大跨径预应力混凝土连续梁桥温度效应分析及安全性评估

摘要

随着预应力和施工技术的进步，我国的大跨径预应力混凝土公路桥梁进入了高速发展时期。跨径的增大，混凝土材料强度的提高，使得这类桥梁桥墩附近的节块体积明显增大。这些节块在混凝土的浇筑完成后，水化热放出的大量热量给混凝土结构必然会形成一定的温度效应，而这种温度效应的积累会导致裂缝的开展以至影响整个桥梁结构的安全性；另一方面，与年温差作用和骤然降温作用相比，太阳的日照温差作用产生的温度应力是箱梁裂损的主要影响因素，因此，本文旨在对水化热和太阳辐射产生的温度场和温度效应进行研究和分析，为同类型桥梁的设计和施工提供一点借鉴和参考。
　　 本文以常熟市望虞河大桥为工程背景，在主桥的施工过程中，分别对箱梁零号块浇筑完成后水化热的温度场以及典型夏季高温天气下的箱梁日照温度场进行了温度测试，且对实测数据反映出的温度作用规律进行了总结和分析，并借助曲线拟合得到了该桥的竖向温度梯度。
　　 利用通用有限元程序ANSYS建立了水化热温度场和日照温度场的仿真模型，并把计算温度值和实测温度值进行了比较分析，发现这两种温度场模型都能较好地模拟实际，可以应用于后续温度应力的分析。
　　 借助两种温度场的仿真模型，对箱梁零号块的早期温度应力和箱梁在最大悬臂状态下分别受桥规梯度荷载、拟合梯度荷载时的温度应力进行了计算，并对两种温度应力在空间的分布特点分别进行了归纳分析。在箱梁零号块的水化热过程中，外部先受拉再受压，而内部先受压后受拉，水化热产生的残余温度应力对施工过程中的桥梁结构具有一定程度的影响；在箱梁最大悬臂状态的工况下，通过平面和空间方法计算出两种梯度下的温度应力后，可以得知项板和底板皆受压，而腹板受拉，顶板下缘与腹板的接触区域是最可能出现裂缝的区域。
　　 最后，对桥梁温度裂缝的产生机理和特点以及预防措施进行了讨论。