部分斜拉桥整体变温和索梁温差效应分析

第43卷第 4 期f h) !讨Y〇1.43,N〇.4 2017 年4 月________________________Sichuan Building Materials__________________________April ,2017
部分斜拉桥整体变温和索梁温差效应分析
王晶
(西南交通大学，四川成都610031)
摘要:部分斜拉桥由于构造复杂，在气温变化等因素作用 下会产生斜拉索与主梁温差和整体升降温等温度问题s本 文依托广佛环线东平水道大桥项目，利用M idas/Civil对成桥 阶段的索梁温差以及全桥整体升温、降温进行计算。

结果表 明：季节性整体升降温对主梁挠度、应力影响较小；索梁温差 引起的主梁挠度较大，成桥阶段跨中最大值达到了27.2 m m，桥墩支座处主梁产生了转角0本文所得结论可为今后 铁路PC部分斜拉桥温度问题提供参考。

关键词：部分斜拉桥;整体变温；索梁温差；温度应力
中图分类号-448. 27 文献标志码:B
文章编号：1672 -4011(2017)04 -0103 -03
DOI：10. 3969/j.issn. 1672 - 4011. 2017. 04. 047
Analysis of system temperature variation Emperature Variation Between Cables And Beams Effect of Partial Cable Stayed Bridge
WANG Jing
(Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China) Abstract ：Due to the complex structure of the partial cable-stayed bridge,emperature variation will induces temperature problems of partial cable - stayed bridge,such as temperature difference between cable and girder,overall temperature change. Based on the Dongping waterway bridge program,Both the whole bridge model and the largest cantilever construction model were established by Midas/Civil.The effects of system temperature variation and temperature variation between cables and beams were calculated.The results show that the seasonal fluctuation of temperature on the girder deflection and stress has little effect；the girder deflection caused by temperature difference between cable and girder is large,the maximum reached 27. 2mm,the pier bearing girder has angle.The results obtained in this paper can provide reference for the temperature of the PC partial cable -stayed bridge of railway in the future.
Key word：partial cable- stayed bridge；system temperature variation；temperature variation between cables and beams；ther­mal stress 〇前言
部分斜拉桥是一种介于斜拉桥与梁式桥之间的桥梁结构。

此桥型具有刚度较大、性价比高、疲劳性能提高和跨越能力强等特点，因此预应力部分斜拉桥广泛应用于铁路桥梁中，大跨度预应力混凝土桥梁的箱梁结构通常直接暴露在自然环境之中，必定会受到多种因素的影响，例如:太阳辐射、气温变化、自身水化热、寒潮和火灾[1~3IS这些因素导致的温度应力与变形，将严重影响桥梁结构的正常使用并且危及结构安全[4_5]0各国桥梁规范中[6_7]，对于温度荷载早已经有了规定。

斜拉桥的斜拉索与主梁不仅截面形式有很大的M别而且所采用材料不同。

钢材与混凝土膨胀系数、比热容与热传导率存在较大差异i并且斜拉索也横截面尺寸远远小于主梁。

这两点因素导致相同外部温度作用下斜拉索与主梁之间也会形成很大的温度差。

除此之外，季节性的整体温度变化对于铁路p c部分斜拉桥也会产生很大的温度效应〇而且，温度效应对施工阶段也会产生不利的影响[8_K)]Q本文以正在修建的大跨矮塔斜拉桥——东平水道特大桥为例，分析索梁温i S和整体升降温对主梁应力、变形的影响。

1温度问题
1.1整体温度变化
整体温度变化就是以相同温度为基准衡量桥梁升温或降温的情况。

整体温度变化的特点为各个位置温度变化相同且作用缓慢。

它主要由桥位所在地气温的年温度变化引起，具有季节性与周期性。

年温度变化即12个月中月平均气温的变化值极值，在工程实际中通常以余弦函数来表小—11_12]:
Ta= Ta m +Aacos[^(T-T〇)]
式中，匕为气温；7\m为年平均气温为年温变幅；T。

为最高气温出现时间《
本文根据实际情况[13]选取佛山地K的月平均气温如表1。

根据表1的数据，月平均最高气温出现在7月份为29. 5°C，最低气温出现在1月份，为14.5°C，年温差为15°C。

表1佛山市月平均气温 °C 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12温度14.5 15 18 23 26.528.5 29.5 29.528 25 20.516.5
收稿日期=2017 -02 -20
作者简介：王晶（1992 -)，男，四川南充人，在读硕士研究生，主要研究方向：桥梁抗震。

