下承式钢桁结合梁温度效应分析

席国政

（山东省交通科学研究院， 山东 济南 250100）

1 桥梁概况

某96 米简支下承式钢桁结合梁桥，梁跨96 米、桁高12.3 米、主桁中心距11.2 米、8 个节间长度均为12 米。无竖杆平行弦桁架结构、纵横梁板式桥面系，主桁节点采用整体节点形式，上、下弦杆在节点外拼接，斜腹杆采用插入形式与整体节点拼接。各杆件截面尺寸见图1。

图1 下承式钢桁结合梁桥面结构（mm）

2 计算模型

2.1 材料特性

Q370qE 级钢、Q345qD 级钢：弹性模量2.1×105MPa，泊松比0.3；

C40 混凝土：弹性模量3.25×104MPa，泊松比0.2。

2.2 荷载工况

工况 1：一期恒载+二期恒载+骤然降温（温度值：混凝土-5 C° ，主桁及上平联- 15 C° ）；

工况2：一期恒载+二期恒载+日照升温（温度值：桥梁系5 C° ，主桁及上平联20 C° ）；

工况 3：一期恒载+二期恒载+骤然升温（温度值：桥面系15 C° ，主桁及上平联30 C° ）。

2.3 模型建立

主桁及纵、横梁采用梁单元模拟；混凝土桥面板用板壳单元模拟，联接纵、横梁与桥面板的剪力钉用刚臂模拟。

3 计算结果及分析

钢与混凝土线膨胀系数对温度荷载作用下的结构响应影响较大，线膨胀系数按实际取αs= 1.2 ×10-5、αc= 1.0 ×10-5。

3.1 主桁的位移和应力

主桁在温度荷载作用下产生的上挠值，与在竖向荷载作用下的下挠值相反。骤然降温与竖向荷载作用下的内力相同，其下弦杆均为轴向拉应力，并在其端部产生最大拉、压应力；骤然升温时，其下弦杆均为轴向压应力，并在其端部产生最大拉、压应力，其值可与荷载作用时产生的拉力值相互抵消一部分。骤然降温不利于下弦杆受力，而骤然升温则有利于下弦杆受力。

图2 构件位移及应力图示

表1 主桁各杆及纵、横梁应力值(Mpa)

3.2 纵、横梁的应力

骤然降温时，纵梁则以拉应力为主，其各节间应力基本一致，最大值发生在节间2 靠全桥支座端；骤然升温时，由端横梁向中横梁其应力值递减，端横梁处出现最大拉、压应力。骤然降温作用下产生的应力值与骤然升温荷载作用时相反，骤然降温对横梁的受力有利，骤然升温作用时，纵梁的变形性质相反。

3.3 混凝板的应力

骤然降温作用时，混凝土板以受压为主，其分布均为桥跨两端最小、跨中最大，其顶、底面同中面基本相等，其应力以膜为主、弯曲为辅。纵梁上方的混凝土板顶、底面纵向应力存在峰值。混凝土板的剪滞效应在桥梁的两端最大，并由两端向跨中递减，见图2.c。

骤然升温作用时，主桁对桥面系有拉力作用，并将其在纵、横梁及混凝土板上重分配，且纵梁在桥跨两端受拉、跨中受压，表明混凝土板在跨中受拉，混凝土板的剪力滞效应同骤然降温工况，在桥梁两端最大，并由桥梁两端向跨中递减，见图2.d。

4 结语

下承式钢桁结合梁桥温度荷载效应：骤然降温时，混凝土板以受压为主，其分布均为桥跨两端最小、跨中最大；混凝土板的应力顶面、底面同中面基本相等，均以面内荷载产生的膜应力为主、面外荷载产生的弯曲应力为辅；混凝土板的剪滞效应，在桥梁的两端最大，并由两端向跨中递减。骤然升温时，主桁对桥面系有拉力作用，并在纵、横梁及混凝土板上进行重分配；纵梁在桥跨两端受拉、跨中受压，混凝土板在跨中处受拉；混凝土板的剪力滞效应与骤然降温时的变化规律相同。主桁位移、内力，纵横梁应力，混凝土应力均小于规范限值，不会对安全运营造成影响。