温度效应下的板桁结合钢桥局部分析.pdf

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1、2014年2月陕西理工学院学报(自然科学版)Feb．2014第30卷第1期JournalofShaanxiUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)Vo1．30No．1[文章编号]1673—2944(2014)01—0022—05温度效应下的板桁结合钢桥局部分析高珍，王福敏(1．重庆交通大学土木建筑学院，重庆400074；2．招商局重庆交通科研设计院，重庆400067)[摘要]板桁结合结构钢桥在日照作用下，因桥面板和主桁升温速度不同而存在较大的温差，这种温差的存在对桥面板与桁架连接部位以及横梁与桁架连接的部位造成不利的影响。以重庆市东水门长江大桥

2、为X--程实例，运用有限元分析软件MidasFEA对实桥建立三个节段有限元模型，采用板单元，温度荷载加为单元温度，对局部温差作用进行了分析。结果表明：桥面板应力主要影响位置在横梁的两侧0．3Ill内，其应力符号相反；温差19℃时，引起板应力最大2．9MPa，横梁剪应力在22．8MPa波动；温差30cI=时，应力5．35MPa，剪应力高达32．52MPa。根据结构钢材考虑的温差，可知本工程设计的结构在目前考虑的温差效应是安全的，在施工拼装的过程中，应严格控制局部温差。[关键词]板桁结合；有限元；日照温差；MidasFEA[中图分类号]U41．5[文献标识码]A0前言钢桁结合梁是国内近年出现的一种

3、新型桥梁结构，是钢桁架组合桥面板共同受力的结构。由主桁、桥面板、纵肋，铁路纵、横梁和公路纵、横梁组成。钢桥面(由桥面板和纵肋组成)不仅在桥面板与桥面系统起作用，而且还作为主梁的一部分起作用，其结构行为很复杂。因为钢材是导热性能较好的材料，在日照影响下，由于钢桥面板和主桁升温速度不同而存在温差。其原因在于主桁结构大部分是箱型杆件，板件厚度大，13照条件下仅部分迎光面接受阳光直射，构件13照面积小，加上杆件内部密封空气的作用，构件升温速度比较慢；而钢桥面板为平面板，板件厚度较小，t3照条件下上表面为全部迎光面接受阳光直射，接受日照面积大，构件升温速度较快，由此产生显著的温差，导致产生较大的温差应力

4、，对结构造成危害。目前国内外研究板桁组合桥梁温度的文献较少，且研究主要是针对板桁结构的受力特点和计算方法。近年来钢桥桥面温度问题颇受关注⋯：英国学者Au监测研究了香港青马大桥的温度场，发现大气温度和太阳辐射强度主要影响钢桥的温度；英国学者Jones模拟计算了钢桥温度场；东南大学刘其伟等对钢一}昆组合箱梁沥青摊铺层温度场进行了试验研究。纵观以上的研究可知，国内外学者研究钢桥桥面的温度场还处在初步阶段。相关规范中也没有钢桁结构局部温差相关的说明，桥梁设计中对该部分的温度效应也没有考虑。目前国内规范的要求主要有：《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)4．3．1O中仅规定，混凝土上部结构和

5、带混凝土桥面板的钢结构，在竖向日照条件下，顶板与主梁间的温差梯度效应；《公路桥涵设计基本规范》(TB10002．1-2005)4．4．4中规定，桥涵结构和构件应计算均收稿日期：2013-09-13作者简介：高珍(1986一)，女，甘肃省秦安县人，重庆交通大学硕士研究生，主要研究方向为结构工程；王福敏(1962一)，男，四川省南溪县人，招商局重庆交通科研设计院研究员，硕士研究生导师，主要研究方向为桥梁工程。·22·第1期高珍，王福敏温度效应下的板桁结合钢桥局部分析匀温差和日照温差引起的变形和应力，温差应按当地的气候条件与建造条件确定。对于钢桥，应考虑历年极端最高与最低气温。本文以重庆市东水门长江

6、大桥为实例，建立工程有限元模型。1分析方法及温差效应的确定实桥中桥面板、桁架等构件全部焊接成为整体，模型采用板单元模拟，焊接用共节点。本文中的计算方法均为：先求出自重、索力和温差效应共同作用下的总响应，再减去自重、索力和环境基本温度作用下的响应，得到的差值即为温差效应的响应。本桥梁设计温度为最高+43qC，最低一1．8℃，钢结构温差按照±30oC考虑。施工拼装阶段进行实际测量，由于钢桥面板裸露，受太阳直射作用，温差效应主要体现在上层桥面板和桁架之间，温差一般在6℃，下午13时左右温差最大，其值为19℃，其中下桥面板、横梁和桁架温差较小，基本在2℃以内，可以不予考虑，而温差较明显时环境温度大约为

7、21℃。据此，环境温度取为21cI=，上层桥面板与桁架等构件的温差取6℃和19℃，根据实测最大温差在30cC以内，所以取温差10和30做比较分析。2工程背景重庆市东水门长江大桥采用双塔单索面部分斜拉桥的形式，全桥采用半漂浮体系。全桥桥跨布置为222．5m+445m+190．5m，桥宽为24m，桁宽为15m，桁高为13．5Ill。桥跨布置情况见图1(横断面位置及7#、8#、9#拉索用箭头标出)，典型