长沙理工大学 土木与建筑学院 湖南省长沙市 410114 湖南省交通科学研究院有限公司 湖南省长沙市 410015
摘要：箱梁桥面铺装层是影响箱梁截面温度场的因素之一。本文基于实际施工中难以建立桥面铺装层差异化试验的缺陷，基于ansys有限元分析软件建立了箱梁温度场受桥面铺装层材料及铺装层厚度变化影响的有限元分析模型。有限元分析结果表明：三种铺装层中热量的竖向传递速率从低到高进行排序为水泥混凝土铺装层、沥青混凝土铺装层及轻骨料混凝土铺装层，热量的竖向传递速率越低，说明铺装层保温效果越好。随着铺装层厚度的增加，交接处各测点的温度不断降低。但沥青铺装层厚度不同时，对应箱梁截面各测点的最小温度和最大温度相差不大。
关键词：铺装层；箱梁温度场；有限元分析
1.引言
对箱梁的各个截面及上层铺装材料进行温度场分析有助于了解箱梁受不同影响参数下的温度应力现状。箱梁的温度场受多种因素影响，如大气温度、箱梁混凝土材料参数、箱梁截面参数、铺装层材料及厚度等，不同的影响因素对箱梁温度场的影响存在差异性，存在一个合适的影响参数值使得箱梁能够达到较为合适的温度场值。
确定箱梁温度场的影响因素的影响程度可以通过有限元分析软件实现分析问题的快捷解决，在有限元分析软件中通过修改部分参数变量，以控制单一变量分析为模式可以实现箱梁相关参数的多次模拟分析[1]。大量的学者进行了箱梁温度场的影响因素研究，得到了一系列的理论分析结果。朱俊等建立了连续箱梁在日照作用下的温度场有限元分析模型，同时在模型中考虑了沥青摊铺层对箱梁温度场的影响，结合实测数据与有限元分析结果拟合得到了沿梁高方向的温差曲线式[2]。
本文建立某混凝土箱梁的ansys有限元分析模型，采用瞬态分析方法，进行箱梁受铺装层材料及厚度变化下的温度场变化分析。
2.有限元分析模型的设定
2.1基本分析工程
本文有限元分析以单箱室截面为基本分析对象，箱梁顶宽16.2m，底宽8m，梁高4.5m，厚0.52m，桥走向为东偏北35°。单箱室截面见下图1所示。
根据上图不同材料铺装层的箱梁截面各测点温度的变化曲线可知：三种不同铺装层材料下各测点的温度变化速率存在明显的差异，水泥混凝土铺装层同箱梁顶板交接处测点的温度变化速率最快，随后为轻骨料混凝土，铺装层同箱梁顶板交接处测点的温度变化速率最慢的是沥青混凝土。
综上可知：三种铺装层的热传导系数从小至大依次排列为沥青混凝土铺装层、轻骨料混凝土铺装层及水泥混凝土铺装层。在铺装层厚度为10cm时，三种铺装层材料顶板上出现最大温度的时刻一致，均是下午16: 00，且最大温度从小至大的排序为水泥混凝土铺装层、沥青混凝土铺装层及轻骨料混凝土铺装层。同时，三种铺装层中热量的竖向传递速率从低到高进行排序为水泥混凝土铺装层、沥青混凝土铺装层及轻骨料混凝土铺装层，热量的竖向传递速率越低，说明铺装层保温效果越好。
（2）不同厚度沥青混凝土层计算结果
为分析不同厚度的铺装层对箱梁截面温度场的影响，通过对比厚度分别为6cm和10cm的沥青混凝土铺装层下各测点的温度变化，将计算结果在图中描述出来，如下图3所示。
根据上图不同厚度的沥青铺装层箱梁截面各测点温度变化曲线可知： 在太阳的辐射作用下，随着铺装层厚度的增加，箱梁底板下表面和顶板上表面各测点的温度也出现增加的变化趋势。而对于铺装层同箱梁顶板交接处测点温度的变化趋势刚好相反，随着铺装层厚度的增加，交接处各测点的温度不断降低。但沥青铺装层厚度不同时，对应箱梁截面各测点的最小温度和最大温度相差不大。
4.小结
三种铺装层中热量的竖向传递速率从低到高进行排序为水泥混凝土铺装层、沥青混凝土铺装层及轻骨料混凝土铺装层，热量的竖向传递速率越低，说明铺装层保温效果越好。
随着铺装层厚度的增加，交接处各测点的温度不断降低。但沥青铺装层厚度不同时，对应箱梁截面各测点的最小温度和最大温度相差不大。
桥面板的铺装厚度和铺装材料会有很大的差异，通过分析不同厚度的沥青混凝土铺装层和三种不同材料的铺装层对箱梁温度场的影响发现：不同材料和厚度的铺装层对箱梁温度场的影响并不大。
参考文献：
[1]刘华波.异形截面预应力混凝土箱梁温度场及温度效应研究[D].上海:同济大学,2002.
[2]李辉,陈翾,黄晓明,高英. 混凝土箱梁桥面铺装结构温度场有限元分析[J].中外公路,2008,(01):142-146
[3]薛刚,孙晓燕,白纬宇.变截面连续箱梁桥温度场及其效应的有限元分析[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2016,35(10):1132-1137.
论文作者:朱嘉科
论文发表刊物:《基层建设》2017年第32期
论文发表时间:2018/1/24
标签：混凝土论文; 厚度论文; 温度论文; 截面论文; 沥青论文; 温度场论文; 有限元论文; 《基层建设》2017年第32期论文;