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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。
混凝土曲线箱梁桥温度效应分析
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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:
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