由于橋梁結構長期置于外界，遭受風、雨和大氣溫度變化等因素的影響，其產生的溫度應力較大，對于橋梁結構的受力有較大影響。箱形作為橋梁建設中 一種被廣泛用應用的橋梁截面，其溫度效應尤為明顯，且因溫度效應造成了橋梁損壞的事故多有發生。本文選取具有代表性的簡支箱梁，分析其溫度應力的分布特 點，從而為正確認識簡支箱梁的溫度應力和預防簡支箱梁溫度應力的破壞提供一定的幫助。

　　摘要：由于橋梁結構長期置于外界，橋梁的溫度效應對結構自身的受力影響較大。文章借助于有限元軟件Ansys建立簡支箱梁模型，通過設置合理的溫度邊界來分析簡支箱梁的溫度效應，為明確認識簡支箱梁的溫度效應和防治溫度效應破壞提供一定的幫助。

　　關鍵詞：交通運輸論文,溫度效應,箱梁,分析

　　1橋梁溫度分布

　　嚴格意義上來說，橋梁結構的溫度場是一個三維的隨時間變化的溫度分布，但是考慮到橋梁屬于狹長的結構物，在一定程度上可以認為橋梁結構沿橋長方 向的溫度分布是一致的，可以將三維的溫度場簡化為沿豎向或者橫向的溫度分布。公路箱梁橋面板直接受到日光照射，腹板受到翼板遮蔭的而兩側腹板的溫差不大， 所以公路箱梁一般只考慮沿豎向的日照溫差的影響。鐵路箱梁由于較窄，腹板直接受到日照照射而導致兩側腹板溫差較大，所以鐵路箱梁需要同時考慮沿豎向和橫向 的溫度應力分布。各國學者對于橋梁的溫度分布進行了大量的研究并且制定出適合于自身的溫度分布，具體可以參考相關規范中溫度梯度形式，中國鐵路的溫度分布 梯度見圖1。

　　2橋梁溫度自應力

　　橋梁的溫度應力一般分為溫度自應力和溫度次應力，溫度次內力是相對于超靜定結構而言的，所以對于靜定結構只有溫度自應力一種，對于超靜定結構有溫度自應力和溫度次應力兩種，本文只進行關于溫度自應力的介紹。

　　假設溫度梯度沿梁高按曲線T（y）分布，見圖2溫度自應力計算圖。取單位為一的一段梁段，其沿縱向之間的不受約束能自由伸縮，則沿梁高點的自由變形為εT（y）：

　　εT（y）=aT（y）（1）

　　式中：a為材料的線膨脹系數。

　　但是因為梁的變形要服從平面假設，所以梁截面的實際變形為εa（y）：

　　εa（y）=ε0+Xy（2）

　　式中：ε0為y=0處的變形值；X為梁段撓曲變形后的曲率。

　　溫度自應力計算圖中的陰影部分應變，是梁截面為了服從平面假設對于沿梁高自由變形的約束所產生的，這個應變稱為溫度自應力應變εa（y），εa（y）則為：

　　εa（y）=εT（y）-εa（y）=aT（y）-（ε0-Xy）（3）

　　由這個溫度自應變所產生的應力稱為溫度自應力σS0（y），則σS0（y）為：

　　σS0（y）=Eεa（y）=E{aT（y）-（ε0-Xy）}（4）

　　式（4）中的計算主要是確定ε0和X，一旦ε0和X確定，則溫度自應力根據公式很容易計算出來。由于梁處于無外荷載作用狀態下，所以要以溫度自應力在截面上處于平衡狀態為條件計算這兩個參數。

　　3模型計算分析

　　3.1模型建立

　　本文采用有限元軟件Ansys建立一個跨度為16m的簡支箱梁模型。本文模型采用C50混凝土，具體材料參數為：彈性模量 E=3.4e10pa，泊松比μ=0.0167，線膨脹系數為=1.0e-5，熱傳導系數k=2.94。簡支箱梁的溫度邊界條件為：頂板上緣溫度42℃， 底板下緣溫度30℃，腹板外緣溫度32℃，翼緣板下緣溫度34℃，翼緣的外側溫度38℃，箱梁的內部考慮到外界氣溫對其影響較小，均已約束的形式取值 28℃。

　　3.2計算分析

　　簡支箱梁的溫度效應分析主要包括溫度分布和溫度應力分析。模型的溫度效應計算見圖3。

　　溫度分布分析時，選取頂板和腹板的溫度數據分別擬合溫度分布曲線，擬合曲線見圖4。

　　通過簡支箱梁溫度曲線擬合圖可以發現頂板的溫度曲線參數（=24.57）和（=8.53）均大于鐵路橋涵規范中沿梁高的溫度分布參數（=20 和=5），而腹板的溫度曲線參數（=10.64）和（=6.45）均小于鐵路橋涵規范中沿梁寬的溫度分布參數（=16和=7），因此簡支箱梁的溫度效應當 首先考慮沿梁高方向的溫度效應計算。

　　溫度應力分析時，盡管支座的約束作用會使支座處產生較大的溫度應力，但是該應力的存在相對于梁體應力分布不具有代表性，此外梁體豎向溫度應力較 小且滿足規范要求，因此主要分析沿橋長縱向溫度應力和橫向溫度應力及沿截面分布的縱向溫度應力。通過圖5可以發現，橋梁的縱向溫度應力自橋端至跨中慢慢增 大且越靠近跨中增長趨勢越平緩，縱向溫度應力值大多超過C50混凝土的抗拉設計值1.89MPa，需要設置合理的工程措施防止混凝土的開裂；橋梁跨中截面 的頂板上，越是遠離頂板中心其溫度應力越大，但是在腹板正上處的頂板應力變化趨勢變幻；橋梁的橫向溫度應力自橋端至跨中慢慢增大且增長趨勢平緩，橫向溫度 應力值全部超過C50混凝土的抗拉設計值1.89MPa，也需要設置合理的工程措施。

　　4結論

　　通過以上分析可以得出以下結論：

　　①在進行簡支箱梁溫度效應分析時發現，簡支箱梁沿梁高方向的溫度分布參數大于規范中沿梁高方向的溫度分布參數，在簡支箱梁的溫度效應分析中應該優先考慮沿梁高方向的溫度分布。

　　②在進行簡支箱梁溫度效應分析時發現，簡支箱梁在溫度荷載作用下，盡管梁體整體縱向上彎承受負彎矩，但是頂板橫向下彎承受正彎矩，要明確認識溫度荷載在梁體受力變形中的特殊性。

　�、墼谶M行簡支箱梁溫度效應分析時發現，簡支箱梁在溫度荷載作用下，簡支箱梁的縱向應力沿橋長方向變化比橫向應力明顯，在靠近跨中處二者沿橋長方向變化都趨于緩和，但是橫向溫度應力值始終大于縱向溫度應力。

　　④在進行簡支箱梁溫度效應分析時發現，簡支箱梁在溫度荷載作用下，部分縱向溫度應力超過了C50混凝土的抗拉設計值，而橫向溫度應力全部超過了C50混凝土的抗拉設計值，在設置混凝土的抗裂工程措施時要優先考慮橫向溫度應力。

　　參考文獻：

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