柯铁军
武汉市市政建设科研有限公司 ，湖北 武汉 430023
摘要：桥梁工程作为交通工程的重要组成部分，在国家快速发展的背景下取得了一定的进步。根据对现状桥梁开裂受力的科学分析，裂缝的产生与混凝土自身传热性能较差有着密切的联系，因此在进行混凝土构件的设计过程中，要对产生温度应力的因素做出综合性考虑，使设计方案更加合理有效。本文通过深入的讨论和分析温度效应对桥梁建设过程中造成影响，有助于进一步提升桥梁设计水平。
关键词：桥梁设计；混凝土；温度效应
1引言
随着我国综合国力的增强，桥梁作为交通线路的重要组成部分也开展了大规模的建设工作。我国国土面积辽阔，桥梁的建设需求相对较高，且地质地形复杂，对桥梁建设技术提出了新的挑战。为了保证桥梁质量，桥梁中的各个部件（如桥墩、桥塔等）的规格在不同程度上有所增长，而在桥梁整个施工及运营的过程中，混凝土结构位置往往会出现较为严重的环壁状开裂，特别是在温度传导效率较差的情况下，较大内外温差使厚T梁内部产生温度应力而开裂，从而影响桥梁的整体质量。
2桥梁温度场基本原理
2.1桥梁温度场内涵
桥梁由于自身的实际功能决定了长时间暴露于自然环境中，在各种气候条件下，温度不断变化，相应的温度作用随之产生。混凝土作为重要的建筑材料，其导热系数相对较小，使结构表面和内部形成明显的温差，在这种情况下，结构内外涨缩程度的不同会影响混凝土结构自身的稳定性。在自然环境温差较大的情况下，结构内部产生的温度应力。自然环境的温度场主要来自三个方面，包括年温变化作用、日照温度以及骤然降温作用，而日照温度是对混凝土工程中影响最为明显的，其中涉及到较多的控制因素，包括气温、紫外线强度、风速和日照时间等。混凝土结构随着温度场的变化，其表面的温度也会发生改变；随着日照角度的不断变化，结构表面温度最高点也会发生变化。但相对来说，日照温度变化规律性、周期性较强，在进行对混凝土结构的温度影响时会使用年均气温作为研究依据。而气温骤降主要是指当前区域受冷空气侵袭时，短时间内气温发生急剧变化，对桥梁构件产生不利影响。
2.2桥梁温度场基本假定
在研究温度场对于混凝土结构产生影响的过程中，一些具体数据会由于温度变化而发生改变，例如密度、弹性模型以及导热系数等。在实际的研究过程中可以适当简化研究模型，忽略部分不必要因素，保证实验结果的有效性。整个实验过程会进行以下假设：
2.2.1各项同性假定
在涉及到材料学的研究过程中，混凝土材料呈现出均质且各项同性的特点，混凝土内部构造的骨料与缝隙分布较为随机。而钢筋在混凝土结构中占比较少，对构件整体温度传导不会造成较大影响，所以在整个研究过程中会忽略钢筋对其温度传导的影响。
2.2.2材料参数不随温度变化而变化
在整个实验中，日照作用下混凝土构件的温度变化小于20℃，可以得出混凝土材料在热学和力学特性上变化不明显，即混凝土材料的各类指标在正常大气范围内可看作常数。
2.2.3假定温度场沿轴线方向分布不产生变化
通过桥梁整体来看，桥塔结构相对来说形状为长细结构，和桥墩相比其竖直高度差较为明显。而整个桥梁中桥塔受力所产生的挠曲相对较小，可视为等截面结构。
3混凝土桥梁温度效应设计要点
3.1混凝土桥梁上部结构的温度效应设计
（1）对桥梁构件的特性进行综合性分析，确认上部结构的温度作用参数。在设计时，可以增加由混凝土与钢管的比热容的差异而产生的温度应力。此外，还要研究温差应力对实际桥梁造成的差异，根据具体情况设计最佳方案。
（2）结合桥梁结构体系，分析上部结构的温度作用。桥梁的结构形式多种多样，其温度特点各不相同，例如，混凝土拱桥设计时，需综合考虑年温差作用效应；对于组合式混凝土桥梁，则要考虑不同材料之间的温差效应。
