高原高寒地区钢-混凝土组合梁斜拉桥温度效应分析.pdf

第 3 3卷 第 1期 2 0 1 6年 1月 建筑科 学与 J o u r n a 1 o f Ar c h i t e c t u r e 工程 学报 a n d Ci v i l En g i n e e r i n g Vo 1 3 3 NO 1 J a n 2 0 1 6 文章编号 ： 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 6 ) O 1 0 1 1 3 - 0 7 高原高寒地 区钢一 混凝土组合梁斜拉桥温度效应分析 季德钧 ， 刘 江 ， 张缘芳 ， 刘永健 ( 1 青海省高等级公路建设管理局 ， 青海 西 宁8 1 0 0 0 8 ；2 长安大学 公路学 院 ， 陕西 西安 7 1 0 0 6 4 ) 摘要 ： 对 比 了当前各 国规 范对钢一 混凝 土组 合 梁 竖 向 温度梯 度 形 式 及 温度 基 数取 值 的相 关规 定 ， 其 中英 国规范和欧洲规 范最为详尽合理。在英 国规范的基础上 ， 通过桥位处太阳辐射 强度 的计算结 果对温度基数的取值进行修正。以青海黄南地区哇加 滩黄河特 大桥为背景 ， 建立全桥有限元杆 系 模型， 对比分析 了修正的英国规 范温度梯度模式和 中国规 范的温度梯度模 式作 用下主梁的应力分 布， 以及斜拉桥在整体温差、 索梁( 塔) 温差、 主梁竖向温度梯度和主塔顺桥 向温差作用下的温度 效 应及各构件的温度敏感性 。结果表明： 在青海高原 高寒地区， 进行桥梁设计 时采用考虑地理位置修 正的英国规 范主梁竖向温度梯度模式进行计算并指导设计更偏于安全； 对于主桥的某些构件 ， 温度 作用已经成为仅 次于恒载的第二大控制作用， 所得 出的全桥各构件温度敏 感性分析 结果可为高原 高寒地区同类桥 梁的设计 、 计算提供参考和依据。 关键 词 ： 钢一 混凝土 组合 梁斜拉 桥 ； 高原 高寒地 区 ； 温度 效应 ； 竖 向温度 梯度 ； 敏 感性 中 图分类号 ： U4 4 2 5 文 献标 志码 ： A Te mpe r a t u r e Ef f e c t An a l y s i s o f S t e e l c o nc r e t e Co mpo s i t e Gi r d e r Ca b l e 。 。 s t a y e d Br i dg e i n Ar c t i c 。 a l p i ne Re g i o n j I De i u n ，LI U J i a n g 。 ，ZHANG Z h u a n f a n g ，LI U Yo n g i i a n ( 1 Qi n g h a i Pr o v i n c i a l Au t h o r i t y o f Hi g h g r a d e Hi g h wa y Co n s t r u c t i o n Ma n a g e me n t ，Xi n i n g 8 1 0 0 0 8 ， Qi n g h a i ，Ch i n a ；2 S c h o o l o f Hi g h wa y ，Ch a n g a n Un i v e r s i t y ，Xi a n 7 1 0 0 6 4 ，S h a a n x i ，Ch i n a ) Abs t r a c t ：Aut ho r s c o m p a r e d v e r t i c a l t e m p e r a t u r e g r a di e nt a nd i t s ba s i s i n c o m p o s i t e g i r d e r of c ur r e nt c od e s o f d i f f e r e n t c ou nt r i e s， i n whi c h Br i t i s h s t a n da r d a n d Eur o c o d e we r e t h e mo s t d e t a i l e d Ba s e d o n Br i t i s h s t a n da r d， t e m p e r a t u r e ba s i s wa s r e v i s e d b y c a l c u l a t i n g t he s ol a r r a d i a t i o