分析溫度對斜拉橋成橋狀態(tài)的影響

　　關(guān)鍵詞：雙塔,斜拉橋,成橋狀態(tài),溫度,內(nèi)力,位移,索力

　　0引言

　　斜拉橋合理成橋狀態(tài)一般主要考慮了施工過程、二期恒載和混凝土收縮徐變等的影響，而對成橋后的溫度影響則未予考慮。而整體溫差、主梁及橋塔日照溫差和索梁溫差是斜拉橋成橋狀態(tài)溫度的主要影響影響。因此應(yīng)對其他荷載和影響因素進(jìn)行分析以確定斜拉橋成橋狀態(tài)后,從而保證大橋結(jié)構(gòu)在各種荷載組合下是安全可靠的。目前有人對斜拉橋成橋合理狀態(tài)的影響因素其溫度進(jìn)行了研究[1-6]，但還不夠完善。因此，本文主要從溫度對成橋狀態(tài)的影響作分析，以馬嶺河特大橋360m主跨斜拉橋為背景,分析溫度對其成橋狀態(tài)的影響程度，為大橋設(shè)計提供參考。

　　1橋梁概況

　　馬嶺河特大橋主橋橋跨布置：155+360+150m為預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋。8號塔墩處主梁與主塔通過下橫梁實行臨時固結(jié)，9號塔墩處主梁與主塔通過橋塔下橫梁實行永久固結(jié)，施工完成后形成半漂浮體系。大橋設(shè)計速度為80km/h；橋面寬度：主橋24.5+2×1.3（布索區(qū)）=27.1m。本橋設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度效應(yīng)：全橋計算取體系升溫20℃，體系降溫20℃，主梁按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60-2004）第4.3.10條規(guī)定的梯度溫度變化模式效應(yīng)計算。橋面板表面溫度取14℃，橋面板以下10cm處的溫度取5.5℃；主塔兩側(cè)溫差±5℃；索梁溫差±10℃。

　　2溫度影響因素分析

　　影響溫度的主要兩部分為年溫差影響和局部溫差影響。氣溫隨季節(jié)發(fā)生周期性變化對橋梁的影響,即為年溫差影響；而日照溫差或混凝土水化熱等影響為局部溫差影響。

　　2.1整體溫差

　　結(jié)構(gòu)從同一基準(zhǔn)溫度出發(fā)變化到另一溫度，結(jié)構(gòu)中所有構(gòu)件具有相同的變化量，即為整體升溫。大氣溫度的變化是引起整體溫差的主要原因，主要包括一天中大氣溫度變化和季節(jié)大氣溫度變化。根據(jù)本橋氣象資料，結(jié)構(gòu)體系溫差取±20℃。

　　2.2主梁日照溫差

　　主梁日照溫差是指主梁從同一基準(zhǔn)溫度出發(fā),從主梁梁頂?shù)街髁毫旱椎臏囟茸兓�量不一致而形成的主梁沿豎向的溫度梯度，一般假定溫度沿豎向呈線性變化。主梁梁頂和梁底的位置不同，致使日照作用下受光表面與構(gòu)件內(nèi)部呈現(xiàn)出較大的溫度梯度，從而引起主梁溫度梯度。結(jié)合本橋氣象資料，主梁按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60-2004）第4.3.10條規(guī)定的梯度溫度變化模式效應(yīng)計算。橋面板表面溫度取14℃，橋面板以下10cm處的溫度取5.5℃。

　　2.3主塔日照溫差

　　橋塔日照溫差是指主塔從同一基準(zhǔn)溫度出發(fā)，橋塔在縱橋向的兩個側(cè)面具有不同的溫度變化量而形成的主塔縱橋向的溫度梯度，一般假定溫度沿縱橋向呈線性變化。主塔沿兩個側(cè)面的位置不同，導(dǎo)致橋墩所受日照的陽光強度也不同，是引起橋塔溫度梯度的主要原因。

