混凝土桥梁设计中的温度效应研究

混凝土桥梁设计中的温度效应研究

何屏

（华设设计集团股份有限公司四川分公司，四川成都，610000）

摘要：在交通工程的发展过程中，桥梁工程是其中非常重要的一个组成部分。根据当前桥梁受力的情况进行探究，桥梁出现裂缝主要是因为混凝土自身性能受到影响，在混凝土构件过程中，需要对温度应力进行有效把控，这样才能使得整体设计过程更加科学。基于此，需要我们能对混凝土桥梁设计进行有效探究，对温度效应方面进行充分分析，尽可能使得桥梁设计水平达到最优。

关键词：混凝土；桥梁设计；温度效应

引言

在露天环境下，桥梁结构会受到各种因素的影响，比如：紫外线、温度变化、雨雪天气等等，进而导致结构内部也出现不同程度的温度分布，导致整体结构内力影响较为明显，更需要我们能重视温度应力和变形对桥梁的影响。

1混凝土结构的温度效应理论

1.1温度对结构的影响

针对连续刚构桥来说，横梁的纵向位移将取决于主墩，这样主墩将有更多的弯矩。太阳辐射和温度突变是引起结构温度应力和变形的主要因素，首先需要确定桥梁各构件的温度场、温度梯度模型以及温度计算值与实际状态的接近程度，这是准确计算温度应力和变形的关键。在确定温度场时，可以用结构力学或有限元方法计算温度应力。温度的变化会严重影响结构的强度和变形，而且随着温度分布的变化，影响程度也会发生变化，需要在同一地点测量不同的结构状态，为了保证控制的效率和精度，需要对线路和应力进行刚性调节。此外，桥面受阳光照射，且受水温和湿度较高的影响，可能导致桥面温度较高，对桥面变形控制效果较差。

1.2普通混凝土材料的力学性能

混凝土材料很容易受到高温的影响而对其力学性能造成不同程度的变化。当前很多学者都对这一问题进行了探究分析，积累了很多相关的信息资料，从而形成了较为全面的力学性能经验公式。在高温影响下，材料与砂浆之间产生响应的温度应力，进而造成混凝土表面出现裂缝，整体内部结构变得疏松，很大程度上导致整体受到影响。

2混凝土桥梁设计中的温度效应

2.1针对混凝土桥梁上部结构的温度效应设计

（1）分析了不同结构混凝土桥的性能，进而分析了混凝土桥梁在温度荷载单元顶部的性能。例如，在设计钢管和混凝土桥梁时，必须考虑钢管结构与混凝土结构之间的温度应力，同时还必须综合考虑温差对桥梁整体结构的影响。（2）分析桥梁结构顶部的温度荷载，综合分析桥梁系统的工程设计和性能。桥梁的建筑形式多种多样，因此其温度特性也不同，例如在混凝土拱桥设计中，必须考虑年温荷载效应，而对于预制混凝土桥的施工，在桥梁设计中，必须考虑不同构件间的温度荷载。

2.2针对混凝土桥梁桥墩结构的温度效应设计

（1）在分析混凝土桥墩的温度效应时，必须考虑太阳温差效应。桥墩通常采用固定支架的形式，日照和温度的差异会对结构系统产生很大的应力，范围也很广。（2）温度应力控制。许多桥墩施工是在水环境下进行的，施工作业难度高，温差为非线性分布，在桥面施工过程中出现应力集中问题，影响桥墩施工质量。（3）加强桥墩的设计。桥墩从桥面和桥墩脚两处连接在一起，从而保证了它结构的稳定性，但在温差效应的影响下，桥墩本身也具有约束力，导致顶部发生位移，因此在设计桥墩时必须考虑端面的约束性。

