下载文档原格式
SimWe仿真论坛»C06：ANSYS--实例赏评»混凝土箱梁日照温度场、温度应力ANSYS分析结果混凝土箱梁日照温度场、温度应力ANSYS分析结果混凝土箱梁在日照和气温变化等气象因素作用下，会在截面内产生非线性温度分布，引起较大的纵向、横向温度应力，在超静定结构中还会引起温度次应力。
应力大小往往会超过列车或汽车荷载效应，特别是横向温度应力对混凝土箱梁纵向裂纹的出现有很大的贡献。
下面首先发几张混凝土箱梁日照温度场ANSYS分析结果的图片，希望对这方面感兴趣的网友在此讨论。
Ⅰ：夏季日照温度场。
由于，桥轴线走向和纬度的关系，腹板在夏季腹板几乎不受日照，因此截面温度梯度主要在竖向。
peregrine2007-7-14 15:07夏季，t=10:00的温度场peregrine2007-7-14 15:09夏季，t=14:00的温度场[[i] 本帖最后由 peregrine 于 2007-7-14 15:15 编辑 [/i]]peregrine2007-7-14 15:15回复 #3 peregrine 的帖子夏季，t=03:00，夜间负温差peregrine2007-7-14 15:19Ⅱ：冬季温度场。
本箱梁冬季腹板也会受到一定的日照。
冬季，t=16:00bridge-7-18 21:481、底板温度基本是处于均匀温度状态原来做过实桥试验，上下底板也是相差很大的，是不是所处环境不同了2、“夏季，t=03:00，夜间负温差”跟实测也是差的很远，基本上是处于均匀温度状态。
3、希望提供你的计算思路，偶们好学习一下。
peregrine2007-7-19 20:15回复 #6 bridge5209 的帖子回楼上我这是根据多年气象资料计算的最不利状况下的温度分布，与楼上在某一座桥的实测数据有出入，是正常的。
1、底板温差主要受气温变化和地面或水面对太阳辐射的反射率影响，地面太阳辐射发射率随环境变化很大，难以准确确定，计算时一般偏于不利考虑，取较小值，因此计算的底板上下温差比较小，在本算例中为℃（14:00)2、夜间负温差看起来很大，但要注意的是，最高温度出现在箱梁梗胁加厚处的内部，而最低温度出现在悬臂端部板厚最薄处，特别是在悬臂端部，在很小的范围内温度降低很多，因为这个部位不仅尺寸小，而且夜间呈三面放热的状态，温度下降自然比结构主体要大得多。
0引言近年来，钢板组合梁桥作为广泛应用于桥梁工程的结构形式，其施工工艺及性能研究备受关注。
段亚军等[1]综述了钢板组合梁桥的施工工艺，着重介绍了顶推法、吊装法以及桥面板的预制和现浇施工等关键环节。
周辉的研究[2]通过数值模拟深入探讨了钢-混组合梁界面滑移效应与掀起效应之间的相互影响。
张彦玲等[3]通过试验研究钢-混凝土组合梁的性能，发现横隔板数目对切向滑移影响相对较小。
齐书瑜的研究[4]通过弯扭性能模型试验发现，曲线组合梁在负弯矩与扭矩作用下，切向和径向滑移随跨径比减小而减小。
张兴虎等[5]提出了一种新型钢-混凝土组合梁设计方案，通过试验表明其相对于传统组合梁具有更高的抗剪承载力和变形能力。
焦驰宇等[6]通过有限元软件研究了梁格法在曲线箱梁桥的适用条件，并提出了单梁法和梁格法在应力计算中的对比。
满建琳[7]对4跨钢-混组合曲线连续箱梁桥进行了全桥模拟分析，关注了支座反力、桥面板位移和结构应力等关键参数。
在这一背景下，本文旨在深入研究钢板组合梁桥的温度效应，通过参数分析探讨其在不同工况下的性能变化，为钢板组合梁桥的设计和实际工程应用提供科学的理论支持。
1工程背景项目位于阜阳市，路线全长6.273公里，一级公路建设标准，公路段长度5.45公里，市政段长度0.85公里，引桥为预应力组合箱梁，预制梁板共计176片，引桥下部结构桥台采用肋板式桥台、桩基础，桥墩采用桩柱式桥墩、桩基础。
2有限元建模说明采用有限元分析软件Abaqus ，通过空间模型简化建立全桥有限元分析模型。
简化的过程就是将实际的小半径钢板组合梁桥通过力学抽象，进而简化为能用于矩阵分析的空间力学模型。
模型简化必须使力学模型尽可能符合实际原型结构。
模型中选用的单元类型必须能够模拟实际构件的受力特征，同时采用的单元参数要符合实际构件的参数，边界约束状况必须和实际结构的约束状态相符。
在建模过程中，钢板组合梁的钢箱梁采用壳单元进行模拟，混凝土桥面板均采用实体单元模拟，支座采按照实际工程进行布置。
