专利名称：大跨钢桥扁平钢箱梁的温度梯度效应分析方法
技术领域：
本发明属于桥梁工程中桥梁结构设计、结构分析与施工控制领域，特别涉及大跨钢桥扁平钢箱梁构造优化设计过程中的温度应力分析，为一种大跨钢桥扁平钢箱梁的温度梯度效应分析方法。
背景技术：
在桥梁工程领域，流线型正交异性扁平钢箱梁结构具有梁高低、自重轻、截面抗扭刚度大、抗风稳定性好、制造与施工方便等优点。在大跨桥梁中，正交异性扁平钢箱梁得了到广泛的应用。但是，钢箱梁导热性能好，对环境温度变化比较敏感。在施工过程及成桥后的运营过程中，温度的作用不仅会引起大跨桥梁线形、高程的变化，还会引起较大的温度应力，其大小与恒、活载效应相当，甚至超出活载应力。因此，在大跨桥梁结构设计计算、上部结构施工控制以及结构安全评估分析时，必须计算钢箱梁结构温度梯度效应。我国现行《公路桥涵设计通用规范》(JTCD60-2004)是完全参照美国AASHTO规范修订的温度梯度曲线，计算桥梁结构由于梯度温度引起的效应时所采用的沿截面竖向温度分布梯度曲线，是针对钢筋混凝土箱粱、钢-混结合梁、钢桁梁、混凝土 T梁等构造形式的， 并不是针对正交异性扁平钢箱梁制定的。在目前大跨桥梁设计中，主要参照英国BSMOO进行温度效应分析，而该规范是基于一种传统的钢箱梁构造制定，其钢箱梁截面为梯形，翼缘板遮挡住了腹板，使其能在一定程度上免遭阳光照射，从而使得腹板的温差特别明显。这与正交异性扁平钢箱梁在构造形式上是完全不同的，温度分布也是不同的。由于大跨桥梁正交异性扁平钢箱梁的截面构造形式与国内外规范完全不同，而且钢箱梁和混凝土箱梁在材料、构造、力学行为等众多方面差异很大，因此各规范中通过钢筋混凝土箱梁温度研究出的温度分布模式并不能适用于大跨桥梁扁平钢箱梁。
发明内容
本发明要解决的间题是目前国内桥梁规范中与大跨桥梁正交异性扁平钢箱梁的温度梯度不符合，需要寻找符合大跨钢桥正交异性扁平钢箱梁实际情况的温度分布模型， 为大跨桥梁结构计算分析、施工控制分析提供依据。本发明的技术方案为大跨钢桥扁平钢箱梁的温度梯度效应分析方法，钢箱梁结构为六角形扁平钢箱梁，分析钢箱梁的截面温度梯度分布，获取最大温度沿竖向分段线性变化的梯度曲线，进行温度影响钢箱梁的应力与变形分析，包括以下步骤1)对钢箱梁的钢箱梁顶板(1)、上斜腹板O)、下斜腹板(3)、底板0)、横隔板 (5)、纵向加劲肋(6)和人行道翼缘板(7)进行竖向温度梯度划分，得到竖向温度梯度曲线·钢箱梁顶板(1)、上斜腹板(2)、人行道翼缘板(7)、与顶板(1)及上斜腹板(2)连接的纵向加劲肋(6)处、与钢箱梁顶板(1)及上斜腹板( 连接的横隔板( 处，温度为 30 0C ；
其中，在垂直于钢箱梁顶板(1)、上斜腹板(2)、人行道翼缘板(7)的三个方向上， 温度分别向下沿竖向分段线性变化温度由T1 = 30°C均勻线性变为T2 = 10°C，此段高度为 h2 = 0. 2m ；然后由T2 = 10°C均勻线性逐渐变为0°C，此段高度为Ii3 = 0. 6m，在顺桥向温度梯度无变化；除以上区域钢箱梁其他部分温度都为基准温度0°C ；2)将步骤1)获得的温度竖向梯度曲线加入温度场，计算温度作用引起的温度应力，对钢箱梁进行温度梯度效应分析。进一步提出简化分析方法，应用大型结构分析程序ANSYS建立钢箱梁结构空间有限元模型，进行温度梯度分布下扁平钢箱梁控制段的应力分析研究，步骤1)获取温度梯度曲线在有限元模型中进行简化，把钢箱梁截面分为两个区，分别为顶板区及上斜腹板区、下斜腹板及底板区，温度在横桥向和顺桥向无变化，仅竖向变化，整个钢箱梁的横向与竖向温度梯度曲线为竖向
权利要求
1.大跨钢桥扁平钢箱梁的温度梯度效应分析方法，钢箱梁结构为六角形扁平钢箱梁， 其特征是分析钢箱梁的截面温度梯度分布，获取最大温度沿竖向分段线性变化的梯度曲线，进行温度影响钢箱梁的应力与变形分析，包括以下步骤1)对钢箱梁的钢箱梁顶板(1)、上斜腹板(2)、下斜腹板(3)、底板(4)、横隔板(5)、纵向加劲肋(6)和人行道翼缘板(7)进行竖向温度梯度划分，得到竖向温度梯度曲线钢箱梁顶板(1)、上斜腹板O)、人行道翼缘板(7)、与顶板(1)及上斜腹板( 连接的纵向加劲肋(6)处、与钢箱梁顶板(1)及上斜腹板( 连接的横隔板( 处，温度为30°C ；其中，在垂直于钢箱梁顶板(1)、上斜腹板O)、人行道翼缘板(7)的三个方向上，温度分别向下沿竖向分段线性变化温度由T1 = 30°C均勻线性变为T2 = 10°C，此段高度为Ii2 =0. 2m ；然后由T2 = 10°C均勻线性逐渐变为0°C，此段高度为Ii3 = 0. 6m，在顺桥向温度梯度无变化；除以上区域钢箱梁其他部分温度都为基准温度0°c ；2)将步骤1)获得的温度竖向梯度曲线加入温度场，计算温度作用引起的温度应力，对钢箱梁进行温度梯度效应分析。
2.根据权利要求1所述的大跨钢桥扁平钢箱梁的温度梯度效应分析方法，其特征是应用大型结构分析程序ANSYS建立钢箱梁结构空间有限元模型，进行温度梯度分布下扁平钢箱梁控制段的应力分析研究，步骤1)获取温度梯度曲线在有限元模型中进行简化，把钢箱梁截面分为两个区，分别为顶板及上斜腹板区、下斜腹板及底板区，温度在横桥向和顺桥向无变化，仅竖向变化，整个钢箱梁的横向与竖向温度梯度曲线为
全文摘要
大跨钢桥扁平钢箱梁的温度梯度效应分析方法，钢箱梁结构为六角形扁平钢箱梁，分析钢箱梁的截面温度梯度分布，获取最大温度沿竖向分段线性变化的梯度曲线，进行温度影响钢箱梁的应力与变形分析。本发明适用于带人行道翼缘板的正交异性扁平钢箱梁和无人行道翼缘板的正交异性扁平钢箱梁。根据本发明方法获取的截面温度梯度分布、竖向梯度曲线及公式，与扁平钢箱梁结构在日照温差下截面温度的分布情况一致；按照本发明获取的加温度梯度分布，即可进行温度影响应力与变形分析。本发明的研究工作得到了国家科技支撑计划项目2009BAG15B03的资助。
文档编号G06F17/50GK102243671SQ20111016286
公开日2011年11月16日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者冯兆祥, 纪如雨, 缪长青, 阮静, 陈策, 韩晓林 申请人:东南大学, 江苏省长江公路大桥建设指挥部