本文整体升降温采用±20°C(保守）进行计算。

采用Mi­das/Civil软件进行整体变温作用的模拟，
• 103 •
1.2 索梁温差
部分斜拉桥结构复杂，是由斜拉索、箱梁共同组成的w 由于钢材与混凝土的膨胀系数、比热容与热传导率的差异比 较大，斜拉索横截面尺寸远小于主梁的截面尺寸而且截面形 式相差巨大，因此，在相同温度作用下主梁与斜拉索之间也 会形成很大的温度差&
斜拉索具有截面积小、热传导系数大、比热容小等特点， 故一般认为截面的温度均匀分布，不存在温度差。

在斜拉索 的温度问题上，主要是分析斜拉索与主梁之间的温度差对结 构的影响。

斜拉索表面的温度可以按照下列公式进行计算：
式中，
为斜拉索表面温度；匕为斜拉索周围气温；
为换热系数；g 为斜拉索周围热流密度。

在进行计算的时候,一般按最不利情况选取。

本文取最 不利温度场相对应的索梁温差，综合考虑后取索梁温差为+ 10°C 和-10°c 。

2工程概况
东平水道预应力混凝土部分斜拉桥为双塔双索面预应
力混凝土部分斜拉桥（见画1)，该桥位，跨径布置为97 m + 196 111+97 1^主梁为单箱双室直腹板箱型。

箱梁桥面宽度
为13. 5
m ，箱梁宽11m 。

箱梁中跨跨中截面和边跨梁端梁高 均为5.6 m ，支座处梁高9.3 m 。

铁路等级为城际铁路，设计 时速200 km /h 。

见图
3有限元模型
本文采用桥梁有限元分析软件Midas /Civil 建立了东平
水道大桥全桥有限元模型，并依据东平水道大桥的实际施工 情况对整个施工阶段进行模拟。

：整个模型共有262个单元 和271个节点。

其中主梁、索塔、桥墩采用梁单元模拟，斜拉 索用考虑恩斯特公式修_的等效桁架单元模拟。

见图2。

4温度效应
4.1
整体温差引起的温度效应分析结构的整体升温降温取
±20t ，采用软件对整体温差作
用下的主梁挠度、主梁应力的变化量进行了分析，见图3。

1)主梁、桥塔结构位移，见图3。

由图形可得如下结论。

(1) 成桥阶段阶段整体升温20°C 和整体降温20°C 所
起的主梁竖向挠度值非常的小，为3.5 mm 。

(2)
在成桥阶段，主梁中跨的挠度大于边跨的挠度，中
跨中的S 大位移为4.1 mm 。

在支座位置发生转动：整体温 度升高时，墩顶处主梁随着墩顶的上挠而上挠，跨中处下挠， 支座转动方向为主梁主跨;整体温度降低时，墩顶处主梁随 着墩顶下挠而下挠，悬臂端处上挠，支座转动方向为主梁 边跨。

2)主梁、桥塔结构应力，见表2。

表2
整体温度变化作用应力
M Pa
位置
主梁应力
桥塔应力
最大值
最小值最大值最小值整体升温20°C
成桥阶段
^
0.58-0.440.61-0.39整体降温20°C
0.44
-0.58
0.39
-0.61
4. 2 索梁温差引起的温度效应分析
索梁温差取± 10T ，对索梁温差作用下的主梁位移、斜拉索索力、主梁应力进行分析
1)主梁位移，见图4。

度变化大小相同，方向相反^成桥阶段，最大位移出现在跨 中，达到了 27. 18 mm ，墩顶无竖向位移。

索梁温差+ 10°C 时， 中跨下挠，边跨上挠，主梁与桥墩支座处向中跨转动;索梁温 差-10°C 时，中跨上挠，边跨下挠，主梁与桥墩支座处向边跨 转动。

2)主梁应力。

索梁温差荷载作用下的Midas /Civil 分析 计算结果如表夂
表3
索梁温差作用应力
M Pa
位置
=主梁应力
桥塔应力最大值最小值最大值最小值索梁温差10°c
成桥阶段
1.5-1.20.250索梁温差-10°c
1.2
-1.5
0-0.25
(下转第
106页）
• 104
•
速反应的能力，已经是各个管理单位共同追求的目标。

