摘要：以桥梁设计中的混凝土温度效应为研究对象，首先分析了混凝土温度荷载的特点与分类，然后从混凝土桥梁上部结构的温度效应设计、桥墩结构的温度效应设计出发，详细论述混凝土桥梁设计中的温度效应问题。通过分析可知，在桥梁设计过程中综合考虑日照、骤然降温、年温等影响因素，对提高桥梁设计质量有重要作用。

关键词：桥梁设计；混凝土；温度效应

桥梁工程作为重要的交通基础设施，对于促进我国交通运输的发展有着非常重要的作用。从当前我国的实际情况来看，很多桥梁都选择使用混凝土结构。混凝土材料具有一定的温度效应，所以在确定桥梁设计方案的过程中需要考虑温度荷载的影响，从而选择科学合理的设计方案。

1混凝土温度荷载的特点及分类

由于混凝土结构的热传导性较差，在长期受到温度的影响、日照的辐射以及人为因素的作用之下，会使得其表面温度急速地升高或者降低，而此时的结构内部温度并不会发生明显的变化，从而导致了混凝土结构内外温差过大，进而产生了温度变形。此外，如果混凝土结构中存在内约束与外约束，也会形成比较大的温差应力。混凝土结构的温差应力属于约束应力的范畴，在环境温度的作用之下，如果混凝土结构受到约束力而产生了应力，此时一般都表现为温差应力。如果在实际使用中，混凝土结构因为温差变化而产生收缩变形，就不会存在温差应力。约束应力主要是外部约束力以及内部约束力的存在而导致的。外部约束力主要是结构系统因受到不同环境温度的影响而出现的变形约束作用，内部约束力则主要是结构内部的某部分构件中各个纤维存在不同的温度而产生的约束作用。经过大量的实践和数据统计，可以发现日照、温度骤降以及年温变化对于混凝土结构温度的影响特性，详见表1[1]。上述几种荷载在对混凝土结构产生影响的过程中还存在明显的区别。比如，日照温度主要产生于自然环境中的太阳辐射，荷载作用时间比较短，各个结构受力不均衡；骤然降温主要是因为自然界中强冷空气的突然来袭而导致环境温度骤然下降，其荷载作用时间也不长，但是在混凝土结构中的作用均匀；年温变化对于混凝土结构所产生的荷载影响最为简单，所以在桥梁结构设计方案确定过程中，只需要加入经验常数即可。骤然降温对于混凝土桥梁结构的影响最为直接，在实践中需要对该荷载数据进行计算确定，但是当前还没有形成完善的理论体系，只是应用一些比较常见的计算公式来进行参数的确定。比如，桥梁混凝土结构中各个壁厚的温差荷载计算公式如下：Tˉ(y)=-Toye-cyy（1）式中：cy为指数系数，一般取12；Toy为箱梁壁板的负温差，一般取-10℃；y为计算点与板外侧之间的距离（m）。cy的具体取值如表2所示[2]。

2混凝土桥梁温度效应设计要点

2.1混凝土桥梁上部结构的温度效应设计。

（1）对混凝土桥梁各个结构的特性进行分析之后，需要确定上部结构的温度荷载参数。比如，在钢管桥梁混凝土结构设计过程中，要分析钢管与混凝土结构之间的温差应力，同时还应分析温差应力对整个桥梁工程造成的影响，之后才能确定最合理的桥梁设计方案。

（2）对桥梁工程上部结构进行温度荷载性能分析之后，综合分析桥梁工程的结构特性。桥梁工程结构并不是单一的，不同地区、不同工程需要选择不同的结构形式，而每种结构形式的温度特性相差比较大。比如，对于混凝土拱桥，要以年温差荷载为主要考虑因素，而对于组合式桥梁结构，则必须综合分析各种不同材料的构件温差[3]。2.2混凝土桥梁桥墩结构的温度效应设计。

（1）混凝土桥墩温度效应分析中，必须以日照温差为主要的考虑因素。桥墩一般会选择几种固定的支座形式，日照温差对各个结构部分的影响比较明显，会存在较大的应力作用，并且范围非常广泛。

（2）很多桥梁工程中，桥墩长期处于水下环境，对于施工技术要求比较高，其温差应力主要表现为非线性，并且在桥梁长期使用过程中，桥墩结构的表面会出现应力集中现象，会对工程质量产生直接的影响。

（3）加强桥墩约束设计。桥梁主要受到桥面与桥墩底部产生的共同约束力，所以其结构具有较强的整体稳定性。但是，由于受到温度应力的影响，桥墩结构也会产生较强的约束力，在其长期作用之下，桥墩会出现一定程度的位移。所以在进行方案设计时需要充分考虑顶端约束力的影响。

3工程实例

3.1工程概况。某桥梁工程设计为三跨连续钢结构箱梁，跨径为120m+200m+120m，桥面宽度为12m。上部箱梁主要采用单箱室结构。从设计方案中可以看到，顶板厚度为28cm，墩顶厚度为50cm。箱梁底部的厚度为1.2m，而跨中底板则为25cm。根据工程实际要求，该桥梁的桥面铺装采用沥青混凝土材料，铺设厚度为9cm。

3.2温度效应分析

3.2.1温度计算。根据当前我国的桥梁设计基本规范，需要通过计算确定该桥梁上部箱梁的纵向应力参数。详细参数如表3所示[4]。

3.2.2设计方案确定。

（1）在考虑温度影响因素的基础上，分析梯度作用以及均匀温度所造成的影响，进行详细的参数计算，进而准确地判定温度对桥梁结构的影响。

（2）全面地分析温度给桥梁静定结构造成的影响。

（3）桥梁铺装结构设计中，主要选择深色沥青混凝土材料，以减小温度效应[5]。

（4）采取科学有效的措施消除主跨支点周边环境中的温度应力，同时保证不对底截面应力产生严重的影响，从而保证纵向预应力束满足要求。

4温度效应分析中需要注意的问题

（1）在实际分析中，需要深入分析重要节点，利用有限元法来确定不利温度因素的分布情况。

（2）在进行结构整体计算时，采用理论结合实践的方法，将空间温度场直接转变为二维空间的不利温度分布图，这是目前国际上应用最为普遍的方法，其效果非常明显。

（3）在进行桥梁温差荷载效应分析时，应重点分析局部温差应力的影响因素，同时也要深入分析整体结构效应，根据桥梁结构使用过程中可能产生的温度荷载来实现多种可能性的叠加，最终明确设计方案。

（4）日照、骤然降温都会对桥梁结构性能产生较大的影响，其严重程度甚至会超过车辆荷载。当前我国公路桥梁设计中所选取的温度荷载参数都比较小，在实际设计中需要充分考虑该方面的影响。

5结语

综上所述，桥梁设计方案确定过程中，需要综合考虑日照、骤然降温、年温等影响因素，这主要是因为混凝土结构的热传导性非常差，在外部环境温度变化剧烈的情况下，其结构温度不会快速传递，从而造成了结构内外温差过大，最终导致温度变形。因此，在桥梁设计中，需要综合分析温度效应的影响，切实保证桥梁能够满足日常使用环境的需要。

参考文献：

[1]方蕾.混凝土桥梁设计中的温度效应研究[J].城市建筑，2016（9）：284.

[2]李燕清，张富贵.混凝土桥梁设计中的温度效应[J].大陆桥视野，2016（12）：148-148.

[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.

[4]李燕军.天津地区悬臂浇筑混凝土箱梁施工期温度场及温度效应研究[D].北京：北京交通大学，2014.

[5]谭毅平.预应力混凝土箱梁桥温度效应研究[D].广州：华南理工大学，2008.