曲线钢-混凝土结合梁桥的温度应力胡志鹏【摘要】The paper did the force analysis for a curved steel-concrete girder bridge,respectively when its whole temperature was 25 ℃ up and its bridge panel was 7.5 ℃ down by using the finite element software to research the midspan deflection,transverse displacement and the longitudinal stress of the decks under the action of being wholly heated.Then the calculating results were given such as bridge deformation nephogram,the middle-span deflection values,transverse displacement values and the longitudinal stress values of the concrete pedal and the bottom plate of steel-box girder,as well as the vertical displacement distribution cloud picture of the decks and the steel-box girder.The analysis re-sults show that the curvature effect and torsion effect can't be neglected in the calculation of curved girder bridge.%基于有限元软件分别对曲线钢-混凝土结合梁桥整体升温25℃和桥面板降温7．5℃进行受力分析。
不同梯度温度作用下曲线桥梁的温度效应分析何翔;方诗圣;方飞;张鲲;王伟【摘要】梯度温度作用在曲线桥梁中会产生较大的温度应力,这会影响到桥梁结构的安全性和耐久性.文章采用通用有限元程序ABAQUS建立了某曲线梁桥的空间有限元模型,分析了不同国家规范的梯度温度荷载模式下结构的变形和内力.结果表明:不同温度模式的计算结果差距很大,例如采用新西兰规范、中国规范和英国规范的计算结果较为保守；截面最大主应力出现在中腹板与顶板相交的位置；不同曲率半径下的曲线桥梁横桥向应力极值变化较大,顶板的横向配筋应考虑曲率半径的影响.%The gradient temperature load can cause great temperature stress in curved bridge, which will influence the safety and durability of curved bridge. The spatial finite element model of a curved box girder bridge is set up through the general finite element program ABAQUS, and the force and deformation of the curved box girder bridge under different gradient temperature load are analyzed according to different national standards in the world. It is proved that there are great differences between the calculation results of the models with different gradient temperature load. For example, the calculation results from British BS 5400 and Specification of New Zealand and Chinese Code JTG D60-2004 are more conservative. The maximum tensile stress appears at the interception of the middle web and top plate in the box girder cross section. The maximum longitudinal stress in the curved bridge changes greatly with different radius of curvature, so the transverse reinforcement design of the top plate should take the effect of the curvature radius into consideration.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(035)008【总页数】5页(P1088-1092)【关键词】曲线桥梁;温度效应;有限元;曲率半径;预应力;弯扭耦合【作者】何翔;方诗圣;方飞;张鲲;王伟【作者单位】合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;安徽省交通规划设计研究院,安徽合肥230088;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】U441.5混凝土曲线桥梁在太阳日照的影响下，由于混凝土导热系数较低，沿高度方向各纤维层的温度是不同的，因而形成竖向梯度温度模式，梯度温度作用在桥梁结构内部将产生较大的温度应力，这会影响到桥梁结构的安全性和耐久性［1－3］。