n o f b r i d g e p o s i t i o n Wi t h e n g i n e e r i n g b a c k g r o u n d o f Wa j i a t a n Ye l l o w Ri v e r Br i d g e i n Hu a n g n a n，Qi n g h a i ，t h e f i n i t e e l e me n t mo d e l o f a wh o l e b r i d g e wa s e s t a b l i s h e d t o c a l c u l a t e t h e s t r e s s o f t he g i r de r a t v e r t i c a l t e mpe r a t ur e gr a d i e n t o f r e v i s e d Br i t i s h c o de a n d Ch i ne s e c o de M e a nwhi l e ，t he t e mpe r a t ur e e f f e c t s a n d s e ns i t i vi t y o f e a c h s t r u c t u r a l m e m be r u nd e r di f f e r e nt t e mp e r a t u r e l o a d s o f e n t i r e t e mp e r a t u r e d i f f e r e n c e ，c a b l e g i r d e r( p y l o n)t e mp e r a t u r e d i f f e r e n c e ， ve r t i c a l t e mpe r a t ur e gr a di e nt o f gi r d e r a n d a l o ng s pa n t e m p e r a t u r e g r a di e nt o f p yl on we r e a n a l y z e d Th e r e s u l t s s h o w t h a t i n Qi n g h a i a r c t i c a l p i n e r e g i o n，d e s i g n o f c o mp o s i t e g i r d e r c a b l e s t a ye d br i d ge wi t h ve r t i c a l t e m p e r a t u r e c ur ve o f Chi ne s e c o d e i s i ns e c u r e；f o r s o m e s t r uc t u r a l m e m b e r s，t e mp e r a t ur e e f f e c t pl a y s t he mos t i mpo r t a n t r ol e e xc e pt t he d e a d l oa d The ob t a i ne d s e n s i t i v i t y a n a l y s i s r e s u l t s o f d i f f e r e n t s t r u c t u r a l me mb e r s i n a wh o l e b r i d g e c a n p r o v i d e r e f e r e n c e s f o r t h e d e s i g n a n d c a l c u l a t i o n o f s i mi l a r b r i d g e s 收稿 日期 ： 2 0 1 5 1 1 2 8 基金项 目： 交通运输部建设科技项 目( 2 0 1 4 3 1 8 3 6 3 2 3 0 ) 作者简介 ： 季德钧( 1 9 6 5 一 ) ， 男 ， 青海湟源人 ， 高级工程师 ， E ma i l ： 9 7 9 7 2 3 6 6 5 q q c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 1 4 建筑科学与工程学报 2 0 1 6年 Ke y wo r ds ：c onc r e t e s t e e l c o m p os i t e c a b l e s t a y e d br i d g e；a r c t i c a l pi n e r e g i o n；t e mp e r a t ur e e f f e c t ； ve r t i c a l t e m p e r a t u r e g r a di e nt ；s e ns i t i v i t y 0 引 言 桥梁结构是暴露于 自然环境 中的结构物 ， 在 日 照、 气温和寒潮等气象因素的作用下， 结构会产生非 线性的温度分布口 ， 这种非线性温差会在结构中产 生较大的温度应力和变形 ， 往往会超过荷载所产生 的效应 ， 从而造成结构的破坏 。