箱梁温度应力研究

２００９年１２月　Ｄｅｃ．２００９　ＴＥＣＨ　ＩＣＡＬ　ＤＥＶ蔷Ｅ　ＬＯ术ＰＭＥ开ＮＴ发ＯＦ　ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ　ＴＥｃＨＮＯＬＯＧＩｃＡ　土木建筑　上，　ｘ暑三　箱梁温度应力研究　陈志远　（中铁十八局集团五公司，天津元计算提供理论依据。　３００４５０）　摘要：通过混凝土内部热传导机理研究，对箱梁的温度应力计算进行了理论研究，为箱粱温度应力的有限　关键词：箱梁；温度场；温度应力　中图分类号：Ｕ４４８．２１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—８９３７（２００９）２４—０１４９—０ｌ　１　温度对预应力混凝土连续箱梁的影响　对于预应力混凝土连续箱梁，由于热传导性能较差，　周围环境气温的变化及阳光辐射等作用，即使其表面温　度急剧变化，内部温度的变化从在明显的滞后，导致每层　混凝土所得到的或扩散的热量有较大的差异，形成非线　性分布的温度状态（即温度梯度），而在混凝土内部产生　温度变形。当变形被结构的内外约束阻碍，就会产生相当　大的温度应力。混凝土结构内部的温度场是确定温度荷　载的关键。对于工程上提出的问题，用函数求解几乎是不　可能的，我们主要利用有限元方法计算混凝土箱梁的温　度场和温度应力。　２　温度应力有限元计算原理　在均匀的各向同性的固体中，取一无限小的六面体　（１）（ｄｙｄｚ（如图１）进行研究。　在单位时间内从　左界面ｄｙｄｚ流入的　热量为ｑｘｄｙｄｚ，经右　界面流出的热量为　ｑｘ＋ｄｘｄｙｄｚ，流入的净　热量为（ｑｘ—ｑｘ＋ｄｘ）　ｄｙｄｚ。从固体的热传　导中，可知热流量ｑ　（单位时间内通过单位面积的热量）与温度梯度成正比，　但流量方向与温度梯度方向相反，即：　ｑ　一　，入为导热系数，ｋｊ／（ｍ。ｈ・ｏｃ）。　热流量ｑｘ是ｘ的函数，将热流量展成泰勒基数并只　取前两项滑　器　。　于是，沿Ｘ方向流入的净热量为：（ｑ　－ｑ　）ｄ＝ｄｙ＝　＝ｄｘｄｙｄｚ。同理，沿Ｙ方向和ｚ方向流人的净热量分　０　Ｘ。　别为　ｄｘｄｙｄｚ和　ｄｘｄｙｄｚ，则在时间内，由　０　Ｙ　０　Ｚ　六面体由于温度升高所吸收的热量为：ｃ　Ｐ　鱼！　ｄ　廿Ｔ　Ｔ　ｄｘｄｙｄｚ，其中，ｃ为比热，ｋｊ／（ｋｇ・℃）；ｔ为时间，ｈ；Ｐ为　密度，ｋｇ／ｍ　。　作者简介：陈志远，中铁十八局集团五公司。　由热量的平衡，温度升高所吸收的热量必须等于从　外面流入的净热量，即：　ｐ’　０　Ｔ　ｄ　Ｔ　ｄｘｄｙｄ　ｆ　＼０　Ｘ‘＋　０　Ｙ　＋　０　Ｚ　／１　　热传导方程建立了物体的温度与时间、空间的关系，　但满足热传导方程的解有无限多，为了确定需要的温度　场，还必须知道初始条件和边界条件，箱梁桥的初始条件　应为多年当地气温平均温度，由于桥是空气与固体接触，　因此边界条件应为第三类边界条件，即：８＝（Ｔ＿－　）一　＝０，其中，Ｔ　为为气温，℃；ｐ为为表面放热系数，ｋｉ／　０　ｎ　（ｍ２・ｈ・℃）；ｎ为表面外法线方向。若表面是绝热的，则　有：　＝０，将桥体用有限元进行离散，取每个单元的温　Ｏ　ｎ　度模式为：Ｔ＝　Ｎ．Ｔ　，其中，ｍ为单元节点数；Ｎ　为单元　ｌ＝ｌ　形函数；Ｔ．为单元节点温度。温度场求出后，再用初应变　方法，考虑温度荷载影响，按有限元隐式解法求温度徐变　应力场。其基本方程为：【Ｋ　Ｊ｛Ａ　８　Ｊ＿｛ＡＰ　｝＋｛△　｝，式　中［ＫＪ为刚度矩阵；｛ａ　８　）为结点位移增量向量；｛ＡＰ　｝　为温度引起的荷载增量。应力增量Ａ盯由下式计算：　｛Ａ　１３＂｝＿［Ｄ　］（ＩＢ］｛△￡　｝），式中［Ｄ　］为弹性矩阵；［Ｂ］　为几何矩阵；｛△ｅ　１为温度应变增量。温度变化对混凝　土的影响主要有：引起结构内力的变化，导致混凝土裂　缝；对结构的应力状态引起应力重分布，不能按照设计时　确定的应力状态发展。温度变化引起的应力甚至超过其　它荷载应力，尤其时在结构温度急剧变化时，将产生很大　的拉应力，而混凝土为脆性材料，其抗拉强度非常低，常　因温度应力导致混凝土结构受拉而破坏，而混凝土为脆　性材料，其抗拉强度非常低，常因温度应力导致混凝土受　拉破坏　３　结语　文章通过对混凝土温度有限元机理的研究，对以后　箱梁混凝土的有限元计算和温控措施的提出提供了理论　依据。　参考文献：　【１】王铁梦．建筑物裂缝控制【Ｍ］．上海：上海科学技术出版社，　１９８７．　１４９