钢混凝土叠合梁斜拉桥日照温度效应研究

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。,相关资料显示，温度效应所产生的内力有时达到甚至超过了恒载或活载产生的内力。随着大跨度桥梁结构的不断发展，温度效应对桥梁结构的影响和危害已经越来越引起工程界的重视。,研究对象,本课题依托工程是哈尔滨松花江四方台大桥。四方台大桥是哈尔滨市的重要交通枢纽，为缓解哈尔滨市内的过江交通压力、促成黑龙江省“,OK”,型高速公路干线骨架的形成发挥了决定性的作用。,四方台大桥为双塔双索面支承体系叠合梁斜拉桥，全长,1268.86m,，,主桥长,696m,，,其桥跨布置为,44m+136m+336m+136m+44m,引桥长,572.86m(,主桥桥型图下图所示,),。主桥采用了门式桥塔，南塔高,110.80m,，,北塔高,106.10m,，,桥面以上高度均为,88.56m,。,距塔顶,25m,和,92m,分别设一道横梁和牛腿。主梁截面以两工字钢边梁肋、横梁及中间小纵梁与混凝土桥面板形成组合截面。两工字钢边梁肋间距为,29.2m,，,工字钢梁高为,1.95m,，,上下翼缘宽度均为,0.9m,。,桥面板为混凝土实心板，厚,0.25m,，,通过布置在钢主梁及钢横梁顶的剪力钉与钢梁结合。斜拉索为采用热挤聚乙烯钢缆，中间为,7,低松弛预应力高强度钢丝，外包,PE,防护材料。全桥共计斜拉索,52,对,104,根，呈空间扇形布置。南北桥塔基础各置,26,根直径为,2m,的钻孔灌注桩，桩长均为,70m,。,哈尔滨市位于北纬,444,至,4640,、 东经,12542,至,13010,之间，此范围属于中国典型的高纬度地区。该市历史最高气温,38.5,，最低气温,-38.1,，温差达到近,80,。另外，哈尔滨市的日温变化也十分显著，特别是在夏季，太阳辐射强烈，气温在白天比一些南方城市的还要高，而到了晚上，人们却须盖被子睡眠。跳跃性如此之大的热环境势必对四方台斜拉桥包括索力在内的全桥内力产生较大影响，而且这种温度效应的不利性几乎函盖了全国各地的情形，因此，摸清温度对四方台大桥受力状态的影响规律不仅具有较强针对性，而且具有一定的代表性。,传热学的基本知识,热量传递的三种基本方式,导热,、,对流,和,热辐射,共同影响温度在物体区域内的分布 。研究温度在物体内的分布即温度场是从建立热传导微分方程开始的。热传导微分方程一经建立，再根据一定的初试条件进行求解，从理论上来说就可以得到任意形状的物体在任意初始条件下的温度场 。,大量实践经验证明，在物体内部，单位时间内通过单位面积所传递的热量，正比于当地垂直于截面方向上的温度变化率 ：,引入比例常数可得：,这就是导热基本定律,(,又称为傅里叶定律,),的数学表达式。式中的负号表示热量传递的方向指向温度降低的方向，,被称为导热率，或称导热系数。傅里叶定律的文字表达是：在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热量，正比于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。,根据能量守恒定律和傅里叶定律来建立导热物体中温度场应当满足的数学关系式子，称为导热微分方程。为此，我们从导热物体中取出一个任意的微元平行六面体来作分析：,微元体热源的生成热,微元体热力学能的增量,导入微元体的总热流量,+,微元体内热源的生成热,=,导出微元体的总热流量,+,微元体热力学能,(,即内能,),的增量,按照能量守恒原理，可知：,把上述诸式代如上式，整理可得：,这就是笛卡儿坐标系中三维非稳态导热微分方程的一般形式。,导热系数为常数,导热系数为常数、稳态,导热系数为常数、无内热源,导热系数为常数、无内热源、稳态,式中， ，称为热扩散率,当不研究大体积混凝土构件浇筑阶段内部存在的水化热时，我们视结构内部无内热源， ，式,就是我们求解温度场的导热微分方程。