溫度模式對連續(xù)剛構(gòu)橋主梁效應(yīng)分析

摘要：本文以宜萬高速某連續(xù)剛構(gòu)橋為例，采用交通部公路科研所GQJS9.7橋梁軟件建立橋梁結(jié)構(gòu)模型，按剛構(gòu)橋梁不同的溫度梯度模式進行溫度效應(yīng)計算分析研究，探討溫度模式對主梁效應(yīng)影響，為今后連續(xù)剛構(gòu)橋不同溫度模式時主梁效應(yīng)分析提供參考。

Abstract： This article takes a continuous rigid-frame bridge of Yiwan Expressway as an example， and uses GQJS9.7 bridge software of the Highway Research Institute of the Ministry of Communications to establish a bridge structure model. The temperature effect calculation and analysis of different temperature gradient modes of rigid-frame bridges are carried out to discuss the effect of temperature mode on the main beam， which provides a reference for the analysis of the main beam effect in different temperature modes of continuous rigid frame bridges in the future.

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋;溫度梯度;溫度應(yīng)力;溫度效應(yīng)

Key words： continuous rigid frame bridge;temperature gradient;temperature stress;temperature effect

中圖分類號：U448.23 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）08-0143-03

0 ?引言

高速公路的修建方向逐漸向山高溝深的地理環(huán)境范圍進行拓展，其造價成本、維護修繕成本及本身特點，使連續(xù)剛構(gòu)橋梁在時下山區(qū)高速路發(fā)展中應(yīng)用廣泛[1]。在設(shè)計中一般適當(dāng)考慮體系溫差和日照溫差兩類溫差對橋梁的作用。對于第一類體系溫差，主要按橋梁所在地的平均氣溫確定，體系溫差對剛構(gòu)橋的影響主要集中在在支座下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計。溫度梯度對連續(xù)剛構(gòu)橋的影響較大，它與橋梁的外形、尺寸、橋面的構(gòu)造組成等有關(guān)外，還與所處地形條件、方位、氣象環(huán)境等多種因素有關(guān)[2]。體系溫差對連續(xù)剛構(gòu)橋橋上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力或應(yīng)力的影響一般不到恒載內(nèi)力或應(yīng)力的5%[3]。溫度梯度對連續(xù)剛構(gòu)橋的影響，現(xiàn)行橋梁主要假定溫度梯度在橋梁上部結(jié)構(gòu)不變不變來考慮的，但這與實際情況存有差異。而且成橋后運營階段時，對橋梁的維護保養(yǎng)等也無從下手。在此采用不同溫度模式計算，得出的主梁的效應(yīng)數(shù)據(jù)，從而為確定合適方便的溫度梯度模式進行計算探討。也對維護保養(yǎng)橋梁提出參考性的維護措施建議。

1 ?連續(xù)剛構(gòu)橋工程概況及模型建立

本處以宜萬高速公路某處連續(xù)剛構(gòu)橋為例，該橋主跨為（100+180+100）m單箱單室連續(xù)剛構(gòu)橋，支點箱高10.57m 跨中箱高3.07m，寬12.1m ，箱梁底緣采用二次拋物線曲線設(shè)計變化的單幅高速公路橋。

橋梁整體計算模型建立：

根據(jù)該橋施工圖，結(jié)合連續(xù)剛構(gòu)橋構(gòu)造圖的分塊方案，按施工節(jié)段劃分有限元單元建立模型，全橋分135個單元，138個節(jié)點。兩邊對稱布置，模型左半部分見圖1所示，期中全橋橋面共計103單元。

2 ?溫度梯度模式的選擇

2.1 計算工況的選擇

為了分析計算橋梁結(jié)構(gòu)運營階段由于不同溫度梯度所引起的梁內(nèi)應(yīng)力情況，以不同的溫度梯度模式為+活載為不同的工況進行計算主梁應(yīng)力，定量分析主梁的主拉應(yīng)力及上下緣正應(yīng)力的影響。

①工況1：鐵路橋涵規(guī)范（2005）溫度模式

②工況2：采用中國橋規(guī)（2015）溫度模式（T25/6.7）

③工況3：采用中國橋規(guī)（2015）溫度模式（T14/5.5）

④工況4：采用部分學(xué)者現(xiàn)場擬合溫度模式

2.2 擬合溫度梯度模式的確定

對于公路、鐵路設(shè)計規(guī)范關(guān)于溫度梯度的具體要求不再進行闡述，只就工況4中關(guān)于部分研究成果的溫度模式說明，這類溫度模式的研究已取得較多成果[4][5]。

