摘要：以橋梁設計中的混凝土溫度效應為研究對象，首先分析了混凝土溫度荷載的特點與分類，然后從混凝土橋梁上部結構的溫度效應設計、橋墩結構的溫度效應設計出發(fā)，詳細論述混凝土橋梁設計中的溫度效應問題。通過分析可知，在橋梁設計過程中綜合考慮日照、驟然降溫、年溫等影響因素，對提高橋梁設計質量有重要作用。
關鍵詞：橋梁設計；混凝土；溫度效應
橋梁工程作為重要的交通基礎設施，對于促進我國交通運輸?shù)陌l(fā)展有著非常重要的作用。從當前我國的實際情況來看，很多橋梁都選擇使用混凝土結構�；炷敛牧暇哂幸欢ǖ臏囟刃栽诖_定橋梁設計方案的過程中需要考慮溫度荷載的影響，從而選擇科學合理的設計方案。
1混凝土溫度荷載的特點及分類
由于混凝土結構的熱傳導性較差，在長期受到溫度的影響、日照的輻射以及人為因素的作用之下，會使得其表面溫度急速地升高或者降低，而此時的結構內部溫度并不會發(fā)生明顯的變化，從而導致了混凝土結構內外溫差過大，進而產生了溫度變形。此外，如果混凝土結構中存在內約束與外約束，也會形成比較大的溫差應力�；炷两Y構的溫差應力屬于約束應力的范疇，在環(huán)境溫度的作用之下，如果混凝土結構受到約束力而產生了應力，此時一般都表現(xiàn)為溫差應力。如果在實際使用中，混凝土結構因為溫差變化而產生收縮變形，就不會存在溫差應力。約束應力主要是外部約束力以及內部約束力的存在而導致的。外部約束力主要是結構系統(tǒng)因受到不同環(huán)境溫度的影響而出現(xiàn)的變形約束作用，內部約束力則主要是結構內部的某部分構件中各個纖維存在不同的溫度而產生的約束作用。經(jīng)過大量的實踐和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可以發(fā)現(xiàn)日照、溫度驟降以及年溫變化對于混凝土結構溫度的影響特性，詳見表1[1]。上述幾種荷載在對混凝土結構產生影響的過程中還存在明顯的區(qū)別。比如，日照溫度主要產生于自然環(huán)境中的太陽輻射，荷載作用時間比較短，各個結構受力不均衡；驟然降溫主要是因為自然界中強冷空氣的突然來襲而導致環(huán)境溫度驟然下降，其荷載作用時間也不長，但是在混凝土結構中的作用均勻；年溫變化對于混凝土結構所產生的荷載影響最為簡單，所以在橋梁結構設計方案確定過程中，只需要加入經(jīng)驗常數(shù)即可。驟然降溫對于混凝土橋梁結構的影響最為直接，在實踐中需要對該荷載數(shù)據(jù)進行計算確定，但是當前還沒有形成完善的理論體系，只是應用一些比較常見的計算公式來進行參數(shù)的確定。比如，橋梁混凝土結構中各個壁厚的溫差荷載計算公式如下：Tˉ(y)=-Toye-cyy（1）式中：cy為指數(shù)系數(shù)，一般取12；Toy為箱梁壁板的負溫差，一般取-10℃；y為計算點與板外側之間的距離（m）。cy的具體取值如表2所示[2]。
2混凝土橋梁溫度效應設計要點
2.1混凝土橋梁上部結構的溫度效應設計。
（1）對混凝土橋梁各個結構的特性進行分析之后，需要確定上部結構的溫度荷載參數(shù)。比如，在鋼管橋梁混凝土結構設計過程中，要分析鋼管與混凝土結構之間的溫差應力，同時還應分析溫差應力對整個橋梁工程造成的影響，之后才能確定最合理的橋梁設計方案。
（2）對橋梁工程上部結構進行溫度荷載性能分析之后，綜合分析橋梁工程的結構特性。橋梁工程結構并不是單一的，不同地區(qū)、不同工程需要選擇不同的結構形式，而每種結構形式的溫度特性相差比較大。比如，對于混凝土拱橋，要以年溫差荷載為主要考慮因素，而對于組合式橋梁結構，則必須綜合分析各種不同材料的構件溫差[3]。2.2混凝土橋梁橋墩結構的溫度效應設計。