如加拿 大西部 曾发 生某钢一 混凝土组合梁桥垮塌事故， 温度应力和变形 是 导致 桥梁 垮塌 的 主要原 因之一_ 3 。 钢一 混凝土组合 梁中钢材 的导热 系数 约为混凝 土的 1 O倍 ， 由于 2种材料导热性能 的巨大差别 ， 会 使钢梁和混凝土桥面板之 间存在很大的温差 ， 即存 在较大的竖向温度梯度 ， 对于高原高寒地区， 结构 整体温度低 ， 昼夜温差大 ， 太 阳辐射强 ， 其作用尤为 严重。然而， 中国现行规范对钢一 混凝土组合梁竖 向 温度梯度规定中温度基数的取值并未考虑桥位所在 地理位置的影响， 是否适用于高原高寒地区的钢一 混 凝土组合梁值得 商榷 。钢一 混凝土组合梁斜 拉桥为 多次超静定结构 ， 在复杂的应力场下温度对于索塔 偏位 、 主梁变形、 桥塔应力以及斜拉索索力的影 响都 比较显著_ 5 。由于高原高寒地区的气候条件较一 般平原地 区更为恶劣 ， 温度效应也更为显著 ； 同时中 国在高原高寒地区修建组合梁斜拉桥 的经验相对较 目 T l n土 梁 I l薹 土 少。因此 ， 在高原高寒地区进行钢一 混凝土组合梁斜 拉桥建设 ， 更应全面分析结构 的温度效应。 本文针对各国规范 的不同规定 ， 在英国规 范的 基础上， 通过桥位处太 阳辐射强度的计算对温度基 数的取值进行修正 。同时以青海黄南地区哇加滩黄 河特大桥为背景， 建立全桥杆系有限元模型， 分析温 度作用对桥梁结构 的影响 ， 研究主桥各构件对不 同 温度作用的敏感性 ， 为今后 同类桥梁 的设计 、 计算提 供参考和依据 。 1 考虑 地 理位 置修 正 的钢一 混凝 土 组 合梁竖 向温度梯 度 1 1 各 国规 范的规 定 不 同国家地理位置不同 ， 日照辐射强度不 同， 常 用桥梁结构形式不同， 因此各 国规范对于钢一 混凝土 组合梁竖向温度梯度的规定也不尽相 同， 现对 中国 公路桥涵设计通用规范 ( J TG D 6 O 一2 O 1 5 ) 、 美 国 AAS HTO规范 、 英 国 B S 5 4 0 0规范 及 欧洲 E N 1 9 9 1 1 - 5 ： 2 0 0 3规 范L 1 叫4个 规 范 规 定 的 钢一 混凝 土组合梁竖 向温度梯度进行对 比， 如 图 1所示 ， 其 中， t ， h ， h ， h 。 均为混凝土桥面板厚度 ， T ， T ， ， ， ，T ， 均为进 行温差计算 的温度基数 ， H 为结构上部高度 。 ( a ) 钢- 混 凝 土组 合 梁 示意 ( b ) 中 国规 范 ( c ) 美 AA S HT O 规 范 正温 差 负 温差 ( d ) 英 国规 范B S 5 4 0 0 正 温 差 负 温 差 ( e ) 欧 洲规 范 简 化模 型 图 1 各 国规范 钢一 混凝土组合梁竖 向温度梯度 曲线 Fi g 1 Ve r t i c a l Te mpe r a t u r e Gr a di e nt Cu r v e s o f Co mp o s i t e Gi r d e r i n Di f f e r e n t S pe c i f i c a t i o n s 表 1给出了各规范确定钢一 混凝土组合梁竖 向 定 。 公路桥涵设计通用规范 ( J TG D 6 O -2 0 1 5 ) 温 温度梯度的考虑 因素 。由表 1可以看 出， 不 同规范 度基数 的取值不考虑桥面板厚度和桥位地理位置 ； 的区别在于温度曲线的形式不同和温度基数取值所 美 国 AAS HTO规 范不考虑桥 面板厚度 和桥 面铺 考虑的因素不同。影响钢一 混凝土组合梁竖 向温度 装 ； 欧洲规范分为常规与简化 2种计算模式 ， 其常规 分布的主要因素有材料属性、 桥面板厚度、 太 阳辐射 计算与英国规范相 同； 英 国规范与欧洲常规计算确 强度 、 环境温度及桥面铺装 的类型与厚度等 ， 其中太 定温度基数时考虑 因素最 为全 面， 但并未考虑地理 阳辐射强度与环境温度主要由桥位所在地理位置确 位置对温度基数取值 的影响 。 