发信人: courieryboo (小凡·每天灌水多一些...), 信区: DC
标  题: 温度应力引起的预应力混凝土箱形梁开裂分析
发信站: BBS 水木清华站 (Wed May 24 16:46:40 2000)

摘　要：分析了温度对预应力混凝土箱形梁的影响及产生温度应力的原因，认为温度梯
度曲线选择不当和对混凝土水化热与收缩产生的残余应力重视不够是温度应力引起预应
力混凝土箱形梁开裂的主要原因。结合国外规范规定的温度梯度曲线，选择符合实际的
温度梯度曲线型式；避免合拢浇筑施工时节段之间的温度梯度；避免混凝土的加速养护
等措施，可以达到预防目的。
关键词：温度应力；温度梯度；预应力混凝土；箱形梁；开裂
中图分类号：U448.213　　　文献标识码：A
Analysis of Cracking Caused by Thermal Stresses
in Prestressed Concrete Box Beams
LIU Lai-jun， ZHANG Hong-guang
（College of Highway Engineering, Xi′an Highway University, Xi′an 710064,
China）
Abstract: The influence of temperature on prestressed concrete box beams and
 the reason of thermal stresses development are analyzed. The analysis resul
ts indicate that the temperature-gradient curves choosing and the not enough
 attention to pay on the residual stress of concrete hydration heat and cons
triction is the main reasons.Those measures,sach as choosing the curve accor
ding with the actual situation,eliminating the temperature gradient at the j
iont of bridge and avoiding the acceleration curing of concrete,can prevent
标  题: 温度应力引起的预应力混凝土箱形梁开裂分析
发信站: BBS 水木清华站 (Wed May 24 16:46:40 2000)