3 ?模型計算分析溫度的效應(yīng)

3.1 剛構(gòu)橋主梁主拉應(yīng)力計算分析

T25/6.7、T14/5.5按公橋規(guī)JTG D60-2015 豎向日照溫差計算的溫度基數(shù)由規(guī)范提供溫度梯度為默認參數(shù)。 計算結(jié)果數(shù)據(jù)形成圖2（只列舉工況2）。

通過對計算結(jié)果數(shù)據(jù)的分析，由數(shù)據(jù)分析可以知道：

①各溫度模式作用下同部位同一截面的應(yīng)力分布具有相似性。主拉應(yīng)力出現(xiàn)變化較大的位置集中在跨中及邊跨現(xiàn)澆段，但不同的溫度梯度模式計算得到的梁內(nèi)應(yīng)力有差別，個別截面出現(xiàn)異號應(yīng)力圖3。溫度梯度模式的選擇要結(jié)合現(xiàn)場予以考慮。

②2015橋規(guī)溫度模式（工況2）計算的結(jié)果的主拉應(yīng)力最大，而擬合溫度模式（工況4）計算的主拉應(yīng)力最小，鐵路橋規(guī)溫度模式（工況1）介于工況2及工況4之間。從計算和圖中可以看出：溫度應(yīng)力產(chǎn)生裂縫最多最常見的是支座附近和跨中處。

3.2 剛構(gòu)橋主梁上下緣正應(yīng)力計算分析

連續(xù)剛構(gòu)橋在不同溫度梯度模式計算的箱梁上下緣正壓應(yīng)力（數(shù)據(jù)表略）見圖4 及圖5 ?，由圖可知道：在溫度荷載作用下，中跨跨中橋面產(chǎn)生的正應(yīng)力最大，在橋墩及邊墩出橋面的正應(yīng)力最小;橋規(guī)2014溫度梯度模式（工況2）產(chǎn)生的橋面正應(yīng)力最大達到19.92MPa，遠遠大于鐵規(guī)2005溫度梯度模式（工況1）產(chǎn)生的橋面正應(yīng)力12.35MPa。溫度梯度模式對橋面的正應(yīng)力影響大，溫度梯度模式的選擇對計算箱梁下緣主應(yīng)力曲線的影響很小。

4 ?結(jié)語與建議

對比結(jié)果分析知道：

①不同溫度模式的選擇對剛構(gòu)橋的計算結(jié)果有區(qū)別，選擇不同可能導(dǎo)致計算結(jié)果出現(xiàn)很不同的主拉應(yīng)力，從而造成橋梁結(jié)構(gòu)狀況判斷模糊。一般情況下，連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋在支點處要加強橫截面剛度，設(shè)計時可采用加厚腹板和底板的辦法。這樣由于截面下緣可能保留較大的壓應(yīng)力，對改善縱橋向溫度應(yīng)力是有利的。

②工程實踐證實連續(xù)剛構(gòu)橋在溫度作用下產(chǎn)生的細微裂縫不會影響結(jié)構(gòu)的正常使用，但不同溫度模式對支座及跨中截面的驗算會產(chǎn)生有區(qū)別的應(yīng)力結(jié)果，由此要確?？刂浦骼瓚?yīng)力滿足規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。

參考文獻：

[1]項貽強，等.考慮豎向和橫向溫度梯度的橋梁溫度應(yīng)力分析田[J].中國市政工程，2008（2）.

[2]王一.具有初始幾何缺陷的薄壁箱梁橋使用性能研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2009.

[3]顧斌，謝甫哲，等.大跨橋梁結(jié)構(gòu)三維日照溫度場計算方法（東南多學(xué)學(xué)報），2019，49（4）.

[4]武曉宇.混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋主梁在溫度梯度下結(jié)構(gòu)效應(yīng)研究[J].工程結(jié)構(gòu)，2018（08）.

[5]張武.混凝土箱梁橋溫度效應(yīng)研究[D].南京：東南大學(xué)，2016.

[6]王海豐.大跨連續(xù)剛構(gòu)橋溫度梯度應(yīng)力分析[J].北方交通，2014（04）：46-47.

[7]劉水.大跨連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁裂縫及加固研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2007.