別是箱頂溫度遠遠高于箱梁內部溫度；在夜間直至清晨，箱梁內部溫度要高于箱梁頂部溫度。這也就是所謂的箱梁氣溫在白天是外高內低，夜晚是內高外低。對于并箱來講，由于外側腹板受到太陽的照射作用，而內側腹板終年不受太陽的照射，所以外側腹板表面的溫度變化比較復雜，內側腹板表面的溫度變化要緩慢的多。同樣，箱梁底部也終年不受日照作用，只是與大氣存在熱交換和熱輻射的關系。
　　日照溫度效應包括兩個方面：一是對橋梁結構線形的影響；二是對橋梁結構內力的影響。對于處在施工階段的大跨度混凝土橋梁來說，日照溫度作用對線形的影響很顯著。混凝土結構的溫差應力，實際上是一種約束應力。當結構物由于溫度變化產生的變形受到約束時所產生的應力，稱之為溫差應力。反之，如果結構物因溫度變化而產生的變形，能自由的伸縮時，則不會發生這種溫差應力。約束應力包括內約束應力和外約束應力，內約束應力是由于結構內部某一構件單元中，因纖維間的溫度不同所產生的應變差，受到約束而引起的應力，外約束應力則是結構或體系內部各構件，因溫度不同所產生的不同變形受到約束所產生的應力。
　　溫度荷載應力與其它荷載應力不同，基本上應力和應變不再符合簡單的虎克定律關系，出現應變小而應力大，應變大而應力小的情況，與普通荷載應力符合應力與應變成正比規律的情況不同，但伯努利的平面變形假定仍然適用。溫度應力則與平面變形后所保留的溫度應變和溫度自由應變差成正比。
　　由于混凝土結構的溫度荷載沿壁板厚度方向的非線性分布，故截面上溫度應力分布具有明顯的非線性特征；混凝土結構的溫度分布是瞬時變化的，所以在結構中的溫度應力也是瞬時變化的，只是具有明顯的時間滯后性。