3桥梁工程中常用的温度效应控制措施

3.1预先冷却原材料

为了使混凝土拌制和运输的储罐温度得到有效控制，我们可以采取各种各样的方式进行降温，比如：加冰拌和、预冷骨料等等。在把控温度上，需要充分考虑石料和水，它们是影响温度的关键要素，我们可以在施工阶段采用洒水的方式使得整体温度下降。当整体施工环境温度较高的时候，我们可以搭设相应的遮光棚来有效降温。水泥发生水化反应时往往会产生一些热量，为了有效降低热量，可以适当采用一些隔热设备或者冷却设备，使得拌和用水在实现冷却后投入使用。搅拌后的水泥也需要经过检验测试才能正式投入使用，尽可能在阴凉处静置一段时间，这样更有利于后续施工。

3.2桥梁设计方面

温度应力引起的非结构裂纹通过设置钢筋的横向预应力来提高结构的断裂强度。同时，必须注意结构钢筋的配置，温度荷载的作用会导致材料不协调的变形，因此必须注意在钢筋混凝土连接部位、薄弱部位，控制钢筋的抗裂性，防止土体断裂。应根据桥梁所在环境的实际温度选择合理的桥梁结构温度梯度。此外，还可适当增加桥面面板的涂层厚度，从而可以铺设较浅的颜色涂层，通过反射浅白色的染料减少不同结构之间的不协调变形，还可以选择具有较高散热性能的涂层。

3.3通水降温

（1）布设冷却管

根据混凝土的外形尺寸，刚性控制其各层间距和水平间距，一般采用空间构型，每层对应单独的进水和出水。冷却管必须稳定，可安装钢筋框架，有效维护管道和焊接固定。安装冷却管后，安排有水的测试，以测试其使用情况，例如有渗漏、堵塞等问题。主体浇筑完成后，立即在其外围900毫米砌筑24块500毫米高的砖墙，形成一个蓄水池，混凝土外部模板拆除后最终冷凝，涂有一层塑料薄膜，两层草垫隔热，泵从储罐进入预埋泵管。在冷却水排水网口预留一个螺栓孔，用温度计测量混凝土内部的温度，通过泵调节供给冷却水，确保水温与外界温度的差在25℃以下。

（2）测温

温度检测后采取控制措施，保证冷水入水时间和实际温度合理，提高冷却过程的细度水平。为了完成测温工作，必须沿浇注高度设置点，使表面、中心和底部与一定的测量点相匹配。在正常条件下，温度测量间隔为2-4小时。测量过程中精确记录温度，确定其与混凝土深度的关系。将完整的测量结果交给现场技术人员，作为大体积混凝土施工质量控制的基础。如果混凝土内外温差达到20℃以上，则应采取有针对性的温度降低措施，避免因高温而产生裂缝。

3.4养护阶段温控措施

混凝土浇筑过程完成后，应及时开展混凝土养护工作，混凝土养护主要包括涂层护理和喷涂膜保护两种类型。覆盖护理是指用泡沫、石棉、塑料薄膜等隔热材料覆盖混凝土表面，或在混凝土上方建立隔热层，降低混凝土内外温差。当混凝土被保温材料覆盖时，混凝土内部温度可缓慢下降，大大降低了内部温度应力，降低了发生裂缝的可能性，混凝土的耐久时间不得小于14D。后者则是保持混凝土在接头后，在混凝土表面喷涂化学防腐剂时，防腐剂在混凝土表面形成一层密封膜，阻断挥发性水流，使混凝土的湿度始终达到标准要求。但由于喷涂膜的维护成本很高，一般只能作为桥墩、吊篮吊梁结构。

4结束语

总而言之，在混凝土桥梁设计上，需要我们充分认识到温度效应的重要性，从基本原理的探索出发，有效了解了当前混凝土桥梁施工中温度对结构建设的影响，在此基础上对温度把控措施进行深入分析，以保证混凝土桥梁温度效应符合整体设计要求。

参考文献

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[3]孙亭亭，祝向群，马锋，等.温度效应作用下混凝土桥墩应力的影响研究[J].盐城工学院学报（自然科学版），2015（1）：70-74.