但 是，就我国现状而言，各公路管理单位首先要解决一些专用 性极强的养护与检测设备价值昂贵、使用频率偏低的问题。

基于以上原因，高速公路养护管理必须进|步加强组织M域 性的协作，改变原来的工作状态，提高区域协作工作的生产 效率，从而提升适应市场的能力
2.3 管理体制逐步走向集中、统一
一方面应该以营运的实际状况与社会的需求为依据不 断改善、合理调整养护技术的有关政策。

另一方面，应该保 证在一定的区域内，使交通与维修具有一定的调度和分流能 力e所以，在建立高速公路养护管理体制的过程中，应_将集中、统一的原则放在优先考虑的位置。

2.4 引进市场机制，培育公路养护市场
就我国公路养护体制的现状而言，不可能在短时间内就 解决高速公路养护体制改革的问题s因此，高速公路养护体 制的改进与完善必须循序渐进，首先，成立4^路养护公司，并通过开展招投标的方式以决定公路养护项口养护问题s 3然，建立更为具体、细化的管理制度也十分重要，即建立合 理的招投标制度。

在传统的工作方式中，多数养护机构通常 是采用直接下命令的方式进行公路养护，这种方式严重阻碍 了现有工作的发展。

所以，欲改进不良的管理方式，制定公 平、合理的制度迫在眉睫。

另一方面，应该采用定额管理的 方式，毕竟公路养护的费用有限，所以必须合理配置与使用 相关的人力与物力，将其用在刀刃上#
2.5培育具有法人资格的公路养护公司，提高机械化程度
按照现代企业管理办法，其给公路养护工作提出了新的 要求。

在新的时代背景下，应当成立具有法人资格，专业且 独立的高速公路养护公司，从而提高高速公路养护工作的质 M与效率。

当然，采用这种方式还有利于事企关系的协调与 统一，能够充分使高速公路养护公司成为企业管理的实体。

在这种模式下，高速公路养护公司可以获得相应的经营权、自主权以及法人财务产权，也为高速公路*护公司获得充分 的资质分并参与市场竞争打下了良好的基础。

为了达成高 速公路养护质m高、有关员工及管理人员收人高、养护成本
低的目标，公路养护公司必须从经营战略、文化建设、管理理(上接第104页)
5结论
1) 利用变形一致的原理求解得到各个时刻非线性温差的等效线性温差，并将其施加到Midas/Civil软件全桥模型 中，计算得出箱梁的纵向温度次内力值:高度方向温差引起 4.91 MPa拉应力，宽度方向温差引起拉应力2. 12 MPa。

2) 季节性整体升降温对主梁挠度、应力影响较小，成桥阶段的整体升降温会使主梁在桥墩支座处产生转角；索梁温 差引起的主梁挠度较大，成桥阶段跨中最大值达到了 27.2 mm，桥墩支座处主梁产生了转角，最大悬臂状态索梁温差产 生的最大应力为1.56 MPa。

[ID:004127]参考文献：
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素质建设以及各项管理规章制度制定等不同方面多角度、多
方位地进行综合考虑5除此之外，应3不断加强相关专业化
养护公司的扶持力度，尽可能地改善机械化配备的状态，在
机械装备水平提高方面下大功夫，以推进公路养护公司实现
真正的市场化管理。

：
2.6加强养护企业人事、用工制度改革，强化专业技术培训
第一，在改革人事用工制度方面，应3通过相关的技术
培训与专业学习推进高速公路养护的发展，并且相关的企业
与部门必须充分考虑自身生产岗位的现状与特点，确定合理
的用工数、用工方式以及其他用工条件。

第二，为了进■步
改善公司员工的择业机制，可以采用签订合同的方式进行统
一管理，并且，企业要尽可能制定完善竞争上岗机制，以保证
录用人员的优秀程度，同时，企业应全面考察自身的需要，吸收、引进文化水平高、专业能力强的新型养路工人。

另外，企业也可以按照不同的季节需求，适时雇佣一定的临时工人，以彻底打破传统的用工界限。

3结论与展望
从人力选用、设备使用、政策制定、管理方式等各个方面
考虑，我国高速公路管理体制都存在众多的问题。

新的时代、新的社会背景给高速公路养护工作提出了更高的要求，只有结合科学知识，不断改善金路养护工作现状，才能全面
推进我同高速公路养护制度的改革，促进公路养护市场的快
速发展。

，[ID：004085]
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