（1）混凝土橋墩溫度效應分析中，必須以日照溫差為主要的考慮因素。橋墩一般會選擇幾種固定的支座形式，日照溫差對各個結構部分的影響比較明顯，會存在較大的應力作用，并且范圍非常廣泛。
（2）很多橋梁工程中，橋墩長期處于水下環(huán)境，對于施工技術要求比較高，其溫差應力主要表現(xiàn)為非線性，并且在橋梁長期使用過程中，橋墩結構的表面會出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，會對工程質量產生直接的影響。
（3）加強橋墩約束設計。橋梁主要受到橋面與橋墩底部產生的共同約束力，所以其結構具有較強的整體穩(wěn)定性。但是，由于受到溫度應力的影響，橋墩結構也會產生較強的約束力，在其長期作用之下，橋墩會出現(xiàn)一定程度的位移。所以在進行方案設計時需要充分考慮頂端約束力的影響。
3工程實例
3.1工程概況。某橋梁工程設計為三跨連續(xù)鋼結構箱梁，跨徑為120m+200m+120m，橋面寬度為12m。上部箱梁主要采用單箱室結構。從設計方案中可以看到，頂板厚度為28cm，墩頂厚度為50cm。箱梁底部的厚度為1.2m，而跨中底板則為25cm。根據(jù)工程實際要求，該橋梁的橋面鋪裝采用瀝青混凝土材料，鋪設厚度為9cm。
3.2溫度效應分析
3.2.1溫度計算。根據(jù)當前我國的橋梁設計基本規(guī)范，需要通過計算確定該橋梁上部箱梁的縱向應力參數(shù)。詳細參數(shù)如表3所示[4]。
3.2.2設計方案確定。
（1）在考慮溫度影響因素的基礎上，分析梯度作用以及均勻溫度所造成的影響，進行詳細的參數(shù)計算，進而準確地判定溫度對橋梁結構的影響。
（2）全面地分析溫度給橋梁靜定結構造成的影響。
（3）橋梁鋪裝結構設計中，主要選擇深色瀝青混凝土材料，以減小溫度效應[5]。
（4）采取科學有效的措施消除主跨支點周邊環(huán)境中的溫度應力，同時保證不對底截面應力產生嚴重的影響，從而保證縱向預應力束滿足要求。
4溫度效應分析中需要注意的問題
（1）在實際分析中，需要深入分析重要節(jié)點，利用有限元法來確定不利溫度因素的分布情況。
（2）在進行結構整體計算時，采用理論結合實踐的方法，將空間溫度場直接轉變?yōu)槎S空間的不利溫度分布圖，這是目前國際上應用最為普遍的方法，其效果非常明顯。
（3）在進行橋梁溫差荷載效應分析時，應重點分析局部溫差應力的影響因素，同時也要深入分析整體結構效應，根據(jù)橋梁結構使用過程中可能產生的溫度荷載來實現(xiàn)多種可能性的疊加，最終明確設計方案。
（4）日照、驟然降溫都會對橋梁結構性能產生較大的影響，其嚴重程度甚至會超過車輛荷載。當前我國公路橋梁設計中所選取的溫度荷載參數(shù)都比較小，在實際設計中需要充分考慮該方面的影響。
5結語
綜上所述，橋梁設計方案確定過程中，需要綜合考慮日照、驟然降溫、年溫等影響因素，這主要是因為混凝土結構的熱傳導性非常差，在外部環(huán)境溫度變化劇烈的情況下，其結構溫度不會快速傳遞，從而造成了結構內外溫差過大，最終導致溫度變形。因此，在橋梁設計中，需要綜合分析溫度效應的影響，切實保證橋梁能夠滿足日常使用環(huán)境的需要。
參考文獻：
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