2014年4月第4期
城市道桥与防洪
桥梁结构89
温度作用下曲线
钢箱梁桥的结构效应分析
黄虹
(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,上海市200092
摘要:曲线钢箱梁桥具有刚度大、自重轻和便于现场安装等优点,是城市立交桥中广为采用的一种结构形式。结合国内外钢箱
梁桥日照温度的相关研究和规定,对曲线钢箱梁桥在温度作用下的结构效应进行了研究分析,并提出了应对措施。
关键词:温度作用;曲线桥梁;钢箱梁;结构效应
中图分类号:U448.213文标识码:A文章编号:1009-7716(2014)04-0089-04
0引言
近年来,随着我国城镇化进程的推进,集多种
交通方式于一体的综合交通枢纽工程随之应运而
生。受到用地、道路线性或其他条件限制,导致小
半径、大跨度的桥梁占比很大,而曲线钢箱梁桥具
有刚度大、自重轻、便于安装等优势,因此得到广
泛应用。
在很多枢纽高架中,常常因为桥梁布墩受限
设计师常遇曲线半径小、跨径布置欠合理的情况
此时,曲线钢箱梁桥对日照温度非常敏感,产生的
1曲线钢箱连续梁的平面内变形
效应也更为明显。本文结合国内外钢箱梁桥日照桥宽以及下部结构刚度等4个影响因素,对曲线
温度的相关研究和规定,对曲线钢箱梁桥在日照钢箱梁的均匀温度效应进行分析。
温度作用下的结构效应进行了研究分析,并提出1.1支承约東方式
了应对措施
表1列出了一座跨径组合为30m+35m+30m、
桥宽15m、梁高2m、半径75m曲线钢箱梁桥在
1均匀温度作用
不同支承约束方式时均匀升温30℃时的支反力
均匀温度作用是指气温随季节发生周期性变结果
化时对桥梁结构引起的作用,一般假定温度沿桥
表1不同支承约東方式时的支反力
梁结构截面高度以均值变化。均匀温度作用是以
受到约東时的结构温度为基准温度,在此基础上
支承约束方式
支座径向支座纵向梁体水平向
力kN力kN弯矩AkN·m
计算结构的最高和最低有效温度的作用效应。由
于各地区常年气温变化幅度的差异,各国规范对全部固定约東(见图2)2591380318400
桥梁结构的有效温度标准值规定也有所不同。
部分放松约束(见图3)274
12
8206
均匀温度对曲线钢箱连续梁的作用效应主要
是引起结构的平面内弯曲变形。对于曲线桥梁,均匀
此外,采用图3所示的支承约東方式,则梁端
温差导致的结构平面内变形包括沿桥轴向的切向的径向位移、纵向位移分别为0.4cm和2.3cm,位
分量和与桥轴垂直方向的径向分量,两个位移分移较小,经过合理的梁端伸缩缝设计,能够满足使
量的合成表现为曲线弧段的膨胀或缩短,涉及到弧用要求。
段半径的变化而圆心角不变,即。→y,而&e=&,
如图1所示。
以下针对结构的支承约束方式、平曲线半径
收稿日期:2014-02-27
作者简介:黄虹(1970-),女,江苏徐州人,高级工程师,从事
桥梁设计研究工作。
图2所有支座均固定约東
90桥梁结构
城市道桥与防泆
2014年4月第4期
1.5对于均匀温度作用的设计应对措施
↓
(1)对于曲线钢箱梁,支承水平约束越多,水
平温度力就越大,设计时适当放松一部分墩台支
风
座的径向约束,或者采用弹性水平约束支座,对减
小其平面内水平温度力效果明显
图3部分支座放松约東
2)钢箱梁平曲线半径越小,桥宽越宽,均匀
图3中十表示双向活动支座:も、一表示。温度效应也越大,因此在进行柝梁总体布置时,应
单向活动支座;圏表示固定支座。
尽量予以避免。
1.2结构平曲线半径
(3)下部结构刚度越大,均匀温度效应也越大,
表2列出了不同平曲线半径的钢箱连续梁在在设计容许范围内,适当减小下部结构纵、横向刚
均匀升温30℃时的径向力结果,支承约東方式同度,有利于温度作用的释放。
图
(4)曲线钢箱梁计算时,为了能够准确计算均
表2不同平曲线半径时的曲梁梁端径向力
匀温度作用的影响,应将下部结构一并建模。
平曲线半径m梁端径向力八N结构描述
2日照梯度温度
跨径布置:30m+35m+30m
日照梯度温度是指因日辐射强度、桥梁方位
桥宽:10m
以及桥梁上部结构布置形式等因素,使结构表面
结构高度:2.0m
内部温度因对流、热辐射和热传导等传热方式形
200
成的瞬间不均匀分布,即结构温度场川。对于日照
梯度温度而言,由于太阳辐射和其它影响引起上
1.3桥宽
部结构顶层温度增加时,产生正温差;反之,由于
表3列出了不同桥宽的曲线钢箱连续梁在均匀再辐射和其它作用,热量由桥面顶层散失时产生
升温30℃时的径向力结果,支承约東方式同图3。
负温差。钢箱梁的日照梯度温度随上部结构形式
表3不同桥宽的曲梁梁端径向力
地区条件和铺装厚度的不同而有差异,特别是桥
面铺装具有隔热作用,并能保护上部结构免受高
桥宽/m粱端径向力及N
结构描述
的日照梯度溫度的影响,其对钢梁的日照梯度温
10.0
75
度作用较敏感。文献2对铺装厚度为65mm的钢
12.5
4!跨径布置:30m+3010m箱梁进行了日照温度实测,温度分布如图4所示。
15.0
201
平曲线半径:75m
17.5
结构高度:2,0m
20.0
302
点最大时的温度分布
10
大时的度分布
1.4下部结构刚度
20100
表4列出了不同下部结构刚度时,曲线钢箱
连续梁在均匀升温30℃时的梁端径向力结果,支
承约束方式同图3。
13
袭4不同下部结构刚度时的曲梁梁端径向力
整体升
桥向水平例?向转角刚度)盪梁端
度/(kNm)(kN?mrad)径向力
结构描述
图4钢箱梁实测日照梯度温度分布
25000
000000
图4的温度分布可见,日照从顶部直射时顶
75000
2000000
68跨径布置:30m+35m+板温度分布均匀,可不计及横桥向温度梯度,挑臀
30m
t25000
3000000
75平曲线半径:75m
遮阴的腹板沿结构高度方向温度呈递减趋势。
桥宽:10m
日本《道路桥示方书?同解说》采用的日照温
17500C
4000000
79结构高度:2.0m
度梯度模式如图5所示,日光直射部分与日阴部
000
5000000
分的正温差T1取15℃,分布高度h1取30cm。