2012年9月上第41卷第372期施工技术CONSTRUCTION TECHNOLOGY35混凝土箱梁温度场研究与效应分析杨磊，高纯，赵小军（中国建筑第三工程局有限公司，湖北武汉430070）［摘要］以困扰工程界设计的混凝土箱梁温度分布问题为研究对象，以某双线特大桥为背景，进行了为期1年的现场实测。
并结合气象学和传热学的相关理论对混凝土箱梁温度场进行数值仿真与效应分析，通过数值仿真与现场实测对比分析，得出混凝土箱梁温度场的分布规律与不均匀温度场对混凝土箱梁的效应；并以ANSYS 为开发平台，开发出了与ANSYS 风格一致的针对预应力混凝土温度场的可视化汉化模块。
实例计算表明，该可视化汉化模块能很好地应用于实际，减少程序重复建模的操作分析步骤，能够提高工作效率。
［关键词］桥梁工程；刚构桥；混凝土箱梁；温度场；应力［中图分类号］TU375．1；U448．213［文献标识码］A［文章编号］1002-8498（2012）17-0035-05Study on the Temperature Field and Structural Response of Concrete Box GirdersYang Lei ，Gao Chun ，Zhao Xiaojun（China Construction Third Engineering Bureau Co．，Ltd．，Wuhan ，Hubei430070，China ）Abstract ：The temperature field of concrete box girders and their structural implications has been a difficulty for engineers．In this paper ，the authors monitored the temperature field of a double-lane super large bridge for one year and performed numerical analysis to the temperature field and structural response of the bridge with relevant theories of aerography and heat transfer．Comparison between the monitored data and the numerical analysis results shows the temperature distribution principle and the effect of non-uniform temperature distribution on the structure．Using ANSYS as the platform ，visible modules were developed for analyzing the thermal field of prestressed concrete box girder bridges in Chinese．The present example shows that the developed modules can effectively reduce the number of repeated operations during modelling and increase work efficiency．Key words ：bridges ；rigid frame bridges ；concrete box girders ；temperature field ；stresses ［收稿日期］2011-12-23；［修订日期］2012-02-18［基金项目］国家科技支撑计划项目———建筑结构高效施工关键技术研究（2006BAJ01B04-05）［作者简介］杨磊，工程师，硕士，E-mail ：ylcecsc@foxmail．com 随着我国基础设施建设的不断扩大，混凝土箱梁广泛应用于桥梁结构［1］。
