高寒地区钢筋混凝土简支梁温度变形的观测与温变系数的研究

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发布时间：2021-09-14

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高寒地区钢筋混凝土简支梁温度变形的观测与温变系数的研究
戴吉春，董校辉
(绥棱县水务局，黑龙江绥棱152200)
摘要：简支梁在水利工程中是一种常见的构件，多年来广泛地应用在各类水工建筑上。例如：渡槽、桥梁，涵洞等工程中。它的优
点是：计算简便，技术理论容易掌握，在结构方面，梁的构件对下部支承部位不产生水平推力，且便于施工，应用在渡槽工程
中，可以现场浇筑也可以预制加工后吊装，止水设备便于制作和安装。
关键词：钢筋混凝土简支梁；温度变形；观测；温变系数
中图分类号：TU375．1 文献标识码：A
目前国内渡槽工程建设中，大多采用简支式渡槽。所以
简支梁是水利工程建筑中很受欢迎的一种结构型式。
l 探讨工作的起因
简支梁应用在水工建筑中，从前因为修筑的跨度较小，
一般多在10 m以下，所以由温度变化引起的梁的纵向变化也
不太大。计算工作中，对于温变数值一般是忽略不计，主要
是因为建筑物在运行中，简支构件的纵向伸缩值较小，对整
体结构不产生太大的危害，因此，简支梁的“纵向变形”不能
使人们十分注意。
近些年来，由于结构型式的改革，计算理论有了新发展。
水工建筑中出现了一些新形的结构与构件，简支梁类的“高
梁”结构得到了广泛的应用，梁的跨度有了很大幅度的增长，
多是增长到10 m以上。长江以南诸省，设计和修建了许多跨
度12 m以上长的梁式渡槽。在北方的渡槽设计工作中，从防
冻害角度出发，为了减少冻害发生的因素，从缩减建筑物与
冻土体接触的支墩个数着眼，需要尽可能地加大单跨尺寸长
度；从工程造价的经济效益来说，增加了单跨尺寸长度以后，
就可以缩减工程量，节省建设投资。例如：黑龙江省绥棱县
上集灌区的“北大渡槽”，要求通过的流量为6．6 m ／s，工程
设计时，采用梁式渡槽结构型式，并作了两个方案进行比较：
小跨度的第一方案要设5个支墩和2个边墩。较大跨度的第
二方案只设两个岸墩就可以了，单跨长度13．6 m。这样，基
坑开挖土方量第一方案比采用第二方案(即跨度长13．6 m的
梁式渡槽槽身结构时)多了3 000 In 土方，就槽身混凝土量一
项来说，第二方案混凝土量是第一方案的1／3，计节省了200
钢筋混凝土63 m。(一为93．17 In ，一为30．63 m。)，仅这两项
就节省人工2 000个工日，共节省资金近5．7万元。
简支梁梁式渡槽在实际应用时既然有上述长处，所以有
必要对其各个细部结构的特性进行深入的研究与探讨，以便
全面掌握这种构件在寒冷地区运行的功能与特点，利于水工
建筑物的设计、施工、管理和使用。简支梁的温变研究，就是
这些探讨的项目之一。
2 简支梁温度变形的理论计算与实际观测
简支梁的温变就是混凝土随着温度的变化而发生膨胀
或收缩的变形。有关资料中，对大体积混凝土在有“要束”条
件下，温度变形情况的论述比较多，如美国混凝土学会规定：
“任何就地浇筑的大体积混凝土必须采取措施，解决体积变
形问题⋯⋯。”13本建筑学会标准(JASSs)的定义是：“结构断
面最小尺寸在80 cm以上，⋯⋯必须采取温度控制措施，尽可
能减少温度变形”。
但是，对小体积混凝土构件，如各种型式的简支梁等项
构件的温变研究与论述就不多了，尤其在冬夏温差较大的寒
冷地区，对混凝土简支梁和其他小体积混凝土构件温度变形
的研究就更少了。
近几十年来，在水工建筑技术设计工作中，经过对多座
梁式渡槽的技术设计和竣工后的逐年观测，认识到简支形式
的纵梁因温变产生的变形，是值得重视的一个课题。如果渡
槽的纵梁长度在12～14 In，当变化温差在40℃时，严冬季节，
在无外力作用下，纵梁就要收缩6～14 mm或更大一些，由此
产生拉应力。计算公式为：
= 号= (1)
式中：△Z 为温度收缩值，Z为纵向量体长度，E为混凝土弹性
模量。
上述温度拉应力的计算值在133．8—267．7 kg／cm ，而在
夏季，当气温接近混凝土施工成型温度时，冷缩的缝隙因温
升逐渐闭合，纵梁长度又恢复了原状。这一长度的变化使构
件内部产生了巨大的破坏力。如果事先没有预防和备有相
应的技术措施，就足以使建筑物遭到严重的破坏，在工程效