解答导热微分方程，获得某一具体导热问题的温度分布，还必须知道用以表征该特定问题的一些附加条件。这些使微分方程获得适合某一特定问题的解的附加条件，称为定解条件。对非稳态导热问题，定解条件有两个方面，即给出初始时刻温度分布的初始条件，以及给出导热物体边界上温度或换热情况的边界条件。导热微分方程及定解条件构成了一个具体导热问题的完整的数学描写。对于稳态导热问题，定解条件没有初始条件，仅有边界条件。,一般情况下，方程常用的边界条件,(,以平面问题为例,),由以下三种方式给出：,(1),第一类边界条件,物体表面的温度是时间的已知函数，即：,(2),第二类边界条件,物体表面的热流量是时间的已知函数，即：,(,3,),第三类边界条件,当物体表面与空气接触时，假定经过物体表面的热流量与物体表面的温度,和紧靠物体表面流体的温度,T,a,的关系为：,对于一些物体形状规则、边界条件简单的传热学问题，用微积分的经典方法是可以得到温度场的解析解的。但是对于物体形状和边界条件都十分复杂的问题，解得温度场的解析解几乎是无法完成的，求解桥梁结构的温度场就是这样。然而，基于数值计算技术的有限元方法却能够很好地解决这个问题。有限元算法最早是在,1943,年被提出来的，它是解决结构和连续介质力学问题的一种近似方法，也可以被用来解其他类型的场问题。有限元法的基本思路是将一个连续求解区域分割成有限个数目的不重叠且按一定方式相互连接在一起的单子域,(,单元,),。首先设定每个单元内的近似解，并用有限数目的未知参数,(,自由度,),来描述单元的行为特性。然后将各单元的关系式结合成议程组，解方程组求出这些未知参数。如果将区域划分成很细的网格，当单元的尺寸变得越来越小时，场变量离散化的误差消失，就可以认为得到了精确解答,。,钢,-,混凝土叠合梁截面日照温度分布的仿真计算,国内外很多从事桥梁科研的学者普遍认为混凝土的热惰性比钢材大得多，温度效应对混凝土斜拉桥的作用比对钢梁或叠合梁斜拉桥的作用更加显著，因而对混凝土斜拉桥的箱梁截面温度分布及其对桥梁内力的影响作了广泛而深入的研究，从而忽视了钢梁或叠合梁斜拉桥的相关分析。他们的出发点与侧重点固然正确，但截面温度分布对钢梁或叠合梁桥内力的影响仍然是值得关注的。我们的重点就是弄清截面温度分布对叠合梁斜拉桥内力的影响所必须的前提条件,温度在叠合梁截面上的分布。我们采用,ANSYS,有限元分析软件对叠合梁截面上的日照温度分布即截面上的日照温度场进行了仿真计算,。,边界条件的确定是进行有限元计算的前提。已经知道，求解温度场的边界条件有三类：第一类边界条件规定了边界上的温度值；第二类边界条件规定了边界上的热流密度；第三类边界条件规定了边界上物体与周围流体的表面传热系数及周围流体的温度。工程实践经验表明，最符合结构在自然环境中的热交换状况的是第三类边界条件，即：,我们已经知道，式中的 做表面传热系数，也叫做热交换系数， 是指紧靠物体表面的流体温度。热交换系数和物体表面的流体温度确定了,边界条件也就确定了，而热交换系数和紧靠物体表面的流体温度的确定是从太阳辐射的计量开始的。,德国学者,F.,凯尔别克认为，处于室外大气中的结构物，在吸热与放热的综合作用下，通常处于一个如下的热流密度条件：太阳直接辐射,( ),、天空辐射,( ),、太阳辐射和天空辐射的反射,( ),、大气逆辐射,( ),、地表环境辐射与逆辐射的反射,( ),、构件的辐射,( ),和对流热交换,( ),。如果桥梁结构长期经受周期性的热交换作用，则经过一段时期后，桥梁结构就达到热流平衡。于是，整个系统处于一种稳态波动状态。根据所有流向和流离结构外表面的热流密度相对地处于平衡，建立平衡方程，可以求解结构外表面上的温度 。