混凝土箱形梁桥的温度梯度分析摘要：最新修订的《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）对之前的规范内容（JTG 021-89）给予了适当修订，其中，有关温度梯度内容的规定发生了较大变化；在JTG D60-2015当中的温度梯度曲线，实为基于美国AASHTO规范，结合我国实际并进行适当修改所得。
从AASHTO的相关规定可知，依据既往经验，多室钢箱梁与开口截面可以不讲温度梯度的影响、作用考虑在内。
本文就混凝土箱形梁桥的温度梯度作一探讨与分析。
关键词：混凝土箱形梁桥；温度梯度；《公路桥涵设计通用规范》随着我国基础设施建设项目的持续稳定增长，桥梁建筑也得到了迅猛发展，箱型截面梁桥以其良好的截面受力特点，在桥梁建筑发挥着重要作用。
然而在自然环境中的混凝土箱型梁桥不断发生因为温度应力而导致的裂损事故，引起了工程界对混凝土桥梁结构温度分布情况和温度应力的广泛关注和重视。
本文探讨与分析了混凝土箱形梁桥的温度梯度。
1.混凝土箱梁结构温度作用类型混凝土结构会产生随时间变化的温度场是因为受到自然环境中太阳辐射、大气温度骤然降低或升高的影响，从而带来结构复杂的热量交换，引起混凝土箱梁内外各点热量的不平衡。
尽管影响混凝土结构的温度场是复杂的，但是根据影响温度作用的复杂程度，将其分为三种不同类型。
第一种情况是最简单的年温温度变化情况，这种情况下的温度作用对混凝土结构产生长期的影响，结构产生的温度分布情况是均匀分布的，并且结构会发生影响较大的位移变化。
对于年温温度变化作用的大小，我国桥梁设计规范已经给出了相关数据。
第二种是温度作用较复杂的情况，是由强冷空气引起的大气温度短时变化，这种情况产生了较均匀的温度分布，能引起结构较大的温度应力。
强冷空气引起的温度作用使得结构整体都受到其影响。
第三种情况是指结构受到最复杂的温度作用，这种温度作用的主要影响因素是太阳辐射强度，其次还有大气温度和风速，发生在受日照温度影响的混凝土结构中，与上面两种情况不同，这种情况下的温度作用特点是会改变结构局部的温度大小，当混凝土结构某些部位不受日照作用影响时，温度大小的改变并不明显，因此太阳辐射作用会引起混凝土结构的温度分布不均，造成结构局部温度应力过大，使得结构发生破坏。
大跨度混凝土箱梁桥温度效应分析摘要：置于自然环境中的混凝土桥梁，会受到温度作用的影响。
在各种温度效应中，以日照温度效应对大跨度桥梁结构的影响最为重大，特别是对于处在长悬臂施工阶段的大跨度混凝土箱梁。
由于受到日照温度场的作用，随着施工阶段的进行，桥梁结构的线形、内力和截面应力都会发生变化。
本文结合现场温度场试验，通过建立有限元模型，针对大跨度混凝土连续刚构桥进行了施工阶段的日照温度效应分析。
理论计算结果与实测结果较为吻合，结果显示，在长悬臂施工阶段，日照温度作用对结构挠度和应力的影响很大，必须考虑温度效应对结构的不利影响。
关键词：温度效应；悬臂施工；日照；混凝土箱梁0 引言置于自然环境中的混凝土桥梁，经受各种自然环境变化的影响，其表面与内部各点的温度随时随刻都在发生变化。
就混凝土结构来说，由于自然环境变化所产生的温度荷载，一般可以分为以下三种类型:一、日照温差荷载;二、骤然降温温度荷载;三、年温度荷载。
日照温度变化主要是太阳辐射作用而致，其次是气温变化影响，还有风速的影响。
近几十年来国内外的混凝土工程结构的实践工作表明，短时急剧变化的太阳辐射引起的的结构物的温度变化，可以产生相当大的温度效应。
对于尚处在施工阶段的桥梁，由日照引起的温度作用对大跨度混凝土桥梁结构的挠度和应力的影响是不可忽视的。
1 混凝土箱梁桥温度场与温度效应的分析理论1.1 混凝土结构的日照温度效应置于自然环境中的混凝土结构，经受各种自然环境条件变化的影响，其表面与内部个点温度随时都在变化。
它与所处地理位置、太阳辐射条件、结构物的方位、朝向以及所处季节、太阳辐射强度、气温变化、云、雾、雨、雪等天气状况有关。
由于在桥梁的施工阶段，对施工控制最为重要的是由日照温度作用所引起的桥梁标高和受力的变化，而年温变化作用和骤然降温作用对施工质量控制的影响均比较小，可以忽略。
因此本文主要研究日照温度变化的影响。
1.2 日照温度变化影响特点日照温度效应包括两个方面：一是对桥梁结构线形的影响；二是对桥梁结构内力的影响。
混凝土曲线箱梁桥温度效应分析
p
引言
近年来随着高等级公路的修建和城市立交桥的建设需要,曲线箱梁桥在我国已被广泛采用,国内外对曲线箱梁桥的各种工程问题也越来越关注。
温度荷载的作用是造成曲线箱梁桥工程问题的主要原因之一[1,3,4,6]。
目前,计算温度荷载对曲线箱梁桥的影响主要是利用有限元的方法。
本文根据已有文献得出的在温度均匀升降的情况下温度载对曲线箱梁桥的影响,推导了单跨曲线箱梁在径向受到约束时受温度荷载作用产生的支反力及内力计算公式,进行实例计算,得出温度荷载产生的内力,通过对所得内力进行分析,提出工程设计与施工中需要注意的一些问题。
