大跨度钢管混凝土拱桥温度效应研究

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发布时间：2021-09-09

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大跨度钢管混凝土拱桥温度效应研究
李自林，刘明艳，李妲
(1．天津城市建设学院土木工程系，天津300384；2．河海大学港口海岸与近海工程学院，南京210098)
摘要：为得到温度变化对钢管混凝土结构受力的影响，通过对结构施加相应的温度荷载，与结构自重作
用下对主拱肋的内力情况进行比较，从而得出温度荷载对结构的受力影响情况，另外计算横梁与拱肋由
于温度不同而在连接处的内力情况，得出温度荷载对结构的影响不能忽略，计算时应根据结构实际环境
考虑相应的温度荷载。
关键词：温度荷载钢管混凝土拱桥拱肋有限元分析
中图分类号：U441 ．5 文献标识码：A
大部分桥梁每天都要经过一定的温度变化，这些
温度变化可能对桥梁受力引起相当大的改变，在日温
差较大的季节此种影响尤其明显。钢材是热的良导
体，在强烈的日光照射下温度快速升高，在温度变化的
作用下材料的各种性能可能会发生某些变化，由此而
产生的内力对结构的受力可能会产生很大的影响。对
钢管混凝土结构，由于其组合截面的特性，钢材与混凝
土有着不同的材料性能，各自的受力特点也不相同，在
温度变化作用下的受力情况应做重点研究。规范¨
要求在计算结构温度效应时对不同材料应采取不同线
膨胀系数，陈宝春，徐爱民等提出了计算合龙温度
的概念，并依据试验结果得出计算拱的温度应采用日
平均温度。
国内其他研究者关于桥梁温度效应的探究一直未
曾间断。朱爱华，谭万忠等 4。对曲线梁桥的温度效
应进行了分析，赵毓成等对钢管混凝土拱桥的非线
性温度荷载分析做了相应的研究，余明林等由实测
温度数据对钢管混凝土拱桥在温度荷载下的结构内
力、位移等做了相应的探讨。
1 工程简介
以跨度为330 in的淳安南浦大桥为例，桥位所属
区域位于中亚热带季风气候带北缘，四季分明，光照充
足。年平均气温17 oC，1月平均气温5℃ ，为最低，极
端最低气温一7．6 oC，7月平均气温28．9 oC，极端最高
气温41．8 oC。有调查显示，如此大的温差变化在桥梁
收稿日期：2010-04-22；修回13期：2010-05-20
作者简介：李自林(1953一)，男，河北成安人，教授，工学硕士。
建设时不能忽略。
该桥为钢管混凝土拱桥，四肢桁式拱，拱肋直径为
850 mm。吊杆为热挤聚乙烯高强钢丝拉索，桥面为混
凝土T形梁。拱肋间由横撑和靠近拱脚处的横梁联
系，位于桥面上的横撑有十三道，对称布置，拱脚处在
桥面下设置拱上横梁和桥下横撑，横撑和拱上横梁分
别与主拱肋连接，横撑截面为空心钢管，横梁为T形
钢筋混凝土截面。
2 模型的建立
应用有限元软件MIDAS／Civil建立该桥的有限元
模型，吊杆采用桁架单元模拟，其余单元均采用梁单
元，拱脚处拱上横梁与桥面板连接处将实体单元简化
为梁单元模拟，实体单元与梁单元的连接较复杂，为简
化计算，按照受力体系将其简化为梁单元。共2 432个
节点，5 378个单元。
超静定结构在温度变化时，会在拱中产生附加内
力，这些附加应力有时会对拱结构内力产生显著的不
利影响。
在此仅考虑均匀升、降温产生的附加内力。拱桥
建成以后，若气温与主拱合龙时的气温不同，则会在拱
内产生附加内力。设温度变化引起跨径方向的变位为
△Z ，根据变形协调条件，必须在弹性中心施加一个水
平推力日，温度上升时，日为正(向内作用)；温度下
降时，日为负(向外作用)。如图1所示。其典型方