鋼箱梁日照溫差作用效應分析

鋼箱梁由于重量輕、強度高、工廠化施工、外形美觀等諸多優(yōu)點，在橋梁工程中得到廣泛的使用。然而鋼材不同與混凝土材料，同時，夏季炎熱地區(qū)，鋼結構橋梁自身溫度遠超于體感溫度，在長期服役過程中，季節(jié)的交替、炎熱夏季的晝夜溫差等溫度作用使鋼箱梁橋受到各種溫度荷載的影響，結構在溫度作用下會引起結構變形等，影響結構的施工。但實際的橋梁結構所處的溫度場并非是單一的溫度作用，往往是受到多種溫度作用的耦合，而在橋梁工程設計時難以將其全部考慮而對鋼結構橋梁所處的溫度場產生的效應進行分析。季節(jié)交替、晝夜日照溫差等所產生的是一個動態(tài)變化的溫度場，炎熱地區(qū)夏季的日照作用下，鋼橋頂板受日照作用影響，溫度升高很迅速，但鋼橋內部溫度升高相對緩慢，這就影響著鋼橋在溫度梯度作用下產生變形甚至附加應力。

通常情況下，日照溫差效應會使結構產生溫度應力，溫度應力不可以忽視，諸多學者的研究表明，甚至會有溫度應力大于活載應力的情況發(fā)生。應力過大會影響結構的正常使用甚至使用壽命，故溫度作用對鋼橋的影響還是要引起足夠重視。

一、研究現(xiàn)狀

國內外學者針對混凝土箱梁的溫度場、溫度效應進行了研究，但針對鋼橋的溫度場研究較少。由于溫度對橋梁結構的影響不容忽視，近年來，越來越多的學者對于鋼橋的溫度場進行了相關研究。

孫國晨為研究不同溫度分布下橋梁結構的受力，利用ANSYS有限元模擬與實測數(shù)據(jù)進行對比分析，對計算方法及我國規(guī)范中橋梁橫截面溫度的合理性進行了論證。諸熠楚對超長高層鋼框架結構溫度效應進行了研究，建立MIDAS模型分析溫度作用效應。對比分析了結構變形規(guī)律、梁柱受力特點和樓板應力分布情況與溫度作用參與的最不利荷載組合工況下結構構件承載力和穩(wěn)定性。高婧基于溫度實測數(shù)據(jù)結合ANSYS模擬，分析扁平鋼箱梁溫度、溫差分布特征。結果表明，在最不利溫度場分布梯度工況下，頂板溫度應力最大值與設計車輛荷載作用下的應力非常接近，扁平鋼箱梁設計時應結合當?shù)貧夂蚯闆r考慮日照溫度效應的影響。朱穎建立熱力耦合模型，對大跨度鋼桁懸索橋在日照溫度場的作用效應進行了分析。結果表明，在橋梁的施工和運營過程中日照溫度場是不可忽視的溫度作用。宋毅為研究溫度場特征利用鋼-混凝土組合梁縮尺模型進行相關實驗。結果表明，相比驟然降溫變化，日照輻射對鋼-混凝土組合梁結構溫度影響更大；基于試驗數(shù)據(jù)提出了混凝土橋面板與鋼梁的最不利豎向正、負溫度梯度二次拋物線擬合模型，具有較高的準確性與可靠性。

目前針對鋼箱梁橋的溫度場及溫度效應的研究還相對較少。有學者對鋼箱梁在日照作用下的溫度場分布作了有限元模擬，并與實測數(shù)據(jù)進行對比分析發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)基本符合實際。本文通過Midas/civil建立的有限元模型，對鋼箱梁受溫度作用下結構的內力位移進行分析。

二、有限元模型

（一）模型概況

本文利用Midas/civil建立3×30m連續(xù)梁模型，鋼箱梁為單箱單室箱型主梁，主梁截面如圖1所示，橋面寬8m（翼緣板1.808m×2），高2.303m，頂?shù)装搴?/span>16cm，腹板厚16cm。頂板有I型，U型加勁肋。

（二）結果分析

對鋼箱梁所受的日照溫差進行模擬，現(xiàn)將鋼箱梁模型進行整體升溫30℃，整體降溫10℃，頂?shù)装鍦夭顬?/span>10℃，20℃，30℃的溫度荷載作用下的變形進行分析。鋼箱梁在溫差作用下變形及縱向、豎向在不同溫差下的位移值。

鋼箱梁在溫度作用下，頂?shù)装?/span>溫差越大，其縱向和豎向的變形越明顯。30℃的最大溫差下，橋梁縱向最大的節(jié)點位移值為2.6mm，遠小于容許誤差值，故頂?shù)装鍦夭畹拇嬖?/span>對橋梁縱向的變形影響非常小，故橋梁工程施工中縱橋向不考慮日照溫差帶來的影響。30℃的最大溫差下，橋梁豎向最大的節(jié)點位移值為8mm，已經超出容許誤差值，在施工中往往小于容許誤差才能保證橋梁的質量和安全。故鋼箱梁橋的頂?shù)装?/span>溫度差值越明顯，結構的豎向變形越大，溫度梯度是不可忽視的影響因素。

三、結語

本文通過Midas/civil建立的有限元模型對鋼箱梁受溫度作用時，結構的內力位移進行了分析，得到主要結論如下：

（1）鋼箱梁在日照溫差效應作用下，橋梁縱向的位移值較小，在容許誤差的范圍內加以忽略，故橋梁工程施工中縱橋向不考慮日照溫差帶來的影響。

（2）30℃的頂底板溫差下，結構縱向伸縮最大為2.6mm，而豎向變形的最大值達到了 8mm。橋梁結構在日照溫差作用效應下，主要產生豎向變形。鋼橋進行節(jié)段焊接施工時，選擇溫度場均勻時進行施工，應避免在溫度梯度下進行施工而使結構產生較大的豎向變形。

文章來源：  《產品可靠性報告》   http://www.00559.cn/w/kj/32519.html