钢箱梁日照温差作用效应分析

钢箱梁由于重量轻、强度高、工厂化施工、外形美观等诸多优点，在桥梁工程中得到广泛的使用。然而钢材不同与混凝土材料，同时，夏季炎热地区，钢结构桥梁自身温度远超于体感温度，在长期服役过程中，季节的交替、炎热夏季的昼夜温差等温度作用使钢箱梁桥受到各种温度荷载的影响，结构在温度作用下会引起结构变形等，影响结构的施工。但实际的桥梁结构所处的温度场并非是单一的温度作用，往往是受到多种温度作用的耦合，而在桥梁工程设计时难以将其全部考虑而对钢结构桥梁所处的温度场产生的效应进行分析。季节交替、昼夜日照温差等所产生的是一个动态变化的温度场，炎热地区夏季的日照作用下，钢桥顶板受日照作用影响，温度升高很迅速，但钢桥内部温度升高相对缓慢，这就影响着钢桥在温度梯度作用下产生变形甚至附加应力。

通常情况下，日照温差效应会使结构产生温度应力，温度应力不可以忽视，诸多学者的研究表明，甚至会有温度应力大于活载应力的情况发生。应力过大会影响结构的正常使用甚至使用寿命，故温度作用对钢桥的影响还是要引起足够重视。

一、研究现状

国内外学者针对混凝土箱梁的温度场、温度效应进行了研究，但针对钢桥的温度场研究较少。由于温度对桥梁结构的影响不容忽视，近年来，越来越多的学者对于钢桥的温度场进行了相关研究。

孙国晨为研究不同温度分布下桥梁结构的受力，利用ANSYS有限元模拟与实测数据进行对比分析，对计算方法及我国规范中桥梁横截面温度的合理性进行了论证。诸熠楚对超长高层钢框架结构温度效应进行了研究，建立MIDAS模型分析温度作用效应。对比分析了结构变形规律、梁柱受力特点和楼板应力分布情况与温度作用参与的最不利荷载组合工况下结构构件承载力和稳定性。高婧基于温度实测数据结合ANSYS模拟，分析扁平钢箱梁温度、温差分布特征。结果表明，在最不利温度场分布梯度工况下，顶板温度应力最大值与设计车辆荷载作用下的应力非常接近，扁平钢箱梁设计时应结合当地气候情况考虑日照温度效应的影响。朱颖建立热力耦合模型，对大跨度钢桁悬索桥在日照温度场的作用效应进行了分析。结果表明，在桥梁的施工和运营过程中日照温度场是不可忽视的温度作用。宋毅为研究温度场特征利用钢-混凝土组合梁缩尺模型进行相关实验。结果表明，相比骤然降温变化，日照辐射对钢-混凝土组合梁结构温度影响更大；基于试验数据提出了混凝土桥面板与钢梁的最不利竖向正、负温度梯度二次抛物线拟合模型，具有较高的准确性与可靠性。

目前针对钢箱梁桥的温度场及温度效应的研究还相对较少。有学者对钢箱梁在日照作用下的温度场分布作了有限元模拟，并与实测数据进行对比分析发现数据基本符合实际。本文通过Midas/civil建立的有限元模型，对钢箱梁受温度作用下结构的内力位移进行分析。

二、有限元模型

（一）模型概况

本文利用Midas/civil建立3×30m连续梁模型，钢箱梁为单箱单室箱型主梁，主梁截面如图1所示，桥面宽8m（翼缘板1.808m×2），高2.303m，顶底板厚16cm，腹板厚16cm。顶板有I型，U型加劲肋。

（二）结果分析

对钢箱梁所受的日照温差进行模拟，现将钢箱梁模型进行整体升温30℃，整体降温10℃，顶底板温差为10℃，20℃，30℃的温度荷载作用下的变形进行分析。钢箱梁在温差作用下变形及纵向、竖向在不同温差下的位移值。

钢箱梁在温度作用下，顶底板温差越大，其纵向和竖向的变形越明显。30℃的最大温差下，桥梁纵向最大的节点位移值为2.6mm，远小于容许误差值，故顶底板温差的存在对桥梁纵向的变形影响非常小，故桥梁工程施工中纵桥向不考虑日照温差带来的影响。30℃的最大温差下，桥梁竖向最大的节点位移值为8mm，已经超出容许误差值，在施工中往往小于容许误差才能保证桥梁的质量和安全。故钢箱梁桥的顶底板温度差值越明显，结构的竖向变形越大，温度梯度是不可忽视的影响因素。

三、结语

本文通过Midas/civil建立的有限元模型对钢箱梁受温度作用时，结构的内力位移进行了分析，得到主要结论如下：

（1）钢箱梁在日照温差效应作用下，桥梁纵向的位移值较小，在容许误差的范围内加以忽略，故桥梁工程施工中纵桥向不考虑日照温差带来的影响。

（2）30℃的顶底板温差下，结构纵向伸缩最大为2.6mm，而竖向变形的最大值达到了 8mm。桥梁结构在日照温差作用效应下，主要产生竖向变形。钢桥进行节段焊接施工时，选择温度场均匀时进行施工，应避免在温度梯度下进行施工而使结构产生较大的竖向变形。

文章来源：  《产品可靠性报告》   https://www.zzqklm.com/w/kj/32519.html