　　2.4索梁溫差

　　索梁溫差是指混凝土斜拉橋結(jié)構(gòu)從同一基準(zhǔn)溫度出發(fā)，因斜拉索和主梁具有不同的溫度變化量，從而使斜拉索與主梁變化到不同的溫度。一般對于混凝土斜拉橋而言，由于斜拉索是由鋼絞線制成,橫截面較小,溫度敏感程度較高，而主梁溫度場分布復(fù)雜，橫截面較大以及混凝土導(dǎo)熱系數(shù)較小，所以在日照溫度作用下,主梁溫度變化總是滯后于斜拉索的溫度變化,從而引起較大的索梁溫差。依據(jù)本橋氣象資料，考慮索梁溫差10℃進(jìn)行計算。

　　3模型計算

　　馬嶺河特大橋的溫度影響主要分為整體溫差影響、橋面日照影響、橋塔日照影響和索梁溫差影響。

　　本文計算模型采用有限元計算軟件MIDAS/CIVIL2011建立，主梁節(jié)點609個，主梁單元428個，斜拉索單元178個。將整體溫差影響、橋面日照影響、橋塔日照影響和索梁溫差影響分作四種工況，分別計算對馬嶺河特大橋內(nèi)力和位移的影響。主梁內(nèi)力控制截面主要選取兩邊跨最大正處，兩塔塔梁交接處，中跨四分之一、中跨跨中、中跨四分之三共7個位置，MIDAS模型如圖2所示。

　　1.26MPa；索力整體增量較大，兩邊跨跨中索力較小，中跨跨中和根部截面索力較大，最大值為-107.42kN，因此對成橋狀態(tài)的影響很大。

　　主梁日照溫差對主梁位移變化較小，最大位移變化量僅為5.08mm，且基本趨勢是整體向上撓；而應(yīng)力變化較均勻，全截面上下緣均出現(xiàn)受拉狀態(tài)，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在中跨四分之三截面下緣，為0.51MPa；而對索力影響較小，整體索力增量都很小。

　　主塔日照溫差對主梁的位移影響較小，最大位移變化量僅為5.22mm，兩邊跨位移均向下，跨中位移向上；主梁全截面應(yīng)力均較��；索力增量也均很小。

　　索梁溫差對主梁位移變化最大，其中在中跨跨中主梁下?lián)献冃芜_(dá)84.39mm；對塔梁固結(jié)處9#墩位置主梁的應(yīng)力影響最大為-1.19MPa，而對8#塔位置主梁的應(yīng)力影響較小，僅為-0.61MPa；索梁溫差對斜拉索索力總體減小，在塔根處影響最大，達(dá)-119.69kN。

　　4結(jié)語

　　通過理論計算分析得出：溫度對成橋狀態(tài)的影響是很大的，尤其是索梁溫差致使塔梁固結(jié)處應(yīng)力達(dá)-1.19MPa，主梁中跨跨中變位達(dá)-84.39cm，塔根部最大索力達(dá)-119.69kN。整體溫差、索梁溫差對主梁標(biāo)高和應(yīng)力的影響較大，而主梁日照溫差、橋塔日照溫差對主梁標(biāo)高和應(yīng)力影響相對較小，且影響規(guī)律各有所不同。因此混凝土斜拉橋在確定成橋狀態(tài)時應(yīng)綜合考慮溫度因素，合理地選取主梁應(yīng)力的控制條件，以及合理預(yù)抬主梁標(biāo)高，從而保證斜拉橋成橋狀態(tài)在各種因素綜合影響下線形平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)安全可靠。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]郭艷芬,張永水,胡安林.斜拉橋成橋狀態(tài)溫度影響分析[J].西部交通科技(2008)-06-0042-04

　　[2]岳章勝,黃躍,盧為燕.斜拉橋施工控制中溫度效應(yīng)研究[J].四川建筑(2008)-08第28卷第4期

　　[3]曹發(fā)輝,蘭宇,張勝剛.斜拉橋施工控制中的溫度效應(yīng)計算[J].工程結(jié)構(gòu)(2004)-02-0058-02

　　[4]李克銀,吉小軍.斜拉橋施工控制中的溫度影響分析[J].鐵道工程學(xué)報(2006)-08-0059-04

　　[5]郭棋武,方志,裴炳志.混凝土斜拉橋溫度效應(yīng)分析[J].中國公路學(xué)報2002,15(2):48-51