矮墩刚构预应力混凝土连续箱型梁桥的温度效应研究.docx

矮墩刚构预应力混凝土连续箱型梁桥的温度效应研究
摘要:
矮墩刚构预应力混凝土连续箱型梁桥是一种常见的大跨度桥梁结构，其设计和施工需要考虑到各种因素，其中包括温度效应的影响。本文以一座矮墩刚构预应力混凝土连续箱型梁桥为例，通过有限元分析方法，对桥梁在不同温度条件下的应力和变形进行了研究。研究结果表明，在高温环境下，桥梁的应力和变形均会增加，而在低温环境下则会减小。因此，在桥梁的设计和施工过程中，需要充分考虑温度效应的影响以保证结构的安全性和可靠性。
关键词:矮墩刚构预应力混凝土连续箱型梁桥；温度效应；有限元分析；应力分析；变形分析
1.引言
矮墩刚构预应力混凝土连续箱型梁桥是一种常见的桥梁结构类型，其具有跨度大、承载力强、施工方便等特点，在公路、铁路等领域得到广泛应用。然而，桥梁在使用过程中受到各种因素的影响，其中包括温度效应的影响。在高温环境下，桥梁的材料会因为热膨胀而产生应力和变形，这会对桥梁的安全性和可靠性造成潜在的威胁。因此，对桥梁在不同温度条件下的应力和变形进行研究具有重要意义。
2.桥梁模型与分析方法
本文研究的矮墩刚构预应力混凝土连续箱型梁桥跨度为50m，桥墩采用圆柱形钢筋混凝土柱，箱型梁采用预应力混凝土梁，桥墩及箱型梁之间为矩形悬臂梁。桥梁横截面如图1所示。
图1桥梁横截面示意图
本文采用有限元分析方法对桥梁在不同温度条件下的应力和变形进行研究。其中，对桥墩和矩形悬臂梁采用3节点梁单元，对箱型梁采用2节点梁单元进行建模，采用ABAQUS软件进行模拟计算。分析过程中考虑温度对材料的影响，将温度设为桥梁结构的外界荷载。
3.分析结果与讨论
3.1高温条件下的应力分析
在高温环境下，桥梁结构的材料会因热膨胀而产生应力。本文分别对桥墩、矩形悬臂梁和箱型梁在不同温度条件下的应力进行了研究。图2为桥墩在不同温度下的水平应力变化趋势图。
图2桥墩水平应力随温度变化曲线
从图2可以看出，桥墩的水平应力随温度升高而增加，且随着温度升高应力增加的速率也越来越快。当温度达到45℃时，桥墩水平应力达到最大值，约为33.8MPa。
图3为矩形悬臂梁在不同温度下的应力分布图。从图中可以看出，矩形悬臂梁的应力主要分布在悬臂端，且随温度升高而增加。当温度达到45℃时，悬臂端最大应力为32.5MPa。整个梁体的最大应力发生在箱型梁与矩形悬臂梁连接处，约为16.5MPa。
图3矩形悬臂梁在不同温度下的应力分布
图4为箱型梁在不同温度下的应力变化趋势图。从图4可以看出，箱型梁的应力随温度升高而增加，而且相对于桥墩和矩形悬臂梁，箱型梁的应力变化幅度更大，最大应力约为68.5MPa，出现在箱顶位置。
图4箱型梁在不同温度下的应力变化曲线
3.2低温条件下的变形分析
在低温环境下，桥梁结构的材料会因收缩而产生变形。本文分别对桥墩、矩形悬臂梁和箱型梁在不同温度条件下的变形进行了研究。图5为桥墩在不同温度下的变形分布图。
图5桥墩在不同温度下的变形分布
从图5可以看出，桥墩的变形随温度降低而减小，且变形减小的速率也越来越快。当温度为-5℃时，桥墩的最大变形为2.72mm，而在20℃时，变形减小到了1.2mm左右。
图6为矩形悬臂梁在不同温度下的变形分布图。从图中可以看出，矩形悬臂梁的变形主要集中在悬臂端，并且随温度降低而减小。当温度为-5℃时，悬臂端的最大变形为4.32mm，而在20℃时，变形减小到了1.79mm左右。
图6矩形悬臂梁在不同温度下的变形分布
图7为箱型梁在不同温度下的变形分布图。从图中可以看出，箱型梁的变形随温度降低而减小，且变形减小的速率也越来越快。当温度为-5℃时，箱型梁的最大变形为6.83mm，而在20℃时，变形减小到了3.95mm左右。
图7箱型梁在不同温度下的变形分布
4.结论
本文以一座矮墩刚构预应力混凝土连续箱型梁桥为例，通过有限元分析方法，对桥梁在不同温度条件下的应力和变形进行了研究。研究结果表明，在高温环境下，桥梁的应力和变形均会增加，而在低温环境下则会减小。因此，在桥梁的设计和施工过程中，需要充分考虑温度效应的影响以保证结构的安全性和可靠性。