專利名稱：大跨鋼橋扁平鋼箱梁的溫度梯度效應分析方法
技術領域：
本發明屬于橋梁工程中橋梁結構設計、結構分析與施工控制領域，特別涉及大跨鋼橋扁平鋼箱梁構造優化設計過程中的溫度應力分析，為一種大跨鋼橋扁平鋼箱梁的溫度梯度效應分析方