下承式鋼桁結合梁溫度效應分析

席國政

（山東省交通科學研究院， 山東 濟南 250100）

1 橋梁概況

某96 米簡支下承式鋼桁結合梁橋，梁跨96 米、桁高12.3 米、主桁中心距11.2 米、8 個節間長度均為12 米。無豎桿平行弦桁架結構、縱橫梁板式橋面系，主桁節點采用整體節點形式，上、下弦桿在節點外拼接，斜腹桿采用插入形式與整體節點拼接。各桿件截面尺寸見圖1。

圖1 下承式鋼桁結合梁橋面結構（mm）

2 計算模型

2.1 材料特性

Q370qE 級鋼、Q345qD 級鋼：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- 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，聯接縱、橫梁與橋面板的剪力釘用剛臂模擬。

3 計算結果及分析

鋼與混凝土線膨脹系數對溫度荷載作用下的結構響應影響較大，線膨脹系數按實際取αs= 1.2 ×10-5、αc= 1.0 ×10-5。

3.1 主桁的位移和應力

主桁在溫度荷載作用下產生的上撓值，與在豎向荷載作用下的下撓值相反。驟然降溫與豎向荷載作用下的內力相同，其下弦桿均為軸向拉應力，并在其端部產生最大拉、壓應力；驟然升溫時，其下弦桿均為軸向壓應力，并在其端部產生最大拉、壓應力，其值可與荷載作用時產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 構件位移及應力圖示

表1 主桁各桿及縱、橫梁應力值(Mpa)

3.2 縱、橫梁的應力

驟然降溫時，縱梁則以拉應力為主，其各節間應力基本一致，最大值發生在節間2 靠全橋支座端；驟然升溫時，由端橫梁向中橫梁其應力值遞減，端橫梁處出現最大拉、壓應力。驟然降溫作用下產生的應力值與驟然升溫荷載作用時相反，驟然降溫對橫梁的受力有利，驟然升溫作用時，縱梁的變形性質相反。

3.3 混凝板的應力

驟然降溫作用時，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，其應力以膜為主、彎曲為輔。縱梁上方的混凝土板頂、底面縱向應力存在峰值。混凝土板的剪滯效應在橋梁的兩端最大，并由兩端向跨中遞減，見圖2.c。

驟然升溫作用時，主桁對橋面系有拉力作用，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 結語

下承式鋼桁結合梁橋溫度荷載效應：驟然降溫時，混凝土板以受壓為主，其分布均為橋跨兩端最小、跨中最大；混凝土板的應力頂面、底面同中面基本相等，均以面內荷載產生的膜應力為主、面外荷載產生的彎曲應力為輔；混凝土板的剪滯效應，在橋梁的兩端最大，并由兩端向跨中遞減。驟然升溫時，主桁對橋面系有拉力作用，并在縱、橫梁及混凝土板上進行重分配；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與驟然降溫時的變化規律相同。主桁位移、內力，縱橫梁應力，混凝土應力均小于規范限值，不會對安全運營造成影響。