鋼箱梁橋溫度梯度模式研究與應用

鋼箱梁橋溫度梯度董浩;于麗波;朱季【摘要】文章針對運營階段鋼箱梁的結構特點,提出一種根據(jù)實測數(shù)據(jù)擬合溫度梯度公式的方法,以此彌補僅按照規(guī)范計算溫度梯度效應的不足,結果證明,此方法獲得的溫度梯度模式,在計算運營階段剛箱梁的溫度梯度作用時更為精準.期刊名稱】《工程與建設》年(卷),期】2016(030)002【總頁數(shù)】3頁(P152-154)【關鍵詞】鋼箱梁;溫度作用;規(guī)范;溫度梯度【作者】董浩;于麗波;朱季【作者單位】江蘇省交通規(guī)劃設計院股份有限公司,江蘇南京211156;南京航空航天大學金城學院,江蘇南京211156;江蘇省交通規(guī)劃設計院股份有限公司,江蘇南京211156【正文語種】中文【中圖分類】U445.2在計算溫度梯度作用時一般首先參考規(guī)范對溫度梯度的相關規(guī)定,目前國內(nèi)常用的關于溫度梯度規(guī)范主要包括中國公路規(guī)范、中國鐵路規(guī)范、美國AASHTO規(guī)范以及英國規(guī)范(BS5400)等。美國AASHTO規(guī)范與中國公路規(guī)范對溫度梯度的規(guī)定基本相同，如圖1所示。⑴當梁高H大于400mm的混凝土上部結構時,A=300mm。⑵當梁高H小于400mm的混凝土上部結構時,A=H-300mm。⑶對于帶有混凝土橋面板的鋼結構,A=300mm。美國AASHTO規(guī)范考慮了太陽輻射區(qū)域的分布情況，因此，在對溫度變化模式參數(shù)取值的規(guī)定比中國更為詳盡。中國公路規(guī)范選擇美國AASHTO規(guī)范中的2區(qū)位的參數(shù)取值,作為豎向日照正溫差計算的溫度基數(shù)［1-2］。具體參數(shù)取值見表1、表2所列。如圖2所示，英國規(guī)范(BS5400)對溫度梯度作用的規(guī)定比上述2種規(guī)范更為詳細，特別是對鋼箱梁的溫度荷載作用也做了相應的規(guī)定。英國規(guī)范(BS5400)除了在正負溫差下的溫度梯度曲線，也給出了不同鋪裝層厚度的結構溫度參數(shù)取值［3］。中國公路規(guī)范溫度變化參數(shù)取值見表3。根據(jù)文獻［4］對溫度梯度的規(guī)定,對于箱型梁結構沿梁截面的高度與寬度方向的溫差分布,按照下式計算為箱梁沿板厚方向的溫差分布按照下式計算為其中,Ty為目標點處的溫度;T0為箱梁沿截面梁高或梁寬度方向的溫差;y為目標點到箱梁最外表面的距離;a為溫度參數(shù)。⑴美國AASHTO規(guī)范根據(jù)其國內(nèi)不同地區(qū)太陽輻射程度的差異劃分不同作用區(qū)域,不同區(qū)域使用不同的溫度變化模式參數(shù)。中國公路橋涵規(guī)范借鑒了美國規(guī)范,但是沒有進行區(qū)域劃分,使用時有局限性。美國AASHTO規(guī)范與中國公路橋涵規(guī)范對溫度梯度變化趨勢采用雙折線的形式,對帶有鋪裝層橋梁的豎向溫度梯度予以規(guī)定,但是未給出無鋪裝層鋼結構的溫度梯度模式。英國規(guī)范(BS5400)對溫度梯度作用的規(guī)定更為詳細，給出了正、負2種溫差下的溫度梯度參數(shù),正溫差變化曲線更為復雜,而且還對無鋪裝層鋼箱梁溫度梯度有詳盡的規(guī)定。