1单跨曲线梁桥温度荷载作用下的内力计算公式推导
当桥梁整体均匀温度变化时,由于桥梁各纤维束属于自由变形,桥梁只在轴向以及径向发生位移,而且变形后横截面仍为一平截面,可知温度均匀变化引起的是桥梁平面内的变形和受力,温度应力引起的只是曲线梁弧段的伸长或缩短,圆心角不变,半径变化[2]。
1.1基本假定
曲线梁按结构力学方法作为单纯扭转理论分析的基本假定为:
1) 横截面各项尺寸与纵向梁长相比很小,可以将实际结构视为集中在梁轴线上的曲线形弹性杆件;
2) 曲线梁变形后横截面的周边形状保持不变,不考虑畸变;
3) 曲线梁的横截面变形后仍保持为平面,不考虑翘曲变形,即平截面假定;
4) 曲线梁横截面的剪切中心和形心相重合;
1.2温度荷载作用下曲线梁的变形
如图1所示的单跨曲线梁桥,初始状态参数为半径r0,圆心角φ0,EIzz已知,材料热膨胀系数为α。
该桥梁结构在竖向属于超静定结构,而在平面内为静定结构,温度整体变化不会引起桥梁内力。
当桥梁整体升温Δt时,曲线梁将变为图1中所示的虚线部分。
由于此时为平面内变形,圆心角不变,半径变化,φ=φ0,r0→r,各系数之间的关系为:
r=r0(1+ε),ε=αΔt(1)
由图中所示可以求得梁端B的径向位移δR和轴向位移δN,他们的表达式为:
(2)
1.3平面内径向受到约束的单跨曲线梁的计算
图1所示的桥梁在平面内为静定结构,曲线梁不受内力作用,但在实际工程中,由于为了限制桥梁的变形以及便于各种结构(变形缝等)的设置,曲线梁在径向时受到约束的。
下
面将研究曲线梁在径向受到约束时的内力。
此时的结构形式为图2a所示。
此结构在平面内属于一次超静定结构。
以图2b所示的悬臂曲线梁作为基本结构,去掉径向约束并以赘余力X1替代。
此结构的正则方程为:
δ11 X1+Δ1T =0 (3)
式中,δ11为作用单位力时引起的梁端位移变化;Δ1T为由于温度均匀变化引起的梁端的径向位移。
由式(2)可知:
Δ1T =δR= r0αΔt(1-cosφ0) (4)
如图2b所示的基本体系,梁AB的B端作用单位力时:
(5)
则,
(6)
将式(4),(6)带入式(3)可得,
(7)
由此可以求得曲线梁在平面内的弯矩:
(8)
由计算过程及结果可知,所求得的赘余力X1即为径向支座的支反力。
2算例分析
取一跨度为20m的单跨等截面弯箱梁桥,具有相同的平弯半径和截面形式。
桥中线的弯曲半径为92m,左支座为固定支座,右支座为单铰支撑并且刚性约束梁端得径向位移。
采用C50混凝土建造,无沥青铺装层。
桥梁的平面布置图和横截面布置图见图3[4]。
现考虑桥梁整体升温40℃时,利用式(7),(8)进行计算,并且把计算结果和空间有限元程序的计算结果加以比较。
箱梁圆心角φ0.=20/92=0.21739rad,箱梁的横截面抗弯刚度EIzz=1.711×10¬8KN.m2,材料热膨胀系数α=1.0×10-51/T。
将各数值带入式(7)、(8),求得B端径向支反力及A端弯矩Mz。
表1是利用本文公式所求得的结果和有限元模型的计算结果进行的比较。
从式(7),(8)和有限元模型的计算结果对比可以看出,式(7),(8)的计算结果和有限元模型的计算结果相差不到5%,证明式(7),(8)的计算结果可以满足工程精度要求。
3参数影响分析
从式(7)径向反力的计算公式可以很容易的看出,径向反力的大小与桥梁的刚度及温度变化是成正比的,与桥梁轴线半径的二次方成反比例关系。
下面分析桥梁圆心角φ0对径向反力的影响。
取,对进行一阶求导,得
(9)
取,对进行求导,得
(10)
对于单跨曲线梁,考虑圆心角的变化范围为,根据函数的单调性,由式(9),(10)可知,Δ随φ0的增大而增大,即径向反力与桥梁圆心角呈正比关系。
4结论
1) 用推导的温度荷载作用下曲线梁径向反力计算公式求得的径向反力的大小,与有限元模型计算的结果相差很小,说明本文的计算公式可以满足工程精度要求;
2)径向反力的大小与桥梁半径的二次方呈反比例关系,与桥梁的刚度,轴线圆
心角呈正比例关系,即在温度荷载作用下,桥梁的半径越小,桥梁越宽,圆心角越大,桥梁的径向反力越大。
参考文献:
[1] 范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001,295-300.
[2]邵容光,夏淦.混凝土弯梁桥[M].北京:人民交通出版社,1994,50-62.
[3] 张元海,李乔.桥梁结构日照温差二次力及温度应力计算方法研究[J].中国公路学报,2004,17(1):49-52.
[4] 吴鸿庆,任侠.结构有限元分析[M].北京:中国铁道出版社,2000,186-198.
[5] 王毅,叶见曙.温度梯度对混凝土曲线箱梁桥影响的计算方法[J].东南大学学报,2005,35(6):924-929.
[6] 孙广华.曲线梁桥计算[M].北京:人民交通出版社,1997,104-119.。
