温度模式对连续刚构桥主梁效应分析

摘要：本文以宜万高速某连续刚构桥为例，采用交通部公路科研所GQJS9.7桥梁软件建立桥梁结构模型，按刚构桥梁不同的温度梯度模式进行温度效应计算分析研究，探讨温度模式对主梁效应影响，为今后连续刚构桥不同温度模式时主梁效应分析提供参考。

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.

關键词：连续刚构桥;温度梯度;温度应力;温度效应

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

中图分类号：U448.23                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）08-0143-03

0  引言

高速公路的修建方向逐渐向山高沟深的地理环境范围进行拓展，其造价成本、维护修缮成本及本身特点，使连续刚构桥梁在时下山区高速路发展中应用广泛[1]。在设计中一般适当考虑体系温差和日照温差两类温差对桥梁的作用。对于第一类体系温差，主要按桥梁所在地的平均气温确定，体系温差对刚构桥的影响主要集中在在支座下部结构的设计。温度梯度对连续刚构桥的影响较大，它与桥梁的外形、尺寸、桥面的构造组成等有关外，还与所处地形条件、方位、气象环境等多种因素有关[2]。体系温差对连续刚构桥桥上部结构的内力或应力的影响一般不到恒载内力或应力的5%[3]。温度梯度对连续刚构桥的影响，现行桥梁主要假定温度梯度在桥梁上部结构不变不变来考虑的，但这与实际情况存有差异。而且成桥后运营阶段时，对桥梁的维护保养等也无从下手。在此采用不同温度模式计算，得出的主梁的效应数据，从而为确定合适方便的温度梯度模式进行计算探讨。也对维护保养桥梁提出参考性的维护措施建议。

1  连续刚构桥工程概况及模型建立

本处以宜万高速公路某处连续刚构桥为例，该桥主跨为（100+180+100）m单箱单室连续刚构桥，支点箱高10.57m 跨中箱高3.07m，宽12.1m ，箱梁底缘采用二次抛物线曲线设计变化的单幅高速公路桥。

桥梁整体计算模型建立：

根据该桥施工图，结合连续刚构桥构造图的分块方案，按施工节段划分有限元单元建立模型，全桥分135个单元，138个节点。两边对称布置，模型左半部分见图1所示，期中全桥桥面共计103单元。

2  温度梯度模式的选择

2.1 计算工况的选择

为了分析计算桥梁结构运营阶段由于不同温度梯度所引起的梁内应力情况，以不同的温度梯度模式为+活载为不同的工况进行计算主梁应力，定量分析主梁的主拉应力及上下缘正应力的影响。

①工况1：铁路桥涵规范（2005）温度模式

②工况2：采用中国桥规（2015）温度模式（T25/6.7）

③工况3：采用中国桥规（2015）温度模式（T14/5.5）

④工况4：采用部分学者现场拟合温度模式

2.2 拟合温度梯度模式的确定

对于公路、铁路设计规范关于温度梯度的具体要求不再进行阐述，只就工况4中关于部分研究成果的温度模式说明，这类温度模式的研究已取得较多成果[4][5]。

3  模型计算分析温度的效应

3.1 刚构桥主梁主拉应力计算分析

T25/6.7、T14/5.5按公桥规JTG D60-2015 竖向日照温差计算的温度基数由规范提供温度梯度为默认参数。 计算结果数据形成图2（只列举工况2）。

通过对计算结果数据的分析，由数据分析可以知道：

①各温度模式作用下同部位同一截面的应力分布具有相似性。主拉应力出现变化较大的位置集中在跨中及边跨现浇段，但不同的温度梯度模式计算得到的梁内应力有差别，个别截面出现异号应力图3。温度梯度模式的选择要结合现场予以考虑。

②2015桥规温度模式（工况2）计算的结果的主拉应力最大，而拟合温度模式（工况4）计算的主拉应力最小，铁路桥规温度模式（工况1）介于工况2及工况4之间。从计算和图中可以看出：温度应力产生裂缝最多最常见的是支座附近和跨中处。

3.2 刚构桥主梁上下缘正应力计算分析

连续刚构桥在不同温度梯度模式计算的箱梁上下缘正压应力（数据表略）见图4 及图5  ，由图可知道：在温度荷载作用下，中跨跨中桥面产生的正应力最大，在桥墩及边墩出桥面的正应力最小;桥规2014温度梯度模式（工况2）产生的桥面正应力最大达到19.92MPa，远远大于铁规2005温度梯度模式（工况1）产生的桥面正应力12.35MPa。温度梯度模式对桥面的正应力影响大，温度梯度模式的选择对计算箱梁下缘主应力曲线的影响很小。

4  结语与建议

对比结果分析知道：

①不同温度模式的选择对刚构桥的计算结果有区别，选择不同可能导致计算结果出现很不同的主拉应力，从而造成桥梁结构状况判断模糊。一般情况下，连续刚构箱梁桥在支点处要加强横截面刚度，设计时可采用加厚腹板和底板的办法。这样由于截面下缘可能保留较大的压应力，对改善纵桥向温度应力是有利的。

②工程实践证实连续刚构桥在温度作用下产生的细微裂缝不会影响结构的正常使用，但不同温度模式对支座及跨中截面的验算会产生有区别的应力结果，由此要确保控制主拉应力满足规范的有关规定。

参考文献：

[1]项贻强，等.考虑竖向和横向温度梯度的桥梁温度应力分析田[J].中国市政工程，2008（2）.

[2]王一.具有初始几何缺陷的薄壁箱梁桥使用性能研究[D].重庆：重庆交通大学，2009.

[3]顾斌，谢甫哲，等.大跨桥梁结构三维日照温度场计算方法（东南多学学报），2019，49（4）.

[4]武晓宇.混凝土连续刚构桥主梁在温度梯度下结构效应研究[J].工程結构，2018（08）.

[5]张武.混凝土箱梁桥温度效应研究[D].南京：东南大学，2016.

[6]王海丰.大跨连续刚构桥温度梯度应力分析[J].北方交通，2014（04）：46-47.

[7]刘水.大跨连续刚构桥箱梁裂缝及加固研究[D].重庆：重庆交通大学，2007.