近年来，我国道路交通流量逐步增大，交通运输负担日益加重，为舒缓交通，广泛采用连续宽箱梁桥，目前我国宽箱梁桥结构设计依据《公路桥涵通用设计规范JTGD60-2015》（以下简称《15桥规》）进行。此桥型具有行车舒适、变形小等优点，但其在实际运营过程中产生的各类开裂问题也比较严重。其中温度效应是产生开裂不可忽视的一个因素，而我们对温度梯度作用的认识尚存在不足，在以往箱梁桥设计中往往忽略横向温度梯度作用影响。

　　我国科研人员已经开始逐步深入地对混凝土宽箱梁桥温度场分布进行研究，经研究分析可以得到，在不同地区下的宽箱梁温度场分布规律，与将温度梯度作用曲线进行拟合时考虑的拟合函数都是不相同的，需要针对各自地区进行详细的实测与模拟分析，得到较为符合当地地理气象特点的、符合宽箱梁温度场分布特点的温度梯度作用。

　　鉴于此，本文以某单箱三室连续梁桥为工程实例，建立了具有一定工程精度的宽箱梁温度场模型，并利用有限元软件模拟日照温度场分布，分析日照温度场的规律性，从而为同类工程分析连续宽箱梁桥日照温度应力提供参考。

　　1日照温度场分布的影响因素

　　影响混凝土箱梁日照温度场分布的主要因素分为以下三个方面：

　　1）外部气候因素：太阳辐射强度、风速、大气温度等

　　随着太阳辐射强度和大气温度温差的增大，桥梁温度分布更加不均匀，尤其是太阳辐射强度变化影响更为显著；风速的增大会使截面温度分布趋于平均。

　　2）外部地理因素：桥址的经纬度、海拔、地表种类以及地形条件等

　　在纬度较低、海拔较高的区域太阳辐射强度也比较高，导致桥梁截面温度分布更加不均匀；跨河桥梁与普通跨陆地桥梁相比，由于地面反射率的不同，前者的上部结构底部得到经地面反射的太阳辐射比后者的更大，也会使得桥梁底板温度分布更加不均匀；其他复杂的地理环境（如高山、峡谷等）会对桥梁局部结构产生一定程度的遮挡作用，该影响较为复杂，需要依据实际情况特殊考虑。

　　3）内部结构因素：桥梁走向、截面类型与尺寸以及所用材料的相关热工参数等

　　南北走向的桥梁横向温度梯度比东西走向的桥梁横向温度梯度更加明显；深色的二期铺装层比浅色的二期铺装层吸收更多的热量，导致温度分布更加不均匀；翼缘板的长度对于边腹板起到一定的遮挡作用，会增加桥梁整体的竖向温度梯度，但对于腹板局部温差的幅度会有所减小。

　　2工程概况与测点布置

　　某大桥位于河北省廊坊市境内，呈南北走向，上部结构采用预应力混凝土连续变截面宽箱梁，其中顶板宽25.4 m。

　　结合依托工程的实际条件，选择0#梁段端部的A-A截面布置温度传感器。温度传感器型号为JMT-36A，测量精度达到±0.5 ℃。将每个传感器与对应位置处的纵向钢筋利用匝丝绑扎固定，随后将温度传感器与机箱相连，自动进行温度数据采集，设定时间间隔为每2 h采集一组数据。

　　3宽箱梁日照温度场有限元模型建立

　　对于该宽箱梁桥，建立日照温度场有限元模型分析，利用Midas/FEA有限元软件建立宽箱梁日照温度场有限元模型。首先确定材料的热工参数，其中导热系数k为3.35W/（m·K），比热容c与密度ρ分别为920J/（kg·K）和2500kg/m3；其次以温度场实测截面的实际尺寸建立高阶平面应变单元的有限元模型；最后以单元尺寸为10cm进行映射网格划分，共计划分29626个节点，9782个单元。

　　由于此次宽箱梁日照温度场为瞬态分析，需要设置初始温度条件，参考实测证明，早上6点时混凝土箱梁内部温度分布比较均匀并且与大气温度接近，可以考虑将此时的大气温度设置为箱梁内部温度。