二 = U 下1 T 1 丰 上 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 季德钧 ， 等 ： 高原 高寒地区钢一 混凝土组合梁斜拉桥 温度效应分析 l 1 5 表 1 各规范钢一 混凝土组合梁竖 向温度梯 度曲线形式及温度基数取值 因素 Ta b 1 For ms o f Ve r t i c a l Te mp e r a t u r e Gr a di e nt Cu r v e s a nd Fa c t o r s o f Te mp e r a t u r e Ba s i s Ev al u at i o n o f St e e l c o nc r e t e Co mp o s i t e Gi r d e r i n Di f f e r e nt S pe c i f i c a t i o n s 温度基数取值 因素 规范 温度梯度曲线形式 桥面板 厚度 地理位 置 铺装类型 铺装厚度 中国规范 “ 3 ” 折线 没有考虑 没有考虑 考虑 考虑 美国 AAS HT O规范 “ 3 ” 折线 没有考虑 考虑 没有考虑 没有考虑 英 国 B S 5 4 0 0规范 升温“ 2 ” 折线 ， 降温“ 1 +2 ” 折线 考虑 没有考虑 考虑 考虑 欧洲规范( 常规计 算) 升温“ 2 ” 折线 ， 降温“ 1 +2 ” 折线 考虑 没有考虑 考虑 考虑 欧洲规范( 简化计算 ) 竖线 没有 考虑 没有考虑 没有考虑 没有考虑 1 2竖 向温 度梯 度 基于第 1 1节对各规范的对 比分析 ， 现以英 国 规范为基础， 考虑桥位地理位置与规范的差异进行 温度基数的修正。纬度和海拔 的差异决定了两地太 阳辐射强度的不同， 采用 以下公式l 3 计算 ， 即 J b 一 0 9 G。 ( 1 ) f 式中： 为到达地球表 面的太 阳直接辐射强度 ； G 。 为太阳常量； t 为林克氏浑浊度系数 ； K 为相对大 气压， 与海拔有关 ； 0为太阳高度角。 现 有研 究 表 明 ， 主梁 竖 向正 温度 梯 度 主要 由太 阳辐射引起， 当混凝土箱梁顶板太阳辐射变化1 0 0 W m 时， 顶板上缘竖 向正温差变化 2 ， 而环 境温度对 于正温度梯度的影响较小_ 】 。任意时刻 到达顶板的太 阳辐射 J 为 b h =s i n( 0 ) b ( 2 ) 以英 国伦敦为适用 B S 5 4 0 0规范的代表地 区， 可求得伦敦地区夏季主梁顶面最大太阳辐射强度为 6 5 8 5 W r r l ， 则太 阳辐 射对顶板温度基 数的修 正 丁为 A T 一 二 ( 3 ) 0U 修正后的顶板温度基数取值为 T + 丁。正温 差梯度各温度基数按顶板温度基数修正的相同倍数 进行修正， 负温差梯度则按 正温差梯度的 一0 5倍 选取 ， 即可得到考虑地理位置修正 的钢一 混凝土组合 梁 竖 向温度 梯度模 式 ， 如 图 2所示 。 +A O 5 ( +A 上 ( a ) 正温 差 ( b ) 负温 差 图 2 修正后 的竖 向温度梯度 曲线 Fi g 2 Re v i s e d Ve r t i c a l Te mp e r a t ur e Gr a d i e nt Cur v e s 2温度效应分析 本文 以青 海黄南地区哇加滩黄河特 大桥为背 景 ， 建立全桥杆系有限元模型 ， 分析温度作用对桥梁 结构的影响， 研究 主桥各构件对不 同温度作用的敏 感性。 2 1 主桥 概 况 哇加 滩 黄河 特 大 桥位 于青 海 黄 南地 区 ， 为 青 藏 高原特殊型气候区 ； 气温垂直分布差异明显 ， 昼夜温 差大 ， 日照时间长， 太阳辐射强 ， 年际变化及季节分 布 不均 匀 。 主桥全长 1 0 0 0 I n ， 为 1 0 4 1T I +l 1 6 m+5 6 0 m+ 1 1 6 m+1 0 4 n l 的双塔双索面钢一 混凝 土组合梁半漂 浮体系斜拉桥 ， 桥总体 布置如 图 3所示 。桥面全宽 2 8 0 m， 桥塔采用 H 型主塔 ， 主梁采用双边“ 上” 字 形边主梁结合桥 面板 的整体断面， 主梁断面如图 4 所示 。