钢-混凝土组合梁桥的温度梯度作用——作用模式与极值分析

为建立适用于钢-混组合梁桥的竖向温度梯度作用模式和取值方法，对一组合梁节段模型开展超过一年的长期温度测试与有限元数值模拟，以温度场分解得到的竖向线性温差和残余温度作为温度评价指标，根据指标达到极值时的竖向温度分布特征建立适用于组合梁桥的温度梯度模式体系。利用气象站23年的历史气象数据计算组合梁桥的长期温度梯度，采用基于广义帕累托分布(GP分布)的超阈值模型进行温度梯度代表值极值分析。研究结果表明：竖向线性温差和残余温度可反映温度作用在结构产生的次生效应和自生效应，是判断竖向温度梯度模式合理性的有效评价指标；考虑中梁和边梁腹板的日照条件差异，建立了适用于多主梁组合梁桥的竖向温度梯度模式体系，包括了2种升温模式和1种降温模式，对不同铺装厚度和桥面板板厚均有较好的适用性；钢梁形状对各温度梯度模式的影响并不显著，桥面板厚度、沥青铺装厚度对组合梁顶部的温差影响显著，钢表面吸收率则对升温模式1、2中钢梁部分的温差影响显著；在边梁的升温模式2中，钢梁温度渐变段高度与组合梁的悬高比(桥面板悬臂宽度与钢梁高度的比值)有直接关系，当悬高比大于1.51时，钢梁完全处于阴影之中；建立了西安组合梁桥各温度梯度中温差的GP分布模型，计算得到了各温差50年重现期的代表值，通过与中国通规和欧洲规范中的温度梯度模式对比，发现提出的3种温度梯度模式可以更好地包络住组合梁桥中梁和边梁长期运营期间产生的正负线性温差和拉压应力状态，对于中国规范组合梁桥温度作用相关条款的补充具有重要意义。     

陕西地区混凝土无伸缩缝桥梁的温度作用及其区划

为研究混凝土无缝桥温度作用取值的地域差异性，对一整体式无缝桥开展了长期温度测试，基于实测数据验证有限元温度场模拟方法的准确性；调研陕西省及周边省份46个国家基准气象站1993~2015年气象数据，对其中缺失太阳辐射数据的站点进行了补充，并将气象站日值数据分解为逐时数据用于温度场分析；利用气象数据进行了23年长期温度场模拟，并基于新西兰规范温度梯度模式，进一步通过广义帕累托模型计算了有效温度和温度梯度作用具有50年重现期的代表值；采用空间插值方法绘制了温度作用等值线地图，并对等值线地图进行简化得到了温度作用分区地图；考虑不同梁高和铺装厚度参数对温度作用模式进行了修正，并最后给出一个分区地图的应用案例，计算了陕西各分区内整体桥的跨径总长限值。研究结果表明:陕西地区有效温度分区地图分布趋势与《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)基本吻合，但关中和陕南部分地区取值较规范更为不利，而对于温度梯度顶部温差，陕北和陕南的大部分地区均超过规范统一取值14 ℃；在梁高小于1.4 m时，不存在新西兰规范温度梯度模式中的等温段，修正后的温度梯度模式能准确反映不同梁高下的温度分布规律；沥青铺装厚度仅对顶部温差影响较大，不同铺装厚度情况下的顶部温差可按线性插值进行修正；整体桥主梁纵向变形量随桥长线性增长，可在自由伸缩变形的基础上通过过引入纵向伸缩量折减系数进行简化计算；桥长可通过考虑升温时的桥台弯曲破坏和降温时的桩低周疲劳破坏进行控制，根据实际合龙温度计算；在提出的3种温度分区中，最优合龙温度下的理论桥长最大值分别为290、240和220 m。      

钢-混凝土组合梁桥的温度梯度作用——地域差异与等值线地图

为研究组合梁桥温度梯度作用取值的地域差异性，搜集了全国839个气象站的长期历史气象数据，建立了全国91个辐射气象站（有太阳辐射历史数据）太阳辐射预测的Bahel模型，补充了748个常规气象站（无太阳辐射历史数据）各23年的太阳日辐射总量数据。在这些气象数据的基础上，提出了温度作用代表值等值线地图的“逐层绘制法”，该方法首先采用有限元温度场长期计算和气象相关性经验公式分别得到91个辐射气象站和748个常规气象站的温度作用样本数据，随后基于广义帕累托分布（GP分布）的超阈值模型求得各气象站的温度作用代表值，最后，采用空间插值方法绘制各温度作用代表值的等值线地图。采用上述方法，绘制了组合梁桥温度梯度升温模式1、升温模式2和降温模式中各温差代表值的等值线地图。研究结果表明：Bahel模型在中国范围内具有很好的适用性，可用于太阳辐射数据的准确预测和补充；中国组合梁桥各温差存在显著的地域差异性，最大可达到27.89℃，若在一个较大的区域内选取一恒定温差作用取值会明显低估了这种地域差异性；“逐层绘制法”概念清晰，操作方便，是进行温度作用等值线地图绘制的有效方法；所绘制的50年回归期温差代表值等值线地图，可用于全国范围内组合梁桥温度梯度作用的准确取值，所提供的温差数据具有概率统计意义，较现行规范更能满足极限状态设计法的基本要求，对于中国组合梁桥的精细化设计和规范体系的补充具有重要价值。