高低塔斜拉桥在温度作用下的静力特性研究.pdf

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1、２６世界桥梁２０１７年第４５卷第５期（总第１８９期）高低塔斜拉桥在温度作用下的静力特性研究杨永清，叶浪，吴德宝（西南交通大学土木工程学院，四川成都６１００３１）摘要：为探讨温度对高低塔斜拉桥结构成桥使用舒适性及安全性的影响，以跨径为（１５７＋２８０＋９３．５）m的清溪口渠江特大桥为工程背景，建立有限元分析模型，分别研究了体系温差、日照温差和索梁温差荷载作用对高低塔斜拉桥的主梁应力、主梁竖向位移及斜拉索索力的影响。研究表明：体系温差作用下，低塔侧边跨的主梁翼缘应力和斜拉索索力变化量较高塔侧大，主梁上翼缘的应力小于下翼缘；体系温差和日照温差作用下，高塔边跨的主梁变形较低塔侧大；日照温

2、差作用下，日照升温和降温引起的主梁变形、应力分布及斜拉索索力变化规律相反，且日照升温引起的主梁挠度值、上下翼缘应力值、索力变化量是日照降温的２倍；索梁温差作用下，高塔侧边跨的斜拉索索力、主梁翼缘应力及竖向位移较低塔侧大。在实际工程设计中，应注意关键位置处主梁的应力储备和挠度控制，以及斜拉索的承载能力保有量。关键词：高低塔斜拉桥；静力特性；有限元法；日照温差；体系温差；斜拉索；主梁应力中图分类号：U４４８．２７；U４４１．５文献标志码：A文章编号：１６７１－７７６７（２０１７）０５－００２６－０７1引言因素影响，易导致斜拉桥桥跨布置不对称，为解决这双塔斜拉桥相对于其它桥型具有自重轻

3、、受力一问题，工程中大量应用高低塔斜拉桥。目前对高性能好、跨越能力大等优点，广泛应用于交通建设低塔斜拉桥受温度影响的研究较为欠缺。［１-２］中。由于太阳辐射、气温等环境因素的作用，斜为探讨温度对高低塔斜拉桥结构成桥使用舒适拉桥会产生非线性的温度梯度分布，继而产生不可性及安全性的影响，以清溪口渠江特大桥为工程背［３-６］忽略的温度应力和变形。景，利用MIDASCivil建立有限元模型，探讨成桥状相关学者就温度对斜拉桥结构受力及变形的影态下，体系温差、主梁日照温差及索梁温差荷载对高［７］响进行了大量研究。李克银等以云阳长江大桥为低塔斜拉桥主梁上下翼缘应力、竖向位移及索力的工程背景，采

4、用有限元分析方法，研究了温度场对施影响，并对比了不同温度荷载作用下斜拉索索力、主［８］工中斜拉桥主梁线形的影响。季德钧等以哇加滩梁应力及竖向位移的变化规律。黄河特大桥为工程背景，对比分析了英国规范与中国规范中的温度梯度模式作用对主梁的应力分布影2工程概况响，并探讨了钢－混凝土组合梁斜拉桥在不同温度清溪口渠江特大桥位于四川广安灰渡口，为［９］荷载下的温度效应。卜一之等研究了苏通长江公（１５７＋２８０＋９３．５）m的双塔双索面预应力混凝土路大桥主桥施工过程中的温度变化对主梁、桥塔位高低塔斜拉桥，采用半飘浮体系（见图１）。桥塔采［１０］移及斜拉索索力的影响。闵志华等利用东海大用钻石形，

5、高塔高１５１．５m，低塔高１０４m。主梁结桥实测的环境温度和结构响应数据，验证了ARX构为预应力混凝土双纵肋开口箱梁，桥面宽３０．５m理论模型的正确性，并讨论了环境温度对等高双塔（见图２）。主梁标准块件长６m，每个标准块设１道［１１］斜拉桥结构动力特性的影响。龙志林等对比了３０cm厚的横隔板。全桥跨中合龙段长１．７m，２个非线性和线性温度场对某等高双塔斜拉桥主梁静力边跨合龙段长２m。桥塔与主梁之间设竖向支座、特性的影响，分析了局部温度对成桥状态的影响规横向限位装置和纵向限位装置。主梁采用C６０混律。上述文献充分研究了等高双塔斜拉桥在温度作凝土，桥塔采用C５０混凝土。用下的影响，但

6、在工程实际中，受地形、船舶通航等收稿日期：２０１７－０３－２７基金项目：国家自然科学基金项目（５１５０８４７４）作者简介：杨永清（１９６５－），男，教授，１９８５年毕业于西南交通大学桥梁工程专业，工学学士，１９８８年毕业于西南交通大学桥梁隧道及结构工程专业，工学硕士，１９９８年毕业于西南交通大学桥梁与隧道工程专业，工学博士（E-mail：yangyongqingx＠１６３．com）。高低塔斜拉桥在温度作用下的静力特性研究杨永清，叶浪，吴德宝２７图4有限元模型图1清溪口渠江特大桥总体布置4温度效应分析在有限元模型上，根据规范设置体系温差、主梁日照温差及索梁温差３个不同的工况，分别计

7、算温差荷载作用下主梁上下翼缘的应力、挠度及斜拉索索力变化值，分析高低塔斜拉桥的静力特性以及在实际工程设计中的应用。4．1计算工况图21／2主梁断面体系温差荷载是气候变化造成的。该桥设计合3温度效应的理论基础与有限元模型龙温度为１５℃，根据当地气象部门历年统计的日平由结构作用效应的等效关系可知，只要对两端［１３］均最高温度和日平均最低温度，整体升降温度的固定梁由于温度改变而引起的固端反力和固端弯矩取值为±２０℃。施加负号，即可得到温度变化引起的等效荷载。设日照温差荷载是主梁竖向温度