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随着我国城市交通网络的迅速发展,桥梁数量显著增加。由于空间通航要求、展线限制、地基条件以及地形等的限制,采用传统桥塔等高的斜拉桥不方便也不经济,而高低塔斜拉桥合适的跨径组合可以很好地适应地形。钢-混凝土叠合梁主梁的斜拉桥具有结构恒载小、刚度大、造型美观新颖等优势,应用越加广泛。处于自然环境中的桥梁结构会受到温度作用的影响,其作用效应占活载很大一部分,对桥梁的承载能力极限状态有较大的影响。而国内外绝大部分学者集中研究了等高双塔斜拉桥的温度效应,而对这种不对称的高低塔斜拉桥的温度效应研究较少。
本文以世界最大跨轨道斜拉桥——重庆南纪门高低塔叠合梁轨道斜拉桥为依托,分析了分离式钢箱叠合梁日照温度场以及高低塔斜拉桥成桥状态下的温度效应,并进一步探讨了辅助墩对高低塔斜拉桥温度效应的影响,主要研究内容及结论如下:
(1)阐述了叠合梁、高低塔斜拉桥的特点以及国内外温度效应研究现状,并分析了温度荷载的特点、桥梁结构与外界的换热、热传导理论、温度场的有限元法、温度效应的理论计算方法等,为后续研究提供了理论基础。
(2)基于COMSOL传热模块建立了分离式钢箱叠合梁截面的三维有限元模型,分析计算了连续五天分离式钢箱叠合梁的温度场,选取第5天的温度场结果进行分析。结果表明:在14:00时,混凝土板内竖向温差达到最大19.9℃;由于钢箱的保温作用,钢箱之间的混凝土板与钢箱上部的混凝土板存在明显横向温差,最大可以达到9℃。
(3)通过Midas/Civil建立了高低塔叠合梁斜拉桥有限元模型,对比分析了在成桥阶段后体系温差、温度梯度以及索与塔梁温差等温度作用分别对高低塔叠合梁斜拉桥主梁竖向位移、主梁应力以及拉索索力变化的影响。结果表明:温度作用下,高低塔两侧结构响应存在明显差异,低塔边跨则主梁的应力极值普遍大于高塔侧。
(4)揭示了辅助墩设置个数对高低塔斜拉桥在系统温度升温、温度梯度正温差、索与塔梁正温差作用下主梁竖向位移、钢主梁下缘应力以及混凝土板上缘应力的变化规律,并进一步分析了高塔侧一个辅助墩不同位置对高低塔斜拉桥温度效应的影响。结果表明:辅助墩能显著降低设置辅助墩一侧边跨在温度作用下的主梁竖向位移,但同时会导致中跨位移增大;辅助墩设置数量对温度作用下钢梁下缘、混凝土板上缘应力的影响主要是在设置辅助墩一侧的边跨;辅助墩位置不同主要改变结构响应极值出现的位置。
本研究成果可为高低塔斜拉桥设计提供依据,并为以后对该类型桥梁的相关理论研究提供积极的借鉴作用。
本文以世界最大跨轨道斜拉桥——重庆南纪门高低塔叠合梁轨道斜拉桥为依托,分析了分离式钢箱叠合梁日照温度场以及高低塔斜拉桥成桥状态下的温度效应,并进一步探讨了辅助墩对高低塔斜拉桥温度效应的影响,主要研究内容及结论如下:
(1)阐述了叠合梁、高低塔斜拉桥的特点以及国内外温度效应研究现状,并分析了温度荷载的特点、桥梁结构与外界的换热、热传导理论、温度场的有限元法、温度效应的理论计算方法等,为后续研究提供了理论基础。
(2)基于COMSOL传热模块建立了分离式钢箱叠合梁截面的三维有限元模型,分析计算了连续五天分离式钢箱叠合梁的温度场,选取第5天的温度场结果进行分析。结果表明:在14:00时,混凝土板内竖向温差达到最大19.9℃;由于钢箱的保温作用,钢箱之间的混凝土板与钢箱上部的混凝土板存在明显横向温差,最大可以达到9℃。
(3)通过Midas/Civil建立了高低塔叠合梁斜拉桥有限元模型,对比分析了在成桥阶段后体系温差、温度梯度以及索与塔梁温差等温度作用分别对高低塔叠合梁斜拉桥主梁竖向位移、主梁应力以及拉索索力变化的影响。结果表明:温度作用下,高低塔两侧结构响应存在明显差异,低塔边跨则主梁的应力极值普遍大于高塔侧。
(4)揭示了辅助墩设置个数对高低塔斜拉桥在系统温度升温、温度梯度正温差、索与塔梁正温差作用下主梁竖向位移、钢主梁下缘应力以及混凝土板上缘应力的变化规律,并进一步分析了高塔侧一个辅助墩不同位置对高低塔斜拉桥温度效应的影响。结果表明:辅助墩能显著降低设置辅助墩一侧边跨在温度作用下的主梁竖向位移,但同时会导致中跨位移增大;辅助墩设置数量对温度作用下钢梁下缘、混凝土板上缘应力的影响主要是在设置辅助墩一侧的边跨;辅助墩位置不同主要改变结构响应极值出现的位置。
本研究成果可为高低塔斜拉桥设计提供依据,并为以后对该类型桥梁的相关理论研究提供积极的借鉴作用。