高寒地区钢-混凝土组合梁斜拉桥施工阶段温度效应分析

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在西部高原高寒地区建立较完善的公路交通网,是加快西部大开发的重要前提。西部高原高寒地区多山多河流,桥隧所占比重非常大。钢-混凝土组合结构,是钢结构与混凝土结构两种常用结构形式的发展,它充分发挥了钢材与混凝土的各自优势,钢材抗拉强度高,延性好,混凝土抗压强度高,刚度大。钢-混凝土组合梁斜拉桥具有良好的技术经济效益,其在300m~600m跨径之间具有更强的竞争力。在西部高原高寒地区修建钢-混凝土组合梁斜拉桥,有很大的发展前景。西部高原高寒地区的特殊地理环境、气候条件下修建桥梁,施工难度大,施工工期长,施工过程中温度影响显著。钢-混凝土组合梁斜拉桥由于跨度大、柔度大,施工过程中温度作用产生的位移、内力都很大,严重影响施工进度与施工质量,进行其施工阶段的温度效应研究具有实际意义。本文以哇加滩黄河特大桥为依托,对西宁气象站近五年的气象数据分析处理,采用ABAQUS对哇加滩黄河特大桥的组合梁、斜拉索和桥塔进行温度场分析,并采用杆系模型进行桥梁施工过程中的温度效应分析。总结出施工过程中四个季节太阳辐射条件下的温度场分布特点,以及温度作用对组合梁位移、内力,斜拉索索力,桥塔偏位等的影响。重点分析了最大双悬臂工况与最大单悬臂工况下的温度效应。分析计算结果表明:桥面板与斜拉索的温差大,夏季达到10.8℃,冬季为7.3℃,桥塔与斜拉索温差,夏季10.2℃,冬季8.3℃。温度梯度组合梁最大,其次为桥塔,斜拉索温度梯度很小,可忽略。温度作用下,最大双悬臂工况与最大单悬臂工况时,主梁标高、塔顶偏位、拉索索力等影响施工的主要参数,在温度作用日变化显著。主梁位移日变化最大可达87mm,塔顶偏位32mm,索力变化达施工控制索力的4.1%,钢梁弯矩变化值可达施工阶段荷载产生弯矩的32.9%。组合梁斜拉桥再每段钢梁建设完成后,就进行预制桥面板的吊装安装,并现浇纵横向湿接缝。湿接缝混凝土形成强度前,拉索索力以及预制桥面板的自重均由钢梁承担,湿接缝混凝土达到设计强度后,与钢梁形成组合截面,其后荷载由钢梁与混凝土板组成的组合截面共同承担。在湿接缝形成强度过程中,组合梁截面的非线性温度场变化,对湿接缝的受力不利。本文分析了在太阳辐射日变化过程中,一个标准节段(E5节段)温度应力变化情况。分析结果表明:在湿接缝混凝土形成强度过程中,日照温度应力会超过抗拉强度值,且拉压应力日变化幅值较大,可达3.8MPa。本文温度效应分析结果可为同类桥梁的温度效应提供参考。
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