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。     

混凝土箱梁温度梯度模式的地域差异性及分区研究

为了对混凝土箱梁温度梯度中温差取值的地域差异性和分区进行研究，对一混凝土箱梁桥开展长期温度场测试与有限元数值模拟，通过实测数据给出混凝土箱梁竖向温度梯度曲线形式，采用广义极值分布得到温度梯度中的温差代表值。建立有限元模型对中国34个主要城市混凝土箱梁温差进行计算，以地理、气象参数回归计算温差代表值的经验公式，在此基础上，对中国361座城市的混凝土箱梁温差代表值进行初步分区。研究结果表明：基于实测数据的混凝土箱梁竖向温度梯度曲线接近于新西兰规范推荐的"顶部5次抛物线"和"底部线性段"的形式；混凝土箱梁的顶部温差T₁和底部温差T₂分别服从参数为W（6.86，4.49，-0.42）和W（-0.32，1.46，-0.40）的Weibull分布，广东东莞地区混凝土箱梁顶、底部50年重现期的温差代表值分别为17.3℃和3.1℃；建立了以纬度l、海拔H和日温差T_V为参数的混凝土箱梁顶部温差代表值T_1，ref和底部温差代表值T_2，ref的经验公式，可以很好地反映中国混凝土箱梁温差取值的地域差异性，与已有研究成果亦可相互验证；基于经验公式，初步将中国划分为4个区域进行温差取值，4个区域T_1，ref的取值分别为18℃，20℃，23℃，29℃，T_2，ref的取值分别为4℃，5℃，6℃，7℃；提出的经验公式和温差代表值分区仅适用于100 mm沥青铺装的混凝土箱梁，研究方法和结论可为中国规范关于混凝土箱梁桥温度作用的完善提供参考。     

钢箱-混凝土组合梁桥竖向温度梯度分析

为了研究钢箱-混凝土组合梁桥竖向温度梯度分布模式和其影响因素,以某简支钢箱-混凝土组合梁桥为背景,基于三维遮挡算法,考虑太阳辐射、对流换热、结构热传导等因素影响,采用ABAQUS有限元软件建立钢箱-混凝土组合梁桥温度场,分析精细有限元模型。分析四季典型天气下竖向温度分布变化规律,提出了两种竖向温度梯度模式,采用基于温差基数、位置基数的多折线模式对竖向温度梯度进行简化。采用参数分析的方法分析环境参数、材料参数、截面参数对竖向温度梯度的影响,并采用多元线性回归的方法分析各参数的影响程度,提出钢箱-混凝土组合梁桥的竖向温度梯度基数回归函数。     

大跨组合连续梁桥不同温度梯度模式的效应研究

选取国内外四种温度梯度规范作为计算工况,对某大跨组合连续梁桥在不同温度梯度模式下的效应进行研究。分析结果表明:不同温度梯度模式下的效应分布具有一定相似性,但随着温差分布形态及特征值的不同,温度效应值相差很大。对于温度梯度各国规范规定了梁顶最大温差,但是自然环境复杂多变,不具有普遍适用性,采用改变梁顶最大温差方法,计算不同规范组合梁下缘应力和主梁线形,分析不同规范组合梁下缘应力和主梁线形的变化规律。     

基于历史气象参数的桥梁结构日照温度作用代表值研究

日照温度作用对桥梁结构的影响不容忽视。为了确定桥梁结构日照温度作用代表值,提出了基于历史气象参数的桥梁结构日照温度作用代表值的计算方法。以某混凝土箱梁桥工程实例为背景,对该方法的可行性进行了验证,并同时分析了气象参数对混凝土箱梁竖向日照温差的影响规律。结果表明:杭州市某地区,铺装层厚度为10 cm沥青混凝土的混凝土箱梁50年一遇竖向日照温差的代表值为18.65℃,超出了《公路桥涵设计通用规范》的规定;日太阳辐射总量越大,竖向日照温差越大;前两天大气温度对竖向日照温差也有一定影响,即前两天气温越低,越容易出现较大的竖向日照温差,也即处于升温过程中的天气,较容易出现较大的竖向温差;日最高温度越大,竖向日照温差越大;风速对竖向温差的影响与日太阳辐射总量有关,日太阳辐射总量越大时,风速对竖向日照温差的影响也越大,影响规律也越明显,当日太阳辐射总量较小的时候,风速对竖向日照温差的影响较小,同时也无明显关系。最后,根据气象参数对混凝土箱梁竖向日照温差的影响规律,提出了铺装层厚度为10 cm沥青混凝土的混凝土箱梁竖向日照温差的预测公式。     