“ 上” 字形边主梁 、 横梁 、 小纵梁通过摩擦型高 强 螺栓 连接 形成 钢梁 段 ， 架设 预制 桥面 板 ， 现浇混 凝 土湿接缝 ， 通过焊于钢梁顶面 的抗剪栓钉形成组合 梁体系， 斜拉索梁上采用锚拉板锚 固。 昆 凝 土桥 面 板厚为 2 8 0 I n I T l ， 分为预制和现浇部分， 均采用 C 6 0 混凝土。桥面铺装采用 9 C 1 T I 厚沥青混凝土 。 2 2 修 正竖 向温 度梯 度与 中国规范 的 比较 采用第 1 2节中给出的方法计算哇加滩黄河特 大桥主梁竖向温度梯度 。桥位处纬度为 3 5 。 N， 海拔 为 2 1 5 8 r n ， 可求 得桥位处夏 季主梁顶面最大太 阳 辐射强度为 1 0 3 0 5 W m_ 。 ， 则对顶板温度基数的 修正 AT=7 4， 从而得 到主梁竖 向温度梯度 曲 线 ， 与中国 公路 桥涵设计 通用规 范 ( J T G D 6 O 一 2 0 1 5 ) 规定的温度曲线对比如图 5所示。 采用 MI D AS C i v i l 软件建 立哇加滩特大桥 全 桥杆系模型 ， 采用实际桥梁的边界条件， 计算考虑地 理位置修正的英国规范温度梯度模式和中国规范的 温度梯度模式作用下主梁 的应力分布 ， 结果如 图 6 所示 。 由图6 可 以看 出 ： 修 正的英 国规范温 度梯 度 T 丰 _ _ _叫 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 1 6 建筑科 学与工程学报 2 0 1 6血 牙 什尕 同仁 - - - - - - _- 1 0 0 0 1 J 设 计 水 位 2 0051 4 常 水 位 2 004458 测 时 水 位 2 004 359 L I R IL 。 4 ( L F i g m J 1 0 q - 暖 匣 r n 路 线 设 计 线 f 黾 昭f 路 线 设 计 线 厚 c 6 0 混 凝 + 桥 面 板 冠 7 l 凑 I 王桥面板 士 l 蕊 一 J 。 _ i E ， l I - 幽 啪 1 I 广 l I l 堑 主 ： 垡 主 梁 中 央 确 定 板 一 0 8 0 1 1 2 0 图 4主梁断面( 单位 ： c m) F i g 4 Cr o s s S e c t i o n o f Gi r d e r( Un i t ： c m) 5 0 g 5 嗄 0 5+ H 0 5 图 5 竖 向 温 度 梯 度 曲 线 对 比 Fi g 5 Compa r i s on of Ve r t i c a l Te mp e r a t u r e Gr a d i e n t Cu r v e s 模式在主梁产生的应 力较 大， 对于钢主梁 ， 正、 负温 差作用下均较中国规范计算结果大 5 4 3 ； 对于混 凝土桥面板 ， 较 中 国规 范计算 结果 大 2 9 9 。可 见 ， 对于青海高原高寒地区的组合梁斜拉桥 ， 采用考 虑地理位置修正的英国规范主梁温度梯度模式进行 计算并指导设计是偏于安全 的。 2 3 温度 效应 针对高原高寒地区组合梁斜拉桥 的温度效应 ， 为了便于分析 ， 将斜拉桥温度作用分为整体温差、 索 梁( 塔) 温差 、 主梁竖 向温度梯度 ( 主梁温差) 及主塔 倒 露 位置 m f a 1 钢 主梁 位 置 m ( b ) 混凝土桥面板 修 正 的英 国规 范 正 温差 中 国规 范正 温 差 中国规 范 负温 差 修 正 的英 国 规 范负 温 差 图 6 主梁应力对比 Fi g 6 Co mpa r i s o ns o f S t r e s s e s i n Gi r de r 顺桥向温差等方面来计算 。主梁竖向温度梯度按本 下 ， _ _ 叫 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 季德钧 ， 等 ： 高原高寒地区钢一 混凝土组合梁斜拉桥 温度效应分析 1 1 7 文方法选取 ， 其他温度作用按 公路桥涵设计通用规 范 ( J T G D 6 O -2 0 1 5 ) 和 公路 斜拉 桥设 计 细则 ( J T G T D 6 5 0 1 2 O O 7 ) L l 中 的 规 定 选 取 ， 结 构 整 体升温 2 8， 整体降温 2 3 ； 索梁( 塔) 温差取 1 O ； 索 塔顺桥 向温差取 5 。 2 3 1 温度作 用引起 的结构 内力 各温度作用下结构会产生较大 的弯矩效应 ， 温 度作用下主梁弯矩计算结果如图 7所示 。