中國鐵路橋規(guī)對溫度梯度采用公式的方式予以規(guī)定,計算時可以直接使用,較為方便。一般情況下,國內(nèi)公路與市政橋梁在計算溫度梯度的作用時，應根據(jù)中國公路橋涵設計規(guī)范進行計算,但是,鋼箱梁橋在施工過程中,鋼箱梁實際上處于無鋪裝層狀態(tài)［5-8］,有必要參考英國規(guī)范計算施工過程中的溫度梯度作用。中國公路規(guī)范溫度梯度的規(guī)定存在不完善之處,主要集中在溫度梯度參數(shù)取值的單一和溫度曲線簡單兩方面。國內(nèi)南北氣候差異較大,上述的溫度曲線與參數(shù)取值無法包括國內(nèi)大部分橋梁結構實際的溫度梯度分布狀況,因此,在使用上具有較大局限性［9-11］。綜上所述,國內(nèi)鋼箱梁橋僅按照中國公路規(guī)范計算溫度梯度作用是偏保守與不安全的,還需要參考其他規(guī)范計算。除了在設計、施工階段考慮溫度梯度對鋼箱梁結構的影響,鋼箱梁橋成橋后運營階段的溫度梯度作用也不容忽視［12-13］。對處于運營階段的鋼箱梁,研究其溫度梯度作用影響時,首先使用我國規(guī)范對溫度梯度的規(guī)定進行計算,建議再采用英國規(guī)范(BS5400)的規(guī)定進行計算，因為英國規(guī)范提供的溫度梯度變化曲線更為復雜,也更為接近橋梁在實際運營狀態(tài)下的溫度分布情況。但是無論使用哪種規(guī)范計算溫度梯度效應都有所欠缺,因為處于不同地區(qū)的鋼箱梁結構,隨著當?shù)貧夂蜃兓?其溫度梯度也具備特有的變化特點,規(guī)范提供的溫度梯度模式是無法完全包括的。為研究某鋼箱梁橋典型截面在某時間段內(nèi)的溫度梯度模式,首先在箱梁截面沿梁高和梁寬2個方向上布置一定數(shù)量的溫度傳感器,然后參考當?shù)赝晖跉鉁刈兓闆r,并結合實時天氣預報信息,選擇天氣變化較為穩(wěn)定的日期進行48h甚至更長時間的持續(xù)性溫度數(shù)據(jù)收集工作,在收集大量的溫度分布數(shù)據(jù)后,根據(jù)(1)式,對實測鋼箱梁截面上溫度變化情況進行實際溫度梯度公式的擬合,并在其基礎上進行修正,獲得在該時間段內(nèi)的修正溫度梯度公式為其中,T0為溫度基數(shù)，取頂?shù)装鍦囟炔钪?「為底板實測溫度值;y為目標點到箱梁頂板的距離。（3）式在使用時，結合現(xiàn)場實測的溫度曲線進行擬合計算獲得溫度參數(shù)a理論上,截面布置的溫度傳感器越多,對截面上的溫度變化情況了解越精準,但實際操作過程中,在截面滿布傳感器是不現(xiàn)實的。因此,擬合公式的主要特點是根據(jù)梁截面上的少量測點提供的溫度數(shù)據(jù),獲得全截面的溫度梯度變化情況,可用于研究某一時段的溫度梯度變化情況,也可以研究整個施工階段或運營階段的溫度梯度變化規(guī)律。一般認為橋梁結構在夏季（冬季）處于極端高（低）溫下,而春、秋兩季溫度較為穩(wěn)定,因此,可以通過收集夏、冬兩季箱梁截面上溫度數(shù)據(jù),對該時間段內(nèi)的溫度梯度公式進行擬合,獲得的擬合公式應包括最不利正溫差溫度梯度與最不利負溫差溫度梯度公式[14-15],這2種擬合公式基本能包括全年的溫度梯度變化情況,可用此公式計算結構全年最不利溫度梯度下的內(nèi)