波形钢腹板箱梁桥竖向温度梯度效应研究

波形钢腹板梁桥因其结构组合的特殊性,在不同温度场作用下结构受力状态复杂。为明确现行不同标准对波形钢腹板组合梁桥竖向温度梯度效应的计算差别,文中基于某波形钢腹板组合箱梁桥建立精细化三维有限元计算模型,对比分析中、美规范中竖向温度梯度分布模式下的温度效应。结果表明,不同规范关于温度梯度的分布模式和取值存在明显差异,波形钢腹板连续梁桥在温差作用下温度效应显著,不容忽视,可根据桥梁所处环境对现行规范进行优化;在正、负温度梯度作用下,波形钢腹板均受到最大拉、压应力;正温度梯度作用下,按照美国AASHTO规范中分布模式可获得砼最大拉、压应力;负温度梯度作用下,按照中国JTG D60-2015规范中分布模式可获得砼最大拉、压应力。     

钢箱梁桥温度梯度模式拟合研究

结合某公路钢箱梁桥在夏季极端高温下测得的温度数据,在其数据采集量受限情况下,参考铁路规范对实测温度数据进行曲线拟合,拟合的温度梯度曲线与实际温差曲线、规范给定的温度梯度模式进行对比,基本能包络其他两者,且对温度梯度作用计算偏安全,因此认为可以使用拟合的温差曲线来计算钢箱梁桥在相应时间点的温度梯度作用。     

Calculation of Temperature Stress of Steel-concrete Composite Beam

重点考察了钢-混凝土组合梁在任意温度分布作用下应力的计算方法.首先在指出传统温度应力计算方法不足的同时,根据结合面变形协调条件和曲率相同假设,推导出不考虑滑移时,矩形温差作用下组合梁应力的计算方法;接着采用有限元理论,推导出任意温度分布下,组合梁温度应力的计算方法,并分别给出温度梯度和矩形温差作用下的温度应力计算公式;最后以桌一钢-混凝土组合梁为例,将各方法的计算结果进行了比较.结果表明:对于适用于计算矩形温差的基于曲率的方法,计算矩形温差作用下的应力,与通用有限元软件模拟结果相吻合;对于适用于计算任意温度分布形式的有限元方法,计算温度梯度分布下的应力,与通用有限元软件模拟结果吻合较好.     

水泥混凝土路面的温度梯度日极值预估

温度梯度的大小受外界环境如气温、辐射、风雨等因素的影响较为显著,基于大同、宁波、广州三个气象观测站近一年的气象、路面温度等数据的采集分析,引入前一日的太阳辐射数据(Q-1)作为预估模型的参数,提高了前人基于气象参数对水泥混凝土路面日温度梯度最大值的预估模型的精度;采用路面表层温度这一较容易获取的温度数据(包括路表日最高温度Ts,max与路表日最低温度Ts,min)对标准厚度路面的日最大温度梯度进行预估的模型;引进路面温度梯度日振幅ΔTg这一概念,提出路面日温度梯度最小值与日温度梯度最大值之间的指数关系。     

