关键词:
悬索桥
温度场
温度作用
峡谷
混凝土桥塔
遮挡
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摘要:
受山区峡谷地形限制及主缆垂跨比要求,山区大跨度铁路悬索桥桥塔一般为空心薄壁混凝土高塔。峡谷地区昼夜温差大,温度环境较平原地区复杂,温度作用是桥梁设计中的重要作用,我国现行规范对其规定未能体现峡谷环境特殊性。大跨度悬索桥柔性特征显著,温度作用与其他作用组合时对悬索桥静力行为影响较大。本文以有限元分析为主,结合试验与理论分析对峡谷地区桥塔温度场与温度效应、悬索桥温度效应、作用组合效应进行研究,主要研究内容与结论如下:(1)开展了桥塔试验段日照温度场监测,实测结果表明,桥址区昼夜温差最大可达24.8℃,15时左右达日最高气温;不同天气、不同方位角导致壁板所受太阳辐射强度不同,温度场存在较大差异,晴天南侧壁板监测到沿壁厚最大温度梯度20℃;日照引起的不均匀温度分布主要发生在距表面80cm范围内;(2)建立了有限元模型并与实测结果进行了对比,证明了有限元方法的可靠性,随后采用有限元方法分析了多种温度场影响因素,并据此拟定了三种典型温度模式;基于温度场分布规律提出温度作用模式,依据日平均最高、最低气温将均匀温度作用范围取为38℃,最大正、负温度梯度值分别为22℃、-13.5℃;(3)提出了两类太阳辐射遮挡效应的简化模型与计算方式,基于实测数据对其可靠性进行了验证,采用有限元方法分析了遮挡效应对桥塔温度场与温度效应的影响,结果表明,峡谷山体遮挡增大了桥塔沿塔高方向温度场的不均匀性,桥塔表面沿塔高方向的温差最大13℃,塔柱间相互遮挡增大了南、北塔柱温度场的差异性,两塔柱南侧塔壁间温度差最大可达5.7℃,两类遮挡效应均增大了温度引起的桥塔变形;(4)分析了悬索桥温度效应的日变化规律,研究结果表明,随日温度升高钢结构升温膨胀,主缆垂度增大,缆索结构拉应力减小,加劲梁主桁压应力增大,加劲梁竖向位移、梁端纵向位移、梁端转角均增大,最大日变化幅度分别为0.75m、0.136m、0.95×10-3rad;(5)研究了悬索桥各类构件内力、位移影响线规律及其静力行为随加载长度的变化规律,基于列车实际长度提出了列车荷载加载长度为550m;(6)分析了多种作用组合效应下悬索桥的静力行为,整体升温作用与其他作用组合对加劲梁竖向、横向位移与缆索、加劲梁结构受力更不利,整体降温作用与其他作用组合对梁端转角与桥塔受力更不利,提出将日温度变化引起的温度作用作为主力作用可以提高悬索桥设计的安全性。