,该方程可以详细地写为：,求解,F.,凯尔别克写出的上述方程所需要的参数太多，而且这些参数的取值在工程上目前也没有明确的规定，所以后续的仿真过程中我们,没有按照,F.,凯尔别克提出的方法求解梁体外表面的温度，而是采用了民用建筑设计规范中的经验公式来计算物体表面的综合温度 ：,为室外蔽日处的气温,为太阳辐射吸收系数,为太阳辐射照度,为综合热交换系数,本课题用到的 是,由大桥工地项目部某住房屋檐下设置的温度计采集而来，采集,日期是,2004,年,8,月,17,日。,(1),室外蔽日处的气温 的确定,时间,5:00,7:50,9:50,11:30,13:45,15:40,16:45,18:45,温度（,）,14.0,19.5,22.0,24.0,27.0,25.0,24.0,20.0,(2),太阳辐射吸收系数 的确定,太阳辐射吸收系数 表征的是物体吸收太阳辐射的能力。 的物体能够完全吸收投向它的太阳辐射。作为一种理想物体，热物理学中的黑体的 。现实工程中的物体的 都小于,1,，而且与物体本身的材料、表面特性等因素有关。,太阳辐射,吸收系数,工字钢边梁肋,混凝土桥面板,沥青铺装层,0.24,0.55,0.85,注：工字钢边梁肋的为,0.3,，但其外表涂有橙色防锈漆，故折减为,0.24,。,(3),太阳辐射照度,I,的确定,太阳辐射照度,I,表征的是太阳辐射作用在被辐射面上的强度，它即与太阳辐射本身的强度有关，又与被辐射面在太阳辐射场中的朝向有关。,太阳辐射总强度,J,是直接辐射强度,J,d,与散射辐射强度,J,s,之和：,太阳辐射总照度,I,是直接辐射照度,I,d,与散射辐射照度,I,s,之和,：,太阳辐射照度与太阳辐射强度有这样的关系：,纬度,l,、时角,h,、太阳赤纬,d,的空间关系图,太阳高度角 与太阳方位角 的空间关系图,八月中旬哈尔滨地区太阳辐射强度变化曲线,8,月,17,日北纬,45,太阳高度角与太阳方位角的变化曲线,3.2,计算模型的建立与边界条件的确定,（,1,） 定义单元类型和材料属性,钢,混凝土,沥青,导热系数,(W/,mK,),36.7,2.85,0.74,密度,(kg/m,3,),7900,2500,2120,比热容,c,(J/,kgK,),531,912,928,本分析采用的是六节点三角形单元,PLANE35,，材料属性按下表输入,（,2,）建立几何模型,叠合梁截面几何模型图,（,3,）划分单元,叠合梁截面局部单元划分图,（,4,）温度荷载的计算与施加,温度荷载按第三类边界条件即热交换系数,和综合温度 施加在模型的,边界上的。,热交换系数,( W/m,2,K ),(W/m,2,K),T1,25.12,E17、W17,17.51,E8、W8,12.78,B1、E913、W913,9.84,热交换系数,5:00,6:00,7:00,8:00,9:00,10:00,11:00,12:00,13:00,14:00,15:00,16:00,17:00,18:00,19:00,T1,15.7,20.3,27.4,35.3,42.6,48.3,52.2,54.0,54.0,50.8,45.4,39.2,32.7,25.8,19.5,E1,26.5,38.8,47.5,51.1,50.1,44.9,37.4,29.6,31.5,32.0,30.7,28.9,26.8,23.6,19.4,E2,22.1,30.8,37.1,40.0,39.9,36.9,32.5,28.0,29.7,30.2,29.0,27.4,25.7,22.9,19.4,E3,17.5,22.5,26.4,28.6,29.3,28.6,27.3,26.2,27.9,28.3,27.3,25.9,24.6,22.3,19.3,E4,14.7,16.9,19.1,21.1,22.8,24.2,25.7,27.5,29.3,29.7,28.6,27.0,25.4,22.8,19.4,E5,17.5,22.5,26.4,28.6,29.3,28.6,27.3,26.2,27.9,28.3,27.3,25.9,24.6,22.3,19.3,E6,14.7,17.8,21.9,26.1,29.8,32.8,35