双塔斜拉桥成桥状态下的温度影响分析

摘要： 本文以成桥状态下的马岭河大桥（斜拉桥）为工程背景，通过考虑整体温差、主梁日照温差、主墩两侧温差、索梁温差，分析温度对斜拉桥成桥状态的影响。研究表明：整体温差、索梁温差对主梁内力、位移和索力影响较大，而主梁日照温差、主墩两侧温差对主梁内力、位移、索力影响较小。

关键词：双塔；斜拉桥；成桥状态；温度；内力；位移；索力

Abstract: In this paper, the state of bridge under the Maling River Bridge (cable-stayed bridge) as engineering background, by considering the overall temperature, the temperature difference of main pier girder, temperature difference between the two sides, cable beam temperature, influence of temperature on the bridge of the cable-stayed bridge. Research shows that: the overall temperature, cable beam temperature cable force influence on the beam stress, displacement and main beam, and the sunshine temperature difference, temperature difference between the two sides of the main pier girder internal force, displacement, cable force influence.

Key words: Twin Towers; cable-stayed bridge; bridge; temperature; stress; displacement; cable force

中图分类号：P184.5+3

0引言

斜拉桥合理成桥状态一般主要考虑了施工过程、二期恒载和混凝土收缩徐变等的影响，而对成桥后的温度影响则未予考虑。而整体温差、主梁及桥塔日照温差和索梁温差是斜拉桥成桥状态温度的主要影响影响。因此应对其他荷载和影响因素进行分析以确定斜拉桥成桥状态后,从而保证大桥结构在各种荷载组合下是安全可靠的。目前有人对斜拉桥成桥合理状态的影响因素其温度进行了研究[1-6]，但还不够完善。因此，本文主要从温度对成桥状态的影响作分析，以马岭河特大桥360m主跨斜拉桥为背景,分析温度对其成桥状态的影响程度，为大桥设计提供参考。

1桥梁概况

马岭河特大桥主桥桥跨布置：155+360+150m为预应力混凝土斜拉桥。8号塔墩处主梁与主塔通过下横梁实行临时固结，9号塔墩处主梁与主塔通过桥塔下横梁实行永久固结，施工完成后形成半漂浮体系。大桥设计速度为80km/h；桥面宽度：主桥24.5+2×1.3（布索区）=27.1m。本桥设计标准规定的温度效应：全桥计算取体系升温20℃，体系降温20℃，主梁按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）第4.3.10条规定的梯度温度变化模式效应计算。桥面板表面温度取14℃，桥面板以下10cm处的温度取5.5℃；主塔两侧温差±5℃；索梁温差±10℃。

图1大桥整体布置图（单位：m）

2温度影响因素分析

影响温度的主要两部分为年温差影响和局部温差影响。气温随季节发生周期性变化对桥梁的影响,即为年温差影响；而日照温差或混凝土水化热等影响为局部温差影响。

2.1 整体温差

结构从同一基准温度出发变化到另一温度，结构中所有构件具有相同的变化量，即为整体升温。大气温度的变化是引起整体温差的主要原因，主要包括一天中大气温度变化和季节大气温度变化。根据本桥气象资料，结构体系温差取±20℃。

2.2 主梁日照温差

主梁日照温差是指主梁从同一基准温度出发,从主梁梁顶到主梁梁底的温度变化量不一致而形成的主梁沿竖向的温度梯度，一般假定温度沿竖向呈线性变化。主梁梁顶和梁底的位置不同，致使日照作用下受光表面与构件内部呈现出较大的温度梯度，从而引起主梁温度梯度。结合本桥气象资料，主梁按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）第4.3.10条规定的梯度温度变化模式效应计算。桥面板表面温度取14℃，桥面板以下10cm处的温度取5.5℃。

2.3 主塔日照温差

桥塔日照温差是指主塔从同一基准温度出发，桥塔在纵桥向的两个侧面具有不同的温度变化量而形成的主塔纵桥向的温度梯度，一般假定温度沿纵桥向呈线性变化。主塔沿两个侧面的位置不同，导致桥墩所受日照的阳光强度也不同，是引起桥塔温度梯度的主要原因。

2.4 索梁温差

索梁温差是指混凝土斜拉桥结构从同一基准温度出发，因斜拉索和主梁具有不同的温度变化量，从而使斜拉索与主梁变化到不同的温度。一般对于混凝土斜拉桥而言，由于斜拉索是由钢绞线制成,横截面较小,温度敏感程度较高，而主梁温度场分布复杂，横截面较大以及混凝土导热系数较小，所以在日照温度作用下,主梁温度变化总是滞后于斜拉索的温度变化,从而引起较大的索梁温差。依据本桥气象资料，考虑索梁温差10℃进行计算。

3模型计算

马岭河特大桥的温度影响主要分为整体温差影响、桥面日照影响、桥塔日照影响和索梁温差影响。

本文计算模型采用有限元计算软件MIDAS/CIVIL2011建立，主梁节点609个，主梁单元428个，斜拉索单元178个。将整体温差影响、桥面日照影响、桥塔日照影响和索梁温差影响分作四种工况，分别计算对马岭河特大桥内力和位移的影响。主梁内力控制截面主要选取两边跨最大正处，两塔塔梁交接处，中跨四分之一、中跨跨中、中跨四分之三共7个位置，MIDAS模型如图2所示。

图2大桥MIDAS模型图 图3四种工况下的位移变化曲线图（单位：m）

通过计算分析可得出四种工况下的位移变化曲线图3。其应力变化比较如表1所示。

表1四种工况下的应变变化比较图（MPa）

四种工况作用下的索力增量如图4~图7所示。

图4 整体温差作用下的索力增量图图5 主梁日照温差作用下的索力增量图

图6 主墩日照温差作用下的索力增量图图7 索梁温差作用下的索力增量图

1.26MPa；索力整体增量较大，两边跨跨中索力较小，中跨跨中和根部截面索力较大，最大值为-107.42kN，因此对成桥状态的影响很大。

主梁日照温差对主梁位移变化较小，最大位移变化量仅为5.08mm，且基本趋势是整体向上挠；而应力变化较均匀，全截面上下缘均出现受拉状态，最大拉应力出现在中跨四分之三截面下缘，为0.51MPa；而对索力影响较小，整体索力增量都很小。

主塔日照温差对主梁的位移影响较小，最大位移变化量仅为5.22mm，两边跨位移均向下，跨中位移向上；主梁全截面应力均较小；索力增量也均很小。

索梁温差对主梁位移变化最大，其中在中跨跨中主梁下挠变形达84.39mm；对塔梁固结处9#墩位置主梁的应力影响最大为-1.19MPa，而对8#塔位置主梁的应力影响较小，仅为-0.61MPa；索梁温差对斜拉索索力总体减小，在塔根处影响最大，达-119.69kN。

4结语

通过理论计算分析得出：温度对成桥状态的影响是很大的，尤其是索梁温差致使塔梁固结处应力达-1.19MPa，主梁中跨跨中变位达-84.39cm，塔根部最大索力达-119.69kN。整体温差、索梁温差对主梁标高和应力的影响较大，而主梁日照温差、桥塔日照温差对主梁标高和应力影响相对较小，且影响规律各有所不同。因此混凝土斜拉桥在确定成桥状态时应综合考虑温度因素，合理地选取主梁应力的控制条件，以及合理预抬主梁标高，从而保证斜拉桥成桥状态在各种因素综合影响下线形平稳、结构安全可靠。

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作者简介：曹少辉(1983.11 ---)，男，硕士研究生学历，湖南省益阳人，工程师，研究方向：桥梁结构分析与工程控制。