西北极寒地区混凝土箱梁温度场实测与仿真分析

以新疆小沙河中桥为背景,通过试验实测与有限元分析,研究西北极寒地区混凝土箱梁温度场分布特点及其温度效应。选取2016年1月20日至2016年2月20日实测温度数据作为研究对象,分析结果表明:受太阳辐射的影响,梁高方向存在明显的温度梯度,测点T1,T4最大温差达到6.4℃,测点T4,T6最大温差达到5.6℃;腹板壁厚方向存在明显的温度梯度,测点T3,T5之间最大温差达到5.6℃;底板沿壁厚方向存在明显的温度梯度,测点T7,T8之间最大温差达到8℃。基于传热学分析理论,建立混凝土箱梁温度场有限元模型,选取2016年1月27日06:00到2016年1月28日06:00的实测温度数据,验证了混凝土箱梁温度场有限元模型的准确性。在验证有限元模型准确性基础上,计算日照升温和寒潮降温作用下混凝土箱梁梁高、腹板以及底板壁厚方向的温度场分布,计算分析最不利时刻温度场作用下的混凝土箱梁的温度效应,并与现有规范进行对比。研究结果表明:西北极寒地区带沥青铺装的混凝土箱梁竖向温度梯度与规范有所差别,箱梁顶板温差较小,而底板温差较大;日照下腹板温度高于顶板,降温时顶板温度高于腹板;温度效应计算较规范更为不利,降温时在底板产生的拉应力可能使混凝土产生开裂;在进行西北地区混凝土箱梁的设计计算时,建议根据桥位处气象数据对温度效应进行分析。     

钢-混凝土组合梁桥温度场与温度效应研究综述

组合结构桥梁由热工性能差异显著的钢材和混凝土构成,温度效应往往成为控制其设计和应用的关键因素,因此,对其温度场和温度效应进行准确地计算与评估具有重要的科研价值与工程意义。对组合结构桥梁温度场与温度效应开展了综述研究。首先,对各国桥梁规范温度荷载的规定进行归纳对比,讨论不同规范中温度荷载计算方法的特点,总结中国现有规范对全国气候划分的分辨率不足、对日照辐射的考虑不够完善等有待提升之处;其次,对国内外桥梁温度场与温度效应研究的发展与现状进行调研,重点分析中国钢-混凝土组合结构桥梁温度场与温度效应的研究进展,对现有研究的不足进行讨论;再次,提出基于可靠度理论的组合结构桥梁设计温度荷载模型,可使用气象部门统计的温度统计资料,通过MATLAB高效数值模型计算形成组合结构桥梁温度场时程数据,进一步利用极值模型获得桥梁设计的温度荷载代表值,快速、高效地实现对桥梁地理信息、结构参数等因素的考虑;最后,以北京地区典型3跨连续直线组合梁桥为算例,对连续钢-混凝土组合桥梁的温度效应展开研究。提出的基于可靠度理论与MATLAB的钢-混凝土组合结构桥梁设计温度荷载模型,可实现任意地区组合结构桥梁温度场的精确计算并显著提升计算效率。     

预应力混凝土箱梁结构日照温差应力分析

预应力混凝土桥梁受太阳辐射,结构表面至一定厚度范围内将产生温度差,与此同时,梁体自身对其内部纤维形成约束,从而出现温度应力。运用ANSYS软件建立了连续刚构桥主梁实体单元模型,重点考虑温度梯度影响,通过对比分析不同形状梁截面对温度应力的反应,得出腹板与顶板间加腋对腹板因温度梯度引起的拉应力影响甚微。提出腹板温度应力对预应力混凝土桥梁结构的设计过程影响甚重,须加以考虑,可供同型桥梁设计参考。     

混凝土箱梁悬臂施工中温度梯度对标高影响的分析与控制

为研究混凝土箱梁悬臂施工阶段温度变形对成桥状态线形的影响,以苏北地区京杭大运河特大桥混凝土连续箱梁作为工程背景,进行了混凝土箱梁温度场的观测试验.在实测箱梁温度场数据的基础上,将传热学有限元分析结果与实测数据进行了比较.计算值和实测值吻合较好.从而验证了影响施工期间箱梁温度梯度的主要因素是太阳辐射强度和箱梁梗腋高度,定量确定了其与温度梯度之间的关系.研究表明,悬臂浇注施工箱梁温度梯度可以表达为太阳辐射强度和箱梁梗腋高度的函数,将计算温度梯度结果代入最大悬臂状态的计算模型中,可预测温度梯度对各节段箱梁立模标高的影响.     