.0,27.5,29.3,29.7,28.6,27.0,25.4,22.8,19.4,E7,17.5,22.5,26.4,28.6,29.3,28.6,27.3,26.2,27.9,28.3,27.3,25.9,24.6,22.3,19.3,E8,14.9,17.2,19.5,21.6,23.4,25.0,26.5,28.5,30.3,30.7,29.6,27.9,26.1,23.1,19.4,E9,14.6,16.8,19.0,21.0,22.6,24.0,25.4,27.2,29.0,29.4,28.3,26.8,25.2,22.7,19.4,E10,15.2,17.5,19.9,22.2,24.1,25.8,27.5,29.5,31.4,31.9,30.7,28.9,26.8,23.5,19.4,E11,14.6,16.8,19.0,21.0,22.6,24.0,25.4,27.2,29.0,29.4,28.3,26.8,25.2,22.7,19.4,E12,15.2,17.5,19.9,22.2,24.1,25.8,27.5,29.5,31.4,31.9,30.7,28.9,26.8,23.5,19.4,E13,14.6,16.8,19.0,21.0,22.6,24.0,25.4,27.2,29.0,29.4,28.3,26.8,25.2,22.7,19.4,W1,15.2,17.5,19.9,22.2,24.1,25.8,27.5,29.5,48.9,56.6,56.3,52.7,46.7,38.9,31.2,W2,14.8,17.0,19.3,21.3,23.0,24.5,26.0,27.9,41.0,46.1,45.5,42.8,38.6,32.8,27.0,W3,14.3,16.5,18.6,20.5,21.9,23.2,24.5,26.2,32.8,35.3,34.5,32.6,30.2,26.6,22.7,W4,14.7,16.9,19.1,21.1,22.8,24.2,25.7,27.5,29.3,29.7,28.6,27.0,25.4,22.8,19.4,W5,14.3,16.5,18.6,20.5,21.9,23.2,24.5,26.2,32.8,35.3,34.5,32.6,30.2,26.6,22.7,W6,14.7,16.9,19.1,21.1,22.8,24.2,25.7,27.5,37.6,36.6,33.8,30.6,27.4,23.4,19.4,W7,14.3,16.5,18.6,20.5,21.9,23.2,24.5,26.2,32.8,35.3,34.5,32.6,30.2,26.6,22.7,W8,14.9,17.2,19.5,21.6,23.4,25.0,26.5,28.5,30.3,30.7,29.6,27.9,26.1,23.1,19.4,W9,14.6,16.8,19.0,21.0,22.6,24.0,25.4,27.2,29.0,29.4,28.3,26.8,25.2,22.7,19.4,W10,15.2,17.5,19.9,22.2,24.1,25.8,27.5,29.5,31.4,31.9,30.7,28.9,26.8,23.5,19.4,W11,14.6,16.8,19.0,21.0,22.6,24.0,25.4,27.2,29.0,29.4,28.3,26.8,25.2,22.7,19.4,W12,15.2,17.5,19.9,22.2,24.1,25.8,27.5,29.5,31.4,31.9,30.7,28.9,26.8,23.5,19.4,W13,14.6,16.8,19.0,21.0,22.6,24.0,25.4,27.2,29.0,29.4,28.3,26.8,25.2,22.7,19.4,B1,16.8,19.3,22.2,25.2,27.9,30.5,32.9,35.5,37.8,38.3,36.8,34.2,30.8,25.8,19.6,截面各边界在不同时间点的综合温度,T,m,(),11:00,截面温度云图,16:00,截面温度云图,温度测点布置图,测点,1,温度计算值与实测值比较图,测点,2,温度计算值与实测值比较图,测点,3,温度计算值与实测值比较图,东梁肋中线上的温度分布图,西梁肋中线上的温度分布图,我国于,2004,年,10,月,1,日开始实行的新桥规在考虑日照温差方面，首次明确指出：“钢筋混凝土及预应力混凝土、圬工、钢结构桥梁，必要时须考虑日照温差引起的效应。