如何避免钢管内外温差带来的温度应力问题？

（1）计算情况

分析顶管内外壁的温度差对温度应力产生的影响时，包括表9-14的八种情况。

表9-14 顶管内外壁温度差影响计算情况表

（2）计算结果分析

①最大拉压应力值。对顶管影响最大的是顶管纵向应力。通过对上述八种情况进行计算，得到顶管中沿管轴线方向的最大拉应力和最大压应力，见表9-15（负号表示受压）。

表9-15 顶管内外壁温度差影响最大拉压应力表

图9-36 分析点位示意图

②管壁应力沿管轴线方向的分布。在钢顶管的某一截面上，定义如图9-36所示的1～6号点，以方便应力的读取。需要注意，内侧是指曲线顶管的弯曲内侧，并不是指顶管的内壁；同样，外侧并不是指顶管的外壁。

对于正温差的情况，上述各点上的应力沿着顶管轴线的分布如图9-37～图9-40所示。

图9-37 温差+5℃时各点应力沿管轴线分布图

图9-38 温差+10℃时各点应力沿管轴线分布图

图9-39 温差+20℃时各点应力沿管轴线分布图

图9-40 温差+30℃时各点应力沿管轴线分布图

由图可知，在正温差作用下，曲线顶管的内侧，沿长度方向中部受压应力，两端受拉应力；而顶管的外侧，中部受拉应力，两端受压应力，呈现为典型的受弯模式；随着温差的增大，最大拉应力和最大压应力的差值也增大；3、4号点处于曲线顶管的中间截面上，所以3、4号点的应力完全一样，并且在正温差的作用下均受拉应力作用；在距离顶管两端头约1／5长度的位置处，存在两个“反弯点”，在该位置，外侧、内侧以及中间截面的应力均相等。

图9-41 温差-5℃时各点应力沿管轴线分布图

图9-42 温差-10℃时各点应力沿管轴线分布图(www.xing528.com)

图9-43 温差-20℃时各点应力沿管轴线分布图

图9-44 温差-30℃时各点应力沿管轴线分布图

图9-45 计算截面示意图

对于负温差的情况，得到的应力分布规律与正温差的情况基本一致，不同点是3、4号点所在的中间截面从受拉应力作用变为受压应力作用（图9---------------------------------41～图9-44）。

③顶管内外壁应力差。曲线顶管在管内壁与管外壁之间的温差作用下，将在钢管的内外壁之间产生应力差。通过有限元计算，可以得到在不同的温差时，钢管内外壁间的应力差，表9-16所示的1、2、5、6号点即为上面图示中的点，计算的横截面则取图9-45所示的截面。

表9-16 顶管内外壁应力差 （MPa）

从表9-16可知，随着温差值的增大（不论是正温差还是负温差），顶管内外壁之间的压力差也不断增大，压力差与温差值大致呈线性关系。

④各点应力随温差的变化趋势如图9-46～图9-51所示。

图9-46 顶管内侧1号点的应力随温差（正温差）的变化趋势

图9-47 顶管内侧1号点的应力随温差（负温差）的变化趋势

图9-48 顶管外侧2号点的应力随温差（正温差）的变化趋势

图9-49 顶管外侧2号点的应力随温差（负温差）的变化趋势

图9-50 顶管上方3号点的应力随温差（正温差）的变化趋势

图9-51 顶管下方4号点的应力随温差（正温差）的变化趋势

由以上各图可见，对于1号点所在的顶管内侧，呈中部受压，两端受拉的形态，在正温差作用下，朝着整体受拉发展，但中部始终受压，而在负温差作用下，朝着整体受压发展；对于2号点所在的顶管外侧，呈中部受拉，两端受压的形态，在正温差作用下，朝着整体受拉发展，但两端始终受压，而在负温差作用下，朝着整体受压发展；对于3、4号点所在的中间截面，在正温差时受拉，负温差时受压，变化的幅值与内外侧相比是很小的，所以在下文中，不对中间截面上的应力作详细讨论。