下承式鋼桁結(jié)合梁溫度效應(yīng)分析

席國政

（山東省交通科學(xué)研究院， 山東 濟(jì)南 250100）

1 橋梁概況

某96 米簡支下承式鋼桁結(jié)合梁橋，梁跨96 米、桁高12.3 米、主桁中心距11.2 米、8 個(gè)節(jié)間長度均為12 米。無豎桿平行弦桁架結(jié)構(gòu)、縱橫梁板式橋面系，主桁節(jié)點(diǎn)采用整體節(jié)點(diǎn)形式，上、下弦桿在節(jié)點(diǎn)外拼接，斜腹桿采用插入形式與整體節(jié)點(diǎn)拼接。各桿件截面尺寸見圖1。

圖1 下承式鋼桁結(jié)合梁橋面結(jié)構(gòu)（mm）

2 計(jì)算模型

2.1 材料特性

Q370qE 級(jí)鋼、Q345qD 級(jí)鋼：彈性模量2.1×105MPa，泊松比0.3；

C40 混凝土：彈性模量3.25×104MPa，泊松比0.2。

2.2 荷載工況

工況 1：一期恒載+二期恒載+驟然降溫（溫度值：混凝土-5 C° ，主桁及上平聯(lián)- 15 C° ）；

工況2：一期恒載+二期恒載+日照升溫（溫度值：橋梁系5 C° ，主桁及上平聯(lián)20 C° ）；

工況 3：一期恒載+二期恒載+驟然升溫（溫度值：橋面系15 C° ，主桁及上平聯(lián)30 C° ）。

2.3 模型建立

主桁及縱、橫梁采用梁單元模擬；混凝土橋面板用板殼單元模擬，聯(lián)接縱、橫梁與橋面板的剪力釘用剛臂模擬。

3 計(jì)算結(jié)果及分析

鋼與混凝土線膨脹系數(shù)對(duì)溫度荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響較大，線膨脹系數(shù)按實(shí)際取αs= 1.2 ×10-5、αc= 1.0 ×10-5。

3.1 主桁的位移和應(yīng)力

主桁在溫度荷載作用下產(chǎn)生的上撓值，與在豎向荷載作用下的下?lián)现迪喾?。驟然降溫與豎向荷載作用下的內(nèi)力相同，其下弦桿均為軸向拉應(yīng)力，并在其端部產(chǎn)生最大拉、壓應(yīng)力；驟然升溫時(shí)，其下弦桿均為軸向壓應(yīng)力，并在其端部產(chǎn)生最大拉、壓應(yīng)力，其值可與荷載作用時(shí)產(chǎn)生的拉力值相互抵消一部分。驟然降溫不利于下弦桿受力，而驟然升溫則有利于下弦桿受力。

圖2 構(gòu)件位移及應(yīng)力圖示

表1 主桁各桿及縱、橫梁應(yīng)力值(Mpa)

3.2 縱、橫梁的應(yīng)力

驟然降溫時(shí)，縱梁則以拉應(yīng)力為主，其各節(jié)間應(yīng)力基本一致，最大值發(fā)生在節(jié)間2 靠全橋支座端；驟然升溫時(shí)，由端橫梁向中橫梁其應(yīng)力值遞減，端橫梁處出現(xiàn)最大拉、壓應(yīng)力。驟然降溫作用下產(chǎn)生的應(yīng)力值與驟然升溫荷載作用時(shí)相反，驟然降溫對(duì)橫梁的受力有利，驟然升溫作用時(shí)，縱梁的變形性質(zhì)相反。

3.3 混凝板的應(yīng)力

驟然降溫作用時(shí)，混凝土板以受壓為主，其分布均為橋跨兩端最小、跨中最大，其頂、底面同中面基本相等，其應(yīng)力以膜為主、彎曲為輔?？v梁上方的混凝土板頂、底面縱向應(yīng)力存在峰值?；炷涟宓募魷?yīng)在橋梁的兩端最大，并由兩端向跨中遞減，見圖2.c。

驟然升溫作用時(shí)，主桁對(duì)橋面系有拉力作用，并將其在縱、橫梁及混凝土板上重分配，且縱梁在橋跨兩端受拉、跨中受壓，表明混凝土板在跨中受拉，混凝土板的剪力滯效應(yīng)同驟然降溫工況，在橋梁兩端最大，并由橋梁兩端向跨中遞減，見圖2.d。

4 結(jié)語

下承式鋼桁結(jié)合梁橋溫度荷載效應(yīng)：驟然降溫時(shí)，混凝土板以受壓為主，其分布均為橋跨兩端最小、跨中最大；混凝土板的應(yīng)力頂面、底面同中面基本相等，均以面內(nèi)荷載產(chǎn)生的膜應(yīng)力為主、面外荷載產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為輔；混凝土板的剪滯效應(yīng)，在橋梁的兩端最大，并由兩端向跨中遞減。驟然升溫時(shí)，主桁對(duì)橋面系有拉力作用，并在縱、橫梁及混凝土板上進(jìn)行重分配；縱梁在橋跨兩端受拉、跨中受壓，混凝土板在跨中處受拉；混凝土板的剪力滯效應(yīng)與驟然降溫時(shí)的變化規(guī)律相同。主桁位移、內(nèi)力，縱橫梁應(yīng)力，混凝土應(yīng)力均小于規(guī)范限值，不會(huì)對(duì)安全運(yùn)營造成影響。