混凝土上部结构和带混凝土桥面板的钢结构的竖向日照正温差规定于图,3-20,。当混凝土上部结构高度小于,400mm,时，,A=H-100mm,，,H,为梁高；当结构高度不小于,400mm,时，,A=300mm,。,对带混凝土桥面板的钢结构，,A=300mm,，,图中的,t,为混凝土桥面板的厚度。图中日照温差的基数,T1 = 15,25,，,T2 = 6,7,。,对于水泥混凝土桥面铺装的桥涵结构，可取较高值；对于沥青混凝土桥面铺装的桥涵结构，可取较低值。混凝土上部结构和带混凝土桥面板的钢结构的竖向日照负温差为正温差乘以,-0.5,。”,从我们对四方台大桥这座叠合梁斜拉桥的截面温度场进行现场观测和的仿真计算的结果来看，新桥规范的对日照温差的取值涵盖了最不利的截面温度分布的情况，而且分布状态也比较符合实际情况，是合理而可行的。,从力学的观点来看，温度应力的产生根据产生的原因可以分为温度自应力和温度次应力。温度自应力是指因结构内部的非线性温度分布导致各纤维层变形不满足平面假定从而相互约束而产生的应力，这种应力在结构为完全静定甚至不受任何约束的情况下都会产生。温度次应力是指超静结构因各部分之间的相互约束或外部约束而产生的应力，这种应力即使在截面的温度呈线性分布的情况下也会产生。不论是温度自应力还是温度次应力，反映到宏观上来都体现为人们所关心的温度内力。本章以恒载引起的内力为参照，将温度内力与之作比较，从而可以看出温度效应对桥梁结构作用的大小。,第,1,章已经提到，温度内力可分别由,体系温差,和,日照温差,引起。本章先讨论体系温差对结构内力的影响，再讨论日照温差对结构内力的影响。,体系温差引起的温度内力分析,我们用,ANSYS,有限元软件建立了四方台大桥的全桥模型。模型中的主塔塔柱、横梁、牛腿以及由钢主梁、钢横梁和中间小纵梁形成的钢骨架由,BEAM188,单元来建造；斜拉索由,LINK10,来建造；桥面板由,SHELL63,来建造。全桥共生单元,11611,个，节点,10790,个。,各部位单元图,上,(,下,),游索力,ANSYS,计算值与设计值对比图,轴力,（,kN,）,顺桥向弯矩,（,kNm,）,横桥向弯矩,（,kNm,）,顺桥向剪力,（,kN,）,横桥向剪力,（,kN,）,南塔,北塔,南塔,北塔,南塔,北塔,南塔,北塔,南塔,北塔,-40,115320,113390,3378.4,3164.8,109620,104930,201.77,214.58,1119.9,1114.8,10,115990,113960,8052.4,8356.1,44060,42220,302.79,332.59,464.12,459.11,40,116390,114310,10857,11471,4725.2,4595.6,363.4,403.39,70.673,65.662,体系升,(,降,),温状况下塔柱根部内力值表,下游主梁跨中弯矩,（,kNm,）,下游主梁南塔牛腿处弯矩,（,kNm,）,下游主梁跨中剪力,（,kN,）,下游主梁南塔牛腿处剪力,（,kN,）,下游主梁跨中轴力,（,kN,）,下游主梁南塔牛腿处轴力,（,kN,）,-40,1314,5795.6,754.56,1710,3586.5,11169,10,1476.9,4716.6,760.94,1559.4,3913.9,10407,40,1574.7,4