摘　要：分析了温度对预应力混凝土箱形梁的影响及产生温度应力的原因，认为温度梯
度曲线选择不当和对混凝土水化热与收缩产生的残余应力重视不够是温度应力引起预应
力混凝土箱形梁开裂的主要原因。结合国外规范规定的温度梯度曲线，选择符合实际的
温度梯度曲线型式；避免合拢浇筑施工时节段之间的温度梯度；避免混凝土的加速养护
等措施，可以达到预防目的。
关键词：温度应力；温度梯度；预应力混凝土；箱形梁；开裂
中图分类号：U448.213　　　文献标识码：A
Analysis of Cracking Caused by Thermal Stresses
in Prestressed Concrete Box Beams
LIU Lai-jun， ZHANG Hong-guang
（College of Highway Engineering, Xi′an Highway University, Xi′an 710064,
China）
Abstract: The influence of temperature on prestressed concrete box beams and
 the reason of thermal stresses development are analyzed. The analysis resul
ts indicate that the temperature-gradient curves choosing and the not enough
 attention to pay on the residual stress of concrete hydration heat and cons
triction is the main reasons.Those measures,sach as choosing the curve accor
ding with the actual situation,eliminating the temperature gradient at the j
iont of bridge and avoiding the acceleration curing of concrete,can prevent
the cracking.
Key words: prestressed concrete; box beams; thermal stress; cracking
　　引起预应力混凝土箱形梁开裂的原因是多方面的，从广义上讲有以下几个方面：抗
弯和抗剪能力不足；未考虑热应力；对预应力筋曲率引起的应力注意不够；施工技术的
差错或不恰当；缺乏优质的施工工艺来满足对正常结构所需要的施工精度；材料的强度
不足。而一般引起预应力混凝土箱形梁开裂的机理归结为单一原因的情况是极少的，上
述每一种原因当单独考虑时一般只产生较小的在允许限度内的应力或超应力。但是，如
果疏忽了一种或几种原因或无意地忽略了它们，则应力的叠加可能出现，以致会超过混
凝土的承载能力，结构因这种超应力而导致的唯一解脱办法就是开裂。
　　温度应力引起预应力混凝土箱形梁的开裂已越来越受重视，理论分析和实验研究均
已证明，在大跨预应力混凝土箱形梁桥中，特别是超静定结构体系，温度应力甚至超出
活载应力的影响，已被认为是预应力混凝箱形梁产生开裂的主要原因。为此，本文分析
了温度应力引起混凝土箱形梁开裂的原因，并提出相应的预防措施，以供桥梁设计与施
工时参考。
1　产生温度应力的原因
　　温度对预应力混凝土箱形梁的影响包括年温差影响和局部温差影响，年温差影响是
指气温随季节发生周期性变化时对结构物所引起的作用，一般假定温度沿结构截面高度
方向以均值变化，对无水平约束的预应力混凝土箱形梁，年温差只引起结构的均匀伸缩
，并不导致结构内温度应力；局部温差影响是指日照温度和混凝土水化热与收缩影响，
局部温差影响将导致结构内温度应力。
1.1　日照温差影响
　　日照温差对结构的影响。因日辐射强度、桥梁方位、日照时间、地理位置、地形地
貌等随机因素，使结构表面、内部温差因对流、热辐射和热传导等传热方式形成瞬时的
不均匀分布，即结构的温度场。一般将温度场的确定简化为沿桥梁横向或截面高度方向
的温度梯度型式的确定。各国桥梁规范对梁式结构沿梁高方向的温度梯度的规定有各种
不同型式，如图1所示。
图1　不同的温度梯度型式
　　图中列举出的各种型式，可归纳为线性变化和非线性变化2种。
　　(1)线性变化。如图1(a)所示，在这种温差变化情况下，梁式结构将产生挠曲变形，
而且梁在变形后仍然服从平截面假定。因此，在静定梁式结构中，线性变化的温度梯度
只引起结构的位移而不产生温度次内力，而在超静定梁式结构中，它不但引起结构的位
移，而且因多余约束的存在，从而产生结构内温度次内力。
　　(2)非线性变化。在图1中，除(a)以外都属于非线性温度梯型型式。在此类非线性温
差分布的情况下，即使是静定梁式结构，梁在挠曲变形时，因梁要服从平截面假定，导
致截面上的纵向纤维因温差的伸缩将受到约束，从而产生纵向约束应力，这部分在截面
上自相平衡的约束应力称为温度自应力σ0s。而在超静定梁式结构中，除了温度自应力
σ0s外，还应考虑多余约束阻止结构挠曲产生的温度次内力引起的温度次应力σ1s。总
的温度应力为：σt=σ0s+σ1s。
图2　不同国家的温度梯度图形
1.2　混凝土水化热和收缩影响
　　混凝土水化热和收缩将在结构内，特别是在横截面厚、薄部分之间产生大的残余应
力，这些应力超过了“新浇”混凝土的抗拉强度。横截面薄的部分比引起残余应力和裂
缝的相邻厚的部分冷却得快，当薄的构件与较大的构件相连接时，总有开裂的可能，较
薄的构件总是比较大的构件经受快的温度变化速率、较大徐变和收缩，所以较薄的构件
就会开裂。
　　具有厚腹板(与底板厚度相比)的箱梁中，薄的底板冷却得快，而比腹板收缩的速率
要快，因此底板受到约束，为降低由腹板约束产生的拉应变，薄的底板就会开裂；在横
截面分2次或多次浇筑时，也会出现引起裂缝的类似温度应力，在已凝固的老混凝土上浇
筑新鲜混凝土时，最初，新鲜混凝土由于水化热使温度增高，之后冷却时，新浇混凝土
的收缩受到老混凝土约束而产生裂缝。
2　国外规范规定的温度梯度曲线
　　中国《公路桥涵设计规范》中规定，温度梯度仍是原有的型式，未作修改，建议在
公路桥梁上尚无足够实验研究资料以确定梯度型式的情况下，可以借鉴各国规范中的规
定进行计算。
2.1　新西兰温度梯度图
　　新西兰的温度梯度图(图2(a))是一条高1200 mm的五次抛物线，混凝土表面的温度(
T)与沥青厚度(d)(以mm计)有关。这条曲线应用于腹板和除了封闭箱室以上的桥面板部分
，即悬臂板部分。
　　对于封闭箱室上部的顶板，采用顶面温度为(T)每100 mm厚度为(5-0.05d)℃的线性
曲线。在截面厚度为200 mm的底板上，采用从0℃到1.5℃的线性温度增长。
　　对于高度小于1400 mm的结构，2条实曲线就会重叠。对于箱梁，横向影响利用点曲
线求得。对于有路面的桥梁应采用27℃的(T)值验算无路面的临时情况。
2.2　英国温度梯度图
　　英国所使用桥面板升温和冷却温度梯度曲线如图2(b)中所示。这些曲线所假设的路
面厚度，对于1和2组荷载为40 mm，对于3和4组荷载为100 mm。对于其它的路面厚度，(
T)值根据英国现行规范所提供的规定用表加以调整。
2.3　澳大利亚温度梯度图
　　在澳大利亚，温度梯度曲线采用图2(c)的形状。
2.4　法国温度梯度图
　　在法国(图2(d))，采用10 ℃梯度的线性变化规律，且温度梯度与静载、收缩和徐变
组合使用。全部荷载(包括活载和冲击力)作用时采用5 ℃的梯度。
3　相应的预防措施
3.1　选择符合实际情况的温度梯度曲线
　　温度梯度曲线与温度附加力的计算有很大的关系，如果温度梯度曲线选用不当，即
使增大温度设计值，亦不能保证结构的抗裂性。这是由于温度自应力会导致在任意截面
上的温度应力达到一定数值，有可能增加腹板的主拉应力，恶化斜截面的抗裂性。因此
，必须找出符合实际情况的温度梯度曲线。
3.2　避免合拢浇筑施工时节段之间的温度梯度
　　悬臂施工的跨中合拢浇筑段处或在相邻箱梁翼板端部之间纵向合拢浇筑段处，由于
温度收缩梁段将引起开裂。预应力不能使这些裂缝闭合，这些裂缝会使等压线朝着未开
裂区域偏移，改变设计截面中的预应力分布，造成承压强度不足。因此，在悬臂施工中
，采用挂篮来夹住2个悬臂端头，使其牢固定位，并密封在等温的箱罩内。这样将防止形
成纵向温度梯度。
3.3　避免混凝土的加速养护
　　通过适当的养生措施将温差产生的约束力减小到最低程度。加热养生时，初始养生
期2～3 h，混凝土保持周围温度，然后以低于每小时20 ℃的低速率提高温度，根据混凝
土欲达到的强度使温度保持恒温期(低于65 ℃)，最后用与升温相同的速率使混凝土冷却
。
作者简介：刘来君(1963-)，男，吉林前郭人，西安公路交通大学讲师文章编号：1007-
4112(1999)04-0039-03
作者单位：西安公路交通大学　公路工程学院，陕西　西安　710064
参考文献：
［1］　范立础.桥梁工程［M］.北京：人民交通出版社，1990.
［2］　邬晓光.桥梁施工技术［M］.西安：西北大学出版社，1993.
［3］　何逢康.结构力学［M］.广州：广东出版社，1991.
［4］　徐　奔.旧桥维修加固方法浅析［J］.上海公路，1985，(1).
［责任编辑　孙守增］
收稿日期：1999-08-15

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梧桐身旁的浮云里 飘出一弯朦胧的月亮    *        *
清清淡淡的月光 静静地飘落在我身旁         ●
   ahuang
在寂寞的晚上 我就是一只音乐虫子      ^^   *
飞呀飞呀找不到爱发源的地方... ...
                                          ●


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