摘 要：温度效应是桥梁控制设计的重要因素之一，现行规范对混凝土结构温度效应规定较为明确，但对钢结构温度作用规定尚待完善，因此在现行桥梁设计用多采用国外规范的钢结构温度作用。为研究桥梁结构温度作用效应，以某斜拉桥为工程依托，根据中国东部温差日内变形及季节变化进行温度场研究分析，以验证温度作用按相应规范选取的合理性。
关键词：斜拉桥；温度效应；钢结构；温度场
在桥梁结构设计过程中，温度效应是一个控制设计的重要因素[1,2]。温度分为日内温度和年温度，在结构计算时日内温度以温差形式体现，年温度以系统温度形式体现。温度作用产生的效应是控制结构设计的重要因子之一，部分桥梁可能超过汽车活荷载作用而成为第一活载，可见对温度进行深入研究是很有必要的[3,4]。
目前国家规范对梯度温度的规定对于混凝土结构比较适用，对于钢结构特别对于薄层铺装的钢结构并不是太适用[5,6]，因此桥梁设计过程中对于薄层铺装钢结构往往不是采用国内规范，而是参照英国BS5400规范执行，这就要求必须根据我国日照温度场情况对其予以验证分析[7,8]，以保证桥梁温度选取的合理性。
1计算方法
1.1热力学边界条件
进行温度场分析时，要以辐射强度及环境温度变化作为热学边界条件（类似结构加载），因此边界条件的选择必须合理，本次计算采取桥梁所在地经过大量统计的辐射强度和日环境温度变换作为边界条件[5,12]。辐射吸收率上，沥青混凝土以0.89计入，普通混凝土以0.65计入，钢结构以白色涂装考虑，吸收率以0.4计入。反辐射强度以0.3倍的辐射强度计入，对流系数方面，考虑平均风速2m/s计算。
温度边界模拟时采取升温计算工况和降温计算工况两种类型，升温计算工况以收集的项目所在地夏季4日典型升温天气统计结果，降温工况以收到的项目所在地冬季4日典型降温天气统计结果，如图1所示。
1.2热力学边界加载
热学边界施加考虑各不同时刻的日照角度不同，选取日照面、遮阴面分别施加辐射强度，选取外表面与内表面，根据材料差异分别施加对流强度。
2工程算例验算
2.1工程简介
以某斜拉桥为例，对结构设计计算时选取的温度作用进行温度场分析[9~10]，验证设计选取的合理性。该桥设计跨径95+180米，桥梁宽度30.3米，设计为钢混混合梁。
在设计计算时，混凝土段温度梯度按规范考虑，钢结构段参照英国BS5400设置。
利用通用有限元软件进行混凝土升温工况、降温工况、钢梁升温工况、降温工况四个工况下的温度场的模拟，以验证设计过程中的温度梯度设置的合理性。
2.2混凝土升温工况
混凝土段升温工况下热力学模拟的计算结果如图3、4所示。
将温度场模拟的结构与按规范设置温度梯度计算的结构对比分析，得出主要的结论：
(a)顶面混凝土存在一定的梯度，该梯度与我国规范虽然相似，但温度要小很多，这是由于混凝土吸热低于沥青所致。
(b)规范未能计入横向效应，根据仿真分析，左右侧存在一定的温差；然而该温差仅集中在表面。
2.3混凝土降温工况
混凝土段降温工况下热力学模拟的计算结果如图5、6所示。
将温度场模拟的结构与按规范设置温度梯度计算的结构对比分析，得出主要的结论：
a)混凝土区域有7℃的温差，内部的钢构件仅有1℃的温差。
b)横向上，混凝土存在渐变温度，由0渐变至7℃，钢梁本身由0渐变至1℃。
2.4钢梁升温工况
钢梁段升温工况下热力学模拟的计算结果如图7、8所示。
将温度场模拟的结构与按规范设置温度梯度计算的结构对比分析，得出主要的结论：
a)钢梁散热效应较为显著，两侧钢结构的温度梯度并不明显，该模式与BS5400模式的区别在于，BS5400是针对封闭箱室的，故存在竖向的渐变梯度，托梁为敞口构件，不存在梯度渐变；
b)中间箱室顶面存在一定的梯度，该梯度效应与BS5400规范相似，但区别在于内部无线性渐变效应，由于内部处于均匀热交换状态，温度本身趋于一致，故计算效应更符合实际情况。
c)根据仿真分析，裸露在外部的钢壳，受日照的板件，会产生较高的温升，由此左右侧存在一定的温差；然而该温差仅集中在表面。
2.5钢梁降温工况
钢梁段升温工况下热力学模拟的计算结果如图9、10所示。
将温度场模拟的结构与按规范设置温度梯度计算的结构对比分析，得出主要的结论：
a)钢梁散热效应较为显著，两侧钢结构的温度梯度并不明显；
b)中间箱室顶面存在一定的梯度，内部与表面仅有1℃的温度差异。
c)横向左右侧存在一定的温差，然而该温差仅集中在表面。
3总结
本文以某钢混混合梁斜拉桥为例，根据项目所在地日温度变化统计值对其进行温度场分析，经过分析表明
1．结构在日照作用下存在较小的横向温差；
2．带沥青混凝土铺装结构规范规定的温度效应略高于实际温度场分析温度梯度效应；
3．钢结构采用BS5400温度梯度效应略高于实际温度场分析结果。
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论文作者:唐国喜, 李夫凯
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第10期
论文发表时间:2019/10/29
标签：温度论文; 梯度论文; 工况论文; 斜拉桥论文; 混凝土论文; 效应论文; 温差论文; 《建筑实践》2019年第10期论文;