城市组合梁桥施工方法概述

组合梁桥在城市桥梁建设中应用越来越广泛。对目前城市组合结构梁桥经常采用的施工方法进行了概述,总结了组合梁桥钢梁与桥面板分步施工法和整体施工法的工法特点,介绍了预制桥面板的各种接缝施工工艺,并对改善结构受力状况的一些施工技术措施进行了阐述。     

我国公路简支钢混组合梁合理截面研究

根据我国道路结构特点和公路荷载标准,对简支组合梁桥主梁设计的控制因素、主梁合理截面尺寸等进行分析研究。给出了公路Ⅰ级车道荷载作用下,应力控制设计时的主梁挠度,以及翼缘面积与跨径关系的近似公式,并将组合梁桥与非组合梁桥进行了对比。     

快速施工桥梁的研究进展

为减少传统桥梁施工存在的弊病,加快桥梁建设速度,降低桥梁后期维护费用,提高桥梁的施工质量和耐久性,首先分析了快速施工桥梁的必要性及其在中国的应用前景,阐述了快速施工桥梁的基本组成及构件划分、预制桥面板的主要型式及发展趋势、钢与混凝土桥面板间的连接方式、快速施工预制装配桥梁主梁的3种主要型式及材料组合、节段拼装式预应力混凝土箱梁的预应力体系及主要施工方法、中小跨径混凝土或钢-混组合梁桥的主要截面型式及连接构造,讨论了预制高性能混凝土桥面板、多梁式钢-混凝土组合梁群钉连接的桥梁用于中小跨径快速施工桥梁的优越性,并对近年来在中国大江及海湾桥梁工程应用的整体预制桥墩的特点进行了论述;同时,重点阐述了快速施工钢-混组合梁桥、预制节段拼装混凝土或钢-混组合箱梁桥、预制拼装预应力束体系、预制节段拼装式桥墩等相关的理论研究与进展,包括群钉抗剪性能、混凝土桥面板间接缝受力特性、组合梁复杂受力行为分析、多梁式荷载横向分布、体外预应力组合梁动力特性、组合梁疲劳耐久性等,指出了当前中国进行快速施工桥梁建造在设计研发、体系机制创新等方面的一些不足,分析制约该领域发展的关键因素,同时对发展中国桥梁工业化、信息化及快速施工技术进行了展望,指出对于梁高受限或桥梁较宽,跨径在25~50 m的数量占比均较多的城市桥梁或公路桥梁,包括北方受季节性影响较大的桥梁,开拓快速施工桥梁与市场潜力巨大,并给出一些值得进一步研究解决的热点问题,以期促进交通行业桥梁基础设施建设技术的进步和创新发展。     

混凝土箱梁温度场计算方法研究

混凝土箱梁桥温度场是非线性的,其分布主要取决于环境条件、物理性质、几何材料特征以及桥梁走向位置等因素。本文简要介绍了一个考虑以上因素计算箱梁表面温度分布的解析模型,在此基础上进行箱梁桥温度场的热力学有限元瞬态分析。以杭州湾跨海大桥非通航孔桥为例,计算大跨预应力混凝土箱梁结构的温度场,通过与规范的计算进行比较,得到一些关于混凝土箱型梁桥温度效应的结果,可为工程设计和管理提供必要的依据。     

大跨预应力混凝土连续箱梁桥日照温差效应

对某特大型预应力混凝土连续箱梁桥进行了连续4 d的温差效应观测,在实测数据的基础上论述了箱梁桥的温度场及其变化规律,继而提出了一种适合于中国中部地区的同时考虑箱梁竖向和横向温差的温度梯度模式,将该模式与实测资料进行了比较并分析了温差效应。结果表明:由该模式计算出的最大横向温差时刻与实测结果十分吻合,对箱梁桥日照温差效应的测试有参考价值。