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摘要：本文主要研究地铁单箱单室截面在日照、寒潮两种梯度温度作用下箱梁顶板应力分布，利用midas civil、midas fea分析软件分别建立杆系与实体有限元分析模型，对比分析所获得的应力结果。
关键词：单箱单室、环框、日照、寒潮、等效温度自弯矩、等效温度自轴力、等效自内力。
对于地铁单箱单室截面，环框计算时温度效应包含日照、寒潮两种计算模式，文献[1]温度计算结果表明，对于超静定结构，非线性梯度温度包含温度自应力与温度次应力。通常设计人员使用杆系有限单元计算软件获得温度内力为温度次内力，由次内力按材料力学公式计算得到的温度应力为温度次应力。杆系有限单元软件计算可以输出温度总应力。通常设计人员将这部分温度总应力减去温度次应力，便得到温度自应力，然后采用积分的方法，按照材料力学的公式，将温度自应力等代为“等效温度自弯矩”及“等效温度自轴力”，这个“等效自内力”再加上前面提到的温度次内力便获得截面等效总内力，然后利用这个总内力计算砼裂缝、钢筋及混凝应力。
然而，对于环框计算，无论是否将应力等效为温度自内力，都需要验证环框杆系单元计算获得的温度应力是否正确，偏于保守还是不够安全。这个过程均需要通过实体有限元实体分析进行对比验证(Midas Civil、Midas FEA)。
本文为了验证杆系单元环框计算获得的应力安全度，针对某地铁高架桥单箱单室截面建立了实体有限元分析模型。
非线性温度加载模式如下图:
杆系单元非线性温度采用沿截面高度变化的加载模式，实体单元采用节点温度加载方式，不同截面高度节点温度赋于不同的值。
实体与杆系单元的计算纤维模型如下两图:
从上图可以看出，杆系单元计算获得的上缘最大正应力(压为负)为-2.70MPa，实体有限元分析计算获得的顶板上缘正应力为-1.78Mpa，由此可知，杆系单元计算获得的应力在此区域偏保守，按杆系单元的应力进行配筋计算不仅满足规范要求，且有一定的富余度。
从上图可以看出，杆系单元计算获得的下缘最大正应力(压为负)为0.91MPa，实体有限元分析计算获得的下缘正应力为2.00Mpa，由此可知，杆系单元计算获得的应力在此区域偏保守，按杆系单元的应力进行配筋计算不仅满足规范要求，且有一定的富余度。且可以看出，杆系单元计算获得的此区域的拉应力明显大于实体单元计算结果。究其原因，主要还是因为实体模型单元与单元之间的连接更刚。另从杆系单元的纤维图可以看出，腹板与顶板，腹板与底板的连接不如实休单元同样部位连接那么强。
（二）寒潮温度作用下实体与杆系单元应力对比：
从上图可以看出，杆系单元计算获得的上缘最大正应力(压为负)为2.30MPa，实体有限元分析计算获得的顶板上缘正应力为1.63Mpa，由此可知，杆系单元计算获得的应力在此区域偏保守，按杆系单元的应力进行配筋计算不仅满足规范要求，且有一定的富余度。但值注意的是，寒潮温度作用下，杆系与实体计算结果的差值没有日照温度作用下那么明显。
从上图可以看出，杆系单元计算获得的下缘最大正应力(压为负)为1.30MPa，实体有限元分析计算获得的上缘正应力为0.81Mpa，由此可知，杆系单元计算获得的应力在此区域偏保守，按杆系单元的应力进行配筋计算不仅满足规范要求，且有一定的富余度。但值注意的是，寒潮温度作用下，杆系与实体计算结果的差值没有日照温度作用下那么明显。
综上所述，按杆系单元进行环框计算获得的应力较实体单元更保守按杆系单元的应力进行配筋计算不仅满足规范要求，且有一定的富余度，要于通常的设计计算工作中执行。
参考文献
[1] 刘钊、吕志涛. 桥梁概念设计（上册） 北京：人民交通出版社，2010.
论文作者:桂松柏
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/20
标签：应力论文; 温度论文; 单元论文; 实体论文; 内力论文; 截面论文; 寒潮论文; 《基层建设》2017年5期论文;