由图 7可 以看出： 竖向温度梯度直接作用在主梁上 ， 因此对主 梁产生的弯矩最大； 主梁整体升温和降温受 到边界 条件的约束 ， 索梁( 塔) 温差 由于拉索变形也在主梁 上产生弯矩 ， 但两者较主梁竖 向温度梯度产生 的弯 矩小 ； 主塔温差对主梁产生的弯矩可以忽略。 位 置 m 一 主梁 正温 差 索 梁 正温 差 主 塔 正温 差 整 体 升温 ( a ) 升温 位 置 m 主梁负温差 索梁负温差 主塔 负 温差 _ - - 整 体 降温 ( b ) 降温 图 7 温 度 作 用 下 主 梁 弯 矩 分 布 Fi g 7 Be ndi n g M o me nt Di s t r i bu t i o ns of Gi r d e r Und e r Te mpe r a t u r e Ac t i o n s 图 8给出了混凝土桥面板在温度和活载作用下 的最大应力分布。由图 8可 以看出： 主梁正温差梯 度下 ， 在跨 中和辅助墩位置产生的混凝土压应力为 一 5 3 MP a和一7 8 MP a ， 分别为活载 的 2 1倍和 1 8倍 ； 主梁负温差梯度下 ， 在跨 中和辅 助墩位置产 生的混凝土拉应力为 2 6 MP a和 3 8 MP a ， 分别为 活载的 3 2倍和 1 4倍。可见 ， 对于青海高寒地 区 的钢一 混凝土组合斜拉桥 ， 主梁竖 向温度梯度作用对 混凝土桥面板应力的影响已超过活载作用 ， 因此， 在 进行设计计算时， 不能忽略温度对结构的影响。 商 山 R 妻 ： = = 冉 - 鲁 扣 - = =： ： ： 一 ： - 曩 _ _ _ _ 一_ - i 厂 _ ，h n - 一 1 i l 曩 1 辅 助 墩 主 塔 中 心 线 主塔 辅 助 墩 1 i j 一 0 。 图 8 温 度 作 用 下 混凝 土桥 面 板 应 力 分 布 Fi g 8 S t r e s s Di s t r i bu t i o n s o f Con c r e t e De c k Und e r Te mpe r a t ur e Ac t i o ns 图 9为温度作用下主塔应力分布 。由图 9可以 看出， 温度作用引起 的主塔应力 由塔顶至塔底逐渐 变大 ， 其中整体温度变化引起的应力最大 ， 其次为主 塔温差、 主梁竖 向温度梯度 、 索梁 ( 塔) 温差 ， 各温度 作用引起的主塔最大应力均可以与活载达到同一数 量级 。 2 3 2 温度 作 用 引起 的 结构位 移 温度变化引起的斜拉桥结构变形主要包括主梁 的竖 向挠度、 梁端水平位移 以及塔顶侧 向位移 。表 2给出了各温度作用下上述结构位移 的变化情况及 在合计中所占的比例。由表 2可知， 在各温度作用 下索梁( 塔) 温差对 主梁跨 中挠度影 响最大 ， 整体温 差对主塔塔顶水平位移和主梁梁端水平位移影响最 大； 温度作用对结构位移影响明显， 相对于恒载位移 的比例较大 ， 其中温度作 用合计对于主梁梁端水平 位移作用最明显 ， 升温和降温作用均 已超过了活载 作用产生的位移。 2 3 3 温度 作 用 引起 的 索力变化 哇加滩黄河特大桥为纵桥向不对称的双塔双索 面斜拉桥 ， 但其索力相差不大， 现取半跨斜拉索进行 温度效应分析 。图 1 O给出了主桥半跨斜拉索在各 温度作用下的索力变化 。由图 1 O可以看出 ： 在各温 度作用下整体温差和主梁竖 向温度梯度对靠近边墩 差 温小 正最 塔载 主活 差 一 位 索活 差 温温 正升 梁体 主整 = 差 温小 负最 塔载 主活 差 一 一 位 索活 一 差 温温 负降 梁体 主整 = 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 1 8 建 筑科 学与 工程 学报 2 0 1 6银 应 力 MP a 一 主梁正温差 索梁( 塔) 正温差主塔正温差 整体升温 活载最大 活载最小 恒载 ( a ) 升温 应 力 MP a 索梁 负 温 差主 梁负 温 差整 体降 温 - 主塔负温差 活载最大一 活载最小 - - 一 恒载 ( b 1 降温 图 9 温度作用下主塔应力分布 Fi g 9 St r e s s Di s t r i bu t i on s o f Py l o n Unde r Te mpe r a t u r e Ac t i on s - I 辅 墩 边 跨 中 跨 。 