溫度模式對連續剛構橋主梁效應分析

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

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.

關鍵詞：連續剛構橋;溫度梯度;溫度應力;溫度效應

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

中圖分類號：U448.23 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：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，使連續剛構橋梁在時下山區高速路發展中應用廣泛[1]。在設計中一般適當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，體系溫差對剛構橋的影響主要集中在在支座下部結構的設計。溫度梯度對連續剛構橋的影響較大，它與橋梁的外形、尺寸、橋面的構造組成等有關外，還與所處地形條件、方位、氣象環境等多種因素有關[2]。體系溫差對連續剛構橋橋上部結構的內力或應力的影響一般不到恒載內力或應力的5%[3]。溫度梯度對連續剛構橋的影響，現行橋梁主要假定溫度梯度在橋梁上部結構不變不變來考慮的，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，得出的主梁的效應數據，從而為確定合適方便的溫度梯度模式進行計算探討。也對維護保養橋梁提出參考性的維護措施建議。

1 ?連續剛構橋工程概況及模型建立

本處以宜萬高速公路某處連續剛構橋為例，該橋主跨為（100+180+100）m單箱單室連續剛構橋，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計變化的單幅高速公路橋。

橋梁整體計算模型建立：

根據該橋施工圖，結合連續剛構橋構造圖的分塊方案，按施工節段劃分有限元單元建立模型，全橋分135個單元，138個節點。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構運營階段由于不同溫度梯度所引起的梁內應力情況，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力，定量分析主梁的主拉應力及上下緣正應力的影響。

①工況1：鐵路橋涵規范（2005）溫度模式

②工況2：采用中國橋規（2015）溫度模式（T25/6.7）

③工況3：采用中國橋規（2015）溫度模式（T14/5.5）

④工況4：采用部分學者現場擬合溫度模式

2.2 擬合溫度梯度模式的確定

對于公路、鐵路設計規范關于溫度梯度的具體要求不再進行闡述，只就工況4中關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

3.1 剛構橋主梁主拉應力計算分析

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

通過對計算結果數據的分析，由數據分析可以知道：

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

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

3.2 剛構橋主梁上下緣正應力計算分析

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

4 ?結語與建議

對比結果分析知道：

①不同溫度模式的選擇對剛構橋的計算結果有區別，選擇不同可能導致計算結果出現很不同的主拉應力，從而造成橋梁結構狀況判斷模糊。一般情況下，連續剛構箱梁橋在支點處要加強橫截面剛度，設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力，對改善縱橋向溫度應力是有利的。

②工程實踐證實連續剛構橋在溫度作用下產生的細微裂縫不會影響結構的正常使用，但不同溫度模式對支座及跨中截面的驗算會產生有區別的應力結果，由此要確保控制主拉應力滿足規范的有關規定。

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，2009.

[3]顧斌，謝甫哲，等.大跨橋梁結構三維日照溫度場計算方法（東南多學學報），2019，49（4）.

[4]武曉宇.混凝土連續剛構橋主梁在溫度梯度下結構效應研究[J].工程結構，2018（08）.

[5]張武.混凝土箱梁橋溫度效應研究[D].南京：東南大學，2016.

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

[7]劉水.大跨連續剛構橋箱梁裂縫及加固研究[D].重慶：重慶交通大學，2007.