（3）预应力混凝土箱梁温度效应可只按梁高方向来考虑。预应力混凝土箱梁在桥长和横桥向的温度分布基本上是均匀的，一般可以忽略该方向微小温差的影响。因此，箱梁的温度效应通常只需近似地按梁高方向的一维热传导来考虑。
3.2混凝土桥墩的温度效应设计
（1）在对混凝土桥墩受日照因素影响的研究过程中，在进行相应的设计时，要着重考虑日照温差对其造成的影响。上部结构和混凝土桥墩的连接方式较为单一，在进行温度效应的分析研究过程中，要根据实际周边气候情况选择特定的连接方式。
（2）在实际施工过程中，有些桥墩会长期处于浸水状态，即使在高标准的施工条件下，也会产生非线性温差应力。随着使用时间的不断增长，桥墩很容易出现应力集中的情况，对桥梁的长期稳定性造成了一定的安全隐患。
（3）考虑桥墩的约束设计。桥梁主要有桥面板与桥墩、地基与桥墩底部之间的约束，随着温度场的不断变化，相应的温度应力加强了桥墩结构的约束程度，在这种情况下，桥墩往往会产生不同程度的位移。
4针对温度效应采取的设计方式
（1）综合考虑温度效应的影响，将梯度作用和均匀温度作用两者有效结合分析，判断温度效应对桥梁结构产生的影响。
（2）由于我国幅员辽阔，不同地区的气候环境差异很大，为了能准确计算出不同地区的混凝土桥梁的温度应力，应根据桥梁所处地区的气候环境条件，通过理论研究与实验数据的统计分析，找到适合不同地区的梯度温度模式。
（3）控制连续梁主跨支点周围区域的梁顶温度应力，合理配置纵向预应力钢束。
（4）在温度荷载作用下，箱梁顶板上缘受压应力作用，下缘受较大的拉应力，温差越大，温度荷载产生的拉应力也相应增加，有可能超过混凝土的抗拉强度，导致箱梁出现纵向裂缝，从而影响桥梁的耐久性。故需要在箱梁布置横向预应力钢束，在顶板时要将钢束布置在靠近顶板的下缘，以承受温度荷载产生的拉应力。
5桥梁工程中常用的温度效应防治措施
5.1保温隔热材料预防温度效应
一般来说，保温隔热材料导热系数要小于0.2W/ m?℃，且材料的密度较小，在其使用过程中不会影响桥梁结构的承载力。在材料的选择过程中，要综合地考虑材料的组成以及隔热保温性能，根据以上特征，聚苯乙烯泡沫板和聚氨酯泡沫板是目前工程中保温隔热材料的首选。表1为材料的热学参数表。
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在施工的过程中，保温涂层相对于板材施工速度更快，材料不仅具有保温隔热的功能，还提高了构件的稳定性，但其保温性能和泡沫板相比有一定的差距，所以在使用保温涂层涂料的工程中，附近区域气候要基本保持长期稳定，大多处于高温高湿、降水频繁或光照时间较长的区域。根据保温方式的差异，保温隔热材料分为反射型、阻隔型及辐射型，反射型材料被广泛应用于实际工程中。
5.2其他预防温度效应的有效措施
（1）在隔热方式上选择保温隔热涂料或在箱梁外壁铺设保温层。
（2）桥面铺装结构使用深色沥青混凝土材料。
（3）日照温差引起箱梁顶板有受压、底板有受拉的趋向，靠近跨中方向的应力越大，因此施工合龙前要严格控制合龙段的张拉应力，避免底板因为温度效应产生拉应力导致开裂。
6结论
本文通过介绍桥梁温度场的基本原理，总结出混凝土桥梁温度效应设计要点，并对其温度效应进行分析，针对其产生的各种问题提出了相应的设计方式和可靠的防治措施，保证混凝土桥梁结构的耐久性，从而有效地延长混凝土桥梁的使用寿命。
参考文献：
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