　　宽箱梁边界条件是热辐射、对流换热、辐射换热三种方式混合的，但Midas/FEA无法同时添加对流换热和辐射换热这两种边界条件，因此将三种换热方式全部等效为对流换热这一种边界条件，其中外表面边界条件和内表面边界条件均可根据上节推导得到各自的综合大气温度和综合换热系数。在相应节点处添加相应综合大气温度和综合换热系数，每小时之间的边界条件采用线性插值进行设置。

　　宽箱梁日照温度场瞬态分析是随着时间变化而变化的，需要采用多步荷载加载，可以利用软件中的施工阶段功能达到相应模拟的目的。本文分析时间范围从早上6点到下午6点，共计12小时，其中时间间隔取1小时，共设置13个施工阶段。

　　分析类别设置为一般热传导类型，进行求解即可。

　　4有限元模拟温度场计算结果与分析

　　1）宽箱梁温度场有限元计算结果

　　由于宽箱梁日照温度场主要在晴天、微风、大气温差较大的天气达到最不利温度场分布，故本文选择2019年9月8日作为宽箱梁温度场模拟日期。当日天气情况为晴天微风，并且大气温差高达20 ℃，经过温度场有限元计算，得到各时刻温度场分布。

　　2）计算结果分析

　　由各时刻温度场分布结果可得，宽箱梁截面温度场分布随着时间的变化而发生变化，随着日照辐射强度的不断增大，混凝土导热系数偏小，导致温度场分布也越来越不均匀，在同一位置处，随着厚度的增加温度也存在着滞后性。宽箱梁内部在12个小时的热传导下，顶板温度场不均匀分布最为显著，也是由于顶板厚度较小，相对热传导较快；边腹板与中腹板厚度分别为1.2 m和1.1 m，腹板内部混凝土温度变化不大；底板厚度为1.3 m，只是在底板底面一定范围内存在较明显的温度梯度。当t=14时，截面翼缘板顶面端部处出现最大温度数值45.0 ℃。

　　对于顶板，在下午2时，温度场取得最大温度值，达到45.0 ℃。对于东侧边腹板，在上午10时在外表面一定范围内产生较大的温度梯度，随着太阳高度角继续升高，便始终处于翼缘板的遮挡下，与西侧边腹板受到中幅桥遮挡一致，温度梯度不是很大；对于中腹板，由于内箱室的气温变化幅度不大，因此整体的温度场变化也不是很明显。对于底板，在下午2至下午6时，底板下缘一定范围内取得竖向温度梯度均在10 ℃左右，而最大横向温度梯度在上午10时取得，但数值较小。

　　整体而言，由于顶板的厚度较薄，并且受到太阳辐射作用最大，导致温度场分布最不均匀，存在着较大的竖向与横向温度梯度；腹板与底板的厚度较大，只在外表面一定范围内有较小的温度梯度，而内部温度场分布比较均匀，变化不大。

　　3）实测值与模拟值的比较

　　将一些典型测点（顶板测点T1、T2、T3，腹板测点M1、M2，底板测点B2）的实际测量值与有限元模拟值进行比较后发现，在t=10时至t=16时之间二者相差较小，实际测量值与有限元模拟值较为接近，在该时间段内混凝土宽箱梁温度场分布也达到了峰值。故应用有限元软件分析，能够得到较为精确的日照温度场分布。

　　5结论

　　1） 对于顶板，在下午2时，温度场取得最大温度值，达到45.0 ℃；并且达到最大竖向温度梯度，21.1 ℃；在上午10时，达到横向最大温度梯度，16.6 ℃。

　　2） 对于东侧边腹板，在上午10时在外表面一定范围内产生较大的温度梯度，随着太阳高度角继续升高，便始终处于翼缘板的遮挡下，与西侧边腹板受到中幅桥遮挡一致，温度梯度不是很大；对于中腹板，由于内箱室的气温变化幅度不大，因此整体的温度场变化也不是很明显。

　　3） 对于底板，在下午2至下午6时，底板下缘一定范围内取得竖向温度梯度均在10 ℃左右，而最大横向温度梯度在上午10时取得，但数值较小。

　　4） 整体而言，由于顶板的厚度较薄，并且受到的太阳辐射作用最大，从而导致温度场分布最不均匀，存在着较大的竖向与横向温度梯度；腹板与底板的厚度较大，只在外表面一定范围内有较小的温度梯度，而内部温度场分布比较均匀，变化不大。（姜波）

　　（审核专家 王一臣）