069.2,764.77,1469,4110.4,9950,体系升（降）温状况下主梁关键截面内力值表,索,号,10,-40,40,索,号,10,-40,40,索,号,10,-40,40,索,号,10,-40,40,增量,增量,增量,增量,增量,增量,增量,增量,SS13,6460,6320,6544,SC1,2384,2285,2443,NC13,6233,6225,6238,NS1,2410,2316,2467,-140,84,-99,59,-8,5,-94,57,SS12,5702,5535,5802,SC2,2466,2430,2488,NC12,5670,5671,5669,NS2,2498,2461,2521,-167,100,-36,22,1,-1,-37,23,SS11,4576,4415,4672,SC3,3009,3001,3013,NC11,4697,4701,4694,NS3,3050,3044,3054,-161,96,-8,4,4,-3,-6,4,SS10,4121,3990,4200,SC4,3105,3110,3103,NC10,4277,4282,4273,NS4,3144,3152,3139,-131,79,5,-2,5,-4,8,-5,SS9,3790,3701,3843,SC5,3192,3199,3187,NC9,3919,3924,3916,NS5,3216,3223,3211,-89,53,7,-5,5,-3,7,-5,SS8,3904,3848,3938,SC6,3495,3503,3491,NC8,3995,4001,3992,NS6,3493,3491,3495,-56,34,8,-5,6,-3,-2,2,SS7,3976,3950,3991,SC7,4021,4028,4016,NC7,4020,4026,4017,NS7,3975,3950,3990,-26,15,7,-5,6,-3,-25,15,SS6,3494,3492,3495,SC8,3995,4003,3991,NC6,3495,3500,3491,NS8,3903,3850,3936,-2,1,8,-4,5,-4,-53,33,SS5,3216,3225,3211,SC9,3919,3925,3915,NC5,3189,3194,3185,NS9,3789,3705,3840,9,-5,6,-4,5,-4,-84,51,SS4,3143,3152,3138,SC10,4275,4280,4272,NC4,3096,3100,3094,NS10,4120,3995,4195,9,-5,5,-3,4,-2,-125,75,SS3,3047,3038,3052,SC11,4693,4694,4693,NC3,2988,2982,2991,NS11,4574,4421,4666,-9,5,1,0,-6,3,-153,92,SS2,2491,2444,2519,SC12,5662,5651,5668,NC2,2440,2412,2457,NS12,5699,5539,5795,-47,28,-11,6,-28,17,-160,96,SS1,2396,2279,2466,SC13,6219,6189,6237,NC1,2370,2293,2417,NS13,6455,6319,6537,-117,70,-30,18,-77,47,-136,82,体系升,(,降,),温状况下索力值表,(,单位：,kN,),体系升（降）温状况下索力值变化百分比曲线图,综合以上的分析，我们得到这样的结论：体系温差给斜拉桥内力造成的影响主要反映在桥塔上，主梁次之，斜拉索最小。其中，体系温差给桥塔内力造成的影响又主要反映在塔柱根部的弯矩上，又以横桥向弯矩最为显著。,我们已经得出了主梁横截面内的温度分布随时间变化的规律。但是日照温差引起的温度内力不仅与主梁横截面内的温度分布有关，还与索与主塔的截面温度分布有关。