l l llJJ I JJ J l 1 I ：一 r 。 。 。 1 口 整 体 降 温 圆 主 梁 负温 差 圈 索梁负温差 主 塔 负温 差 拉 索编 号 f b ) 降温 图 1 0 温度作用 下索力变化 Fi g 1 0 Va r i a t i o ns of Fo r c e s o f Ca b l e s Un de r Te mpe r a t u r e Ac t i on s 和辅助墩的斜拉索索力影响最大 ； 索梁 ( 塔) 温差对 靠 近桥塔 的斜拉索索力影响最大 ； 主塔温差对边墩 表 2 温度作用下结构位移 Ta b 2 Di s pl a c e me nt s o f St r uc t ur e s Und e r Te mpe r a t ur e Ac t i o ns 主梁跨中 主塔塔顶 主梁梁端 温度作用 竖 向挠度 c m 占总效应 比例 水平位移 c m 占总效应 比例 水平位移 c m 占总效应 比例 整体升温 2 5 5 2 O 一1 1 0 8 7 3 1 6 6 7 9 4 主梁正温差 5 8 1 2 O 8 3 6 2 8 5 4 2 2 O 1 升温 索梁正温差 一1 3 1 2 7 2 9 3 1 2 4 6 0 1 O 4 主塔正温差 0 0 O 0 1 1 8 7 0 0 0 0 合计 一4 8 2 8 5 1 2 6 1 1 2 5 2 O 9 2 0 O 9 整体降温 一2 0 2 4 3 9 1 1 0 2 2 1 3 6 8 6 0 主梁负温差 一2 9 3 5 3 1 8 2 O 2 2 1 1 3 2 降温 索粱负温差 1 3 1 1 5 9 7 3 1 3 4 8 0 1 0 6 主塔负温差 0 0 0 0 1 1 1 2 3 O 0 0 0 合计 8 2 4 8 8 8 9 7 9 4 1 5 8 1 5 1 9 活载最大 4 8 2 8 6 7 1 6 3 4 8 1 7 7 9 活载最小 一4 2 4 2 5 2 4 1 7 4 1 5 5 4 9 3 8 9 4 恒载 一1 6 8 1 0 0 0 1 1 2 1 0 0 0 1 0 4 1 O O 0 注 ： 合 计 、 括 载及 恒 载 后 比例 为项 目占恒 载 的 比例 。 处斜拉索索力影响较大 。拉索 S 7在合计温度作用 下索力变化占恒载的比例最大 ， 升温和降温作用下 分别达到 5 4 7 和 4 1 3 9 ， 6 ， 索力变 化值 为 1 5 3 4 k N 和 一 1 1 5 8 k N。 2 3 4 温度作用敏感性分析 根据上述的计算分析可以发现 ： 无论是对于主 梁 、 主塔还是斜拉索 ， 整体温差始终影响着其 内力和 位移 的变化 ； 相应 的主梁竖向温度梯度对主梁影响 最大， 对于主塔和斜拉索影响均较小 ； 主塔顺桥向温 差对主塔内力影响最大， 对 于主梁和斜拉索影响均 较小； 索梁( 塔) 温差则主要影响结构跨 中的挠度和 斜拉索索力 。表 3给出了结构各部位的温度作用敏 r 。 一 鼎 二 二 1。 ， 、 ， 一 一 一 J寸 一 柱 柱 一 器 一 一。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 季德钧 ， 等 ： 高原高寒地 区钢一 混凝土组合梁斜拉桥温度效应分析 1 1 9 表 3 哇加滩黄 河特大桥 各构 件温度作用敏感性 Ta b 3 S e n s i b i l i t y o f Co mp o n e n t s t o T e mp e r a t u r e Ac t i o n s i n W a j i a t a n Ye l l o w Ri v e r Br i d g e 主梁 主塔 温度作用 索力 弯矩 应力 挠度 水平位移 弯矩 应力 水平位移 整体温差 一般敏感 一般敏感 一般敏感 敏感 敏感 敏感 敏感 敏感 主梁温度梯度 敏感 敏感 一般敏感 一般敏感 一般 敏感 一般敏感 一般敏感 一般敏感 索梁( 塔) 温差 一般敏感 一般敏感 敏感 不敏感 敏感 敏感 一般敏感 敏感 主塔温差 不敏感 不敏感 不敏感 不敏感 一般 敏感 一般敏感 一般敏感 一般敏感 感性。 3 结语 ( 1 ) 英国规范和欧洲规范对钢一 混凝土组合梁温 度梯度的规定最为详尽 ， 建议在高原高寒地区钢一 混 凝土组合梁温度梯度在英 国规范的基础上 ， 正温差 根据太阳辐射强度对温度基数进行修正 ， 负温差取 正温差的一0 5倍进行计算 。 ( 2 ) 在青海高原高寒地区， 采用考虑地理位置修 正的英国规范主梁竖向温度梯度模式进行计算并指 导设计更偏于安全 。 ( 3 ) 对于高原高寒地区大跨径组合梁斜拉桥 ， 温 度作用不可忽视 ， 在桥梁结构 的某些位 置其 引起 的 结构内力和变形甚 至超过活载 ， 成为仅次于恒载作 用的第二大控制作用， 因此在设计 阶段就应 给予重 视。对全桥进行温度敏感性分析 ， 有利于从 整体把 握大桥温度效应 ， 为相似组合梁斜拉桥的温度效应 分析提供借鉴。 参考文献 ： Re f e r e n c e s ： 1 2 3 刘 兴法 混凝士结构的温度应力分析 E M 北 京 ： 人民 交 通出版社 ， 1 9 9 1 LI U Xi n g f a Te mp e r a t u r e S t r e s s An a l y s i s o f Co n c r e t e S t r u c t u r e M B e i j i n g ： C h i n a C o mmu n i c a t i o n s Pr e s s， 1 9 91 K EHL B E C K F 太 阳辐射对桥梁结 构的影 响 M 刘 兴法 ， 译 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 1 9 8 1 KEHLB EC K FI n f l u e n c e o f S o l a r Ra d i a t i o n o n B r i d g e S t r u c t u r e s M Tr a n s l a t e d b y L I U X i n g f a B e i j i n g ： C h i n a Ra i l wa y Pu b l i s h i n g Ho u s e ， 1 9 8 1 DI LGER W H ， GH AL I A ， CH AN M ， e t a 1 Te mp e r a t u r e S t r e s s e s i n C o mp o s i t e B o x Gi r d e r B r i d g e s J 4 5 6 7 8 9 1 O 1 1 1 2 J o u r n a l o f S t r u c t u r a l En g i n e e r i n g ， 1 9 8 3， 1 0 9 ( 6 ) ： 1 4 6 0 1 4 78 BERW ANGER C。SYMKO YThe r ma l St r e s s e s i n S t e e l c o n c r e t e C o mp o s i t e B r i d g e s J C a n a d i a n J o u r n a l o f Ci v i l En g i n e e r i n g， 1 9 7 5 ， 2 ( 1 )： 6 6 8 4 郭棋武 ， 方志 ， 裴炳 志 ， 等 混凝 土斜拉 桥 的温度 效 应 分析 j 中国公路学报 ， 2 0 0 2 ， 1 5 ( 2 ) ： 4 8 5 1 GUO Qi wu， FANG Z h i ， P EI Bi n g z h i ， e t a 1 Te mp e r a t u r e Ef f e c t An a l y s i s o f C o n c r e t e Ca b l e s t a y e d Br i d g e J C h i n a J o u r n a l o f Hi g h w a y a n d T r a n s p o r t ， 2 0 0 2 ， 1 5 ( 2 ) ： 4 8 5 1 蔡仕强 大跨 径钢 箱梁 斜拉 桥温 度效 应研 究 D 西 安 ： 长安大学 ， 2 0 1 0 CAI S h i q i a n g Te mp e r a t u r e Ef f e c t Re s e a r c h o f Lo n g - s p a n S t e e l B o x G i r d e r C a b l e s t a y e d B r i d g e D Xi a n ： Cha n g a n U n i v e r s i t y， 201 0 J TG D 6 0 -2 0 1 5 ， 公 路桥 涵设 计通用规