由于受到太阳辐射、日温差、寒流的影响,大跨度连续刚构箱梁桥横断面出现温度变化,使结构产生温度应力,这些应力有可能达到甚至超过由活荷载产生的应力,有可能使结构构件出现裂缝。然而,这些现象的机理还不十分清楚。因此有必要研究一套混凝土箱梁桥温度效应的测试方案和数值模拟方法。 本文以观音沙大桥为工程背景,从现场测试、有限元模型的建立、温度效应的数值模拟、温度裂缝的预防等方面,对单室箱梁桥的温度效应进行研究。 第一,进行实桥测试,讨论了温度场、纵向温度应变和挠度的测试方案。并对一座单箱单室箱梁进行了测试。测试结果表明,当天气晴朗或多云时,在日照作用下,桥面温度不是等值的,而是沿横桥向呈抛物线变化,高度较高的腹板顶面温度最高；而到了晚上,桥面温度则基本相同,且低于腹板温度。观测结果说明,每日下午12:00～16:00时产生最大竖向正温度梯度,而最大负温度梯度出现在凌晨6:00～7:00,而腹板和底板的温度的差别不大。 第二,从热流平衡方程和拟合公式两个角度出发,探讨混凝土桥温度场与桥梁的几何特性、桥梁所在位置、桥梁走向、所用的材料、气象条件等因素之间的关系,发现日间太阳辐射、气温和相对湿度是影响桥梁横截面温度分布的主要因素,而晚上则是气温和相对湿度两个因素起主要作用。另外,提出了将测试数据按线性插值法计算桥面温度时,要乘以桥面温度修正系数。 第三,进行数值模拟。一方面建立了每个结点7个自由度的空间梁单元模型并应用MATLAB编制了相应的有限元程序,另一方面采用实体单元模型,分析箱形梁桥在结构自重作用和偏心荷载下的应力和位移,并对计算结果进行比较,以验证自编程序分析箱梁桥的可靠性。 第四,根据单室箱梁温度场的测试结果,在建立空间梁单元模型分析箱形梁桥的温度效应时,提出将横断面的竖向温度梯度沿箱梁中线分成左、右腹板区域分别施加。因此,将温度荷载转换为等效结点荷载时,等效结点荷载包括轴力、弯矩和双力矩。 第五,根据实测数据得出混凝土不同龄期的应力一应变曲线,建立实体模型,将竖向温度梯度施加到结点上,分别对桥梁温度效应进行弹性分析和材料非线性分析,发现两种计算方法得到的挠度结果相差不大,箱梁上缘纵向应力则相差较大。 第六,探讨空间梁单元模型和实体单元模型中预应力的数值模拟方法。在空间梁单元模型中,预应力通过作用于每个单元上的等效结点荷载来模拟。而对于使用ANSYS软件建立的实体单元模型,则用Link8单元来模拟预应力钢筋。 最后,分别应用弥散裂缝模型和分离裂缝模型分析桥梁的温度裂缝,并探讨将温度效应数值分析方法应用于桥梁施工监控中的可行性。