所以，在进行日照温差引起的温度内力分析前，我们尚须整理出索与主塔的截面温度分布资料 。,日照温差引起的温度内力分析,由于斜拉索属于细长构件，其截面尺寸比梁与塔的小得多，故可以近似地认为它的温度在任意一个时刻不仅在长度方向是常数，而且在其截面上的分布也是均衡的。我们以大桥跨中下游编号为,NC9,的这根斜拉索为代表，用红外线光感温度测试仪采集了该索下端钢护筒顶部上方约,30cm,处向阳面的温度。,NC9,号斜拉索温度变化曲线,按照前述求得叠合梁截面温度分布随时间的变化规律的方法，我们同样可以求得塔柱截面温度分布随时间的变化规律。四方台大桥的塔柱为不规则六边形箱形截面（如下图），我们根据朝向的不同给塔柱的各个侧面壁进行了编号。以南塔为例，各侧面壁编号如右下图所示。,用第三类边界条件的非稳态温度场地有限元方法得出了四方台大桥塔柱截面各侧面壁厚度方向上在,2004,年,8,月,19,日这天从,5:00,至,19:00,的这段时间内的温度分布。,9:00,时的南塔东柱标准截面各侧面壁,厚度方向上的温度分布,9:00,时的南塔东柱标准截面 温度云图,至此，四方台大桥各主要部位,(,梁、索、塔,),的日照温度分布都是已知条件了。下一步就是要根据温度分布把温度荷载施加到模型上去。由于在用于计算体系温差造成的温度内力的有限元模型中，主塔和主梁的单元采用的是只能考虑整体升降温的梁单元，故必须对模型进行改造以考虑日照温差在构件截面上形成的非线性温度分布对结构内力产生的影响。笔者将原全桥模型中的,BEAM188,和,SHELL63,单元置换为可以进行分层处理的,SHELL91,单元。,SHELL91,单元的特点是可以在单元内的层与层之间施加不同的温度，进而可以模拟截面带有梯度的温度分布。,工况编号,工况情形,温度最大差值（,）,该工况出现时刻,1,东边梁肋混凝土行车道板顶层与钢梁腹板中部的温差达到最大,10.5,6:30,2,西边梁肋混凝土行车道板顶层与钢梁腹板中部的温差达到最大,12.5,17:30,工况编号,工况情形,温度最大差值（,）,该工况出现时刻,3,EE,与,EW,、,WE,与,WW,正温差达到最大值,11.2,9:30,4,EE,与,EW,、,WE,与,WW,负温差达到最大值,11.5,16:30,5,EES,与,EEN,温差达到最大值,6.2,15:30,6,WWS,与,WWN,温差达到最大值,7.8,14:00,叠合梁的温度分布最不利工况表,塔柱的温度分布最不利工况表,工,况,轴力,（,kN,）,顺桥向弯矩,（,kN,m,）,横桥向弯矩,（,kN,m,）,顺桥向剪力,（,kN,）,横桥向剪力,（,kN,）,东柱,西柱,东柱,西柱,东柱,西柱,东柱,西柱,东柱,西柱,恒载,115990,115990,8052.4,8052.4,44060,44060,302.79,302.79,464.12,464.12,1,118078,117498,9042.8,9244.2,57851,34499,299.16,313.69,514.24,477.58,2,118310,117730,7303.5,7158.6,27141,59525,340.03,310.66,488.72,394.04,3,115178,114598,9002.6,9171.7,63887,30049,285.23,327.62,472.47,324.88,4,117730,114830,7223.0,7142.5,13086,74197,330.34,324.89,-278.47,1160.30,5,117382,115178,7021.7,6957.3,-22162,110062,368.80,372.73,-139.24,1058.19,6,117150,115410,6844.5,6675.4,4318,88340,350.03,354.57,-51.05,920.35,工况,主梁跨中,弯矩,（,kN,m,）,主梁南塔牛,处弯矩,（,kN,m,）,主梁跨中,剪力,（,kN,）,主梁南塔牛腿处剪力,（,kN,）,主梁跨中,轴力,（,kN,）,主梁南塔牛腿,处轴力,（,kN,）,东梁,西梁,东梁,西梁,东梁,西梁,东梁,西梁,东梁,西梁,东梁,西梁,恒载,1476.9,1476.9,4716.6,4716.6,760.94,760.94,1559.4,1559.4,3913.9,3913.9,10407,10407,1,1565.5,1494.6,4461.9,4617.6,751.81,733.55,1609.3,1593.7,4140.9,4039.1,10532,10657,2,1499.1,1420.8,4683.6,4773.2,722.13,725.94,1623.3,1603.1,4234.8,4223.1,10220,10261,3,1552.2,1568.5,4537.4,4391.2,784.53,787.57,1601.5,1536.0,4078.3,4090.0,10709,10802,4,1463.6,1460.7,4754.3,4777.9,770.07,774.64,1478.3,1483.0,4101.8,4113.5,9866,9959,5,1469.5,1466.6,4740.2,4759.0,779.96,780.72,1576.6,1554.7,4066.5,4062.6,10282,10230,6,1596.5,1621.6,4282.7,4240.2,763.22,774.64,1546.9,1520.4,3960.9,4035.2,10064,10043,各日照温差最不利工况下塔柱底端截面内力值表,各日照温差最不利工况下钢主梁控制截面内力值表,工况,1,索力相对于只有恒载作下的索力变化的百分比曲线图,工况,2,索力相对于只有恒载作下的索力变化的百分比曲线图,工况,3,索力相对于只有恒载作下的索力变化的百分比曲线图,工况,4,索力相对于只有恒载作下的索力变化的百分比曲线图,工况,5,索力相对于只有恒载作下的索力变化的百分比曲线图,工况,6,索力相对于只有恒载作下的索力变化的百分比曲线图,为什么我们对温度内力的计算结果比常规的计算结果小？笔者认为这与计算软件的计算功能和设计者的设计观点有关。目前的一些桥梁设计算软件是基于传统的平面杆系有限元理论的，在考虑截面顶缘和底缘的温差时进行了从顶缘到底缘线性过渡的假设。下图所示的某箱形截面，顶缘和底缘同样是,20,的温差，但线性过渡的分布和偏真实情况的分布是很不一样的，计算出来的结果必定相差较远。,一些专业软件可以在前处理过程中按后者施加日照温度荷载，但设计者通常认为按前者施加日照温度荷载是偏安全的，于是弃繁就简，采用了前者。本科研的计算的温度索力、钢主梁温度内力、桥塔温度内力虽然偏小，但更接近真实情况，所以仍具有一定的参考价值。,哈尔滨地区的夏季最高和冬季最底气温分别出现在每年的,8,月中上旬和,1,月中上旬。课题组两次前往哈尔滨，先后于,2004,年,8,月,18,日和,2005,年,1,月,15,日使用精度较高的弦振频率索力测试仪对四方台大桥的索力进行了测量 。,从图中可以看到的冬夏两季的索力变动幅度在,15%,的情况与我们的仿真计算结果是比较吻合的。,另外，在下游人行道上，我们在每根斜拉索根部附近用红油漆作上标记作为标高测点。,52,根斜拉索对应着,52,个标高测点（由南向北，编号从,1,到,52,顺次增大），我们用水准仪测量了每个测点在冬夏两季的标高值 。从分析体系升降温对内力影响的计算结果中，笔者还提取了下游主梁在斜拉索下节点处的挠度值 。,令 ， ， 从下图可以看到每个测点所对应的 和 。,该图说明冬季的桥面比夏季有所抬升，主要发生在中跨，最大的实际抬升量有,4.7,厘米，这与作为计算值的,5.0,厘米是很接近的。,今天的讲座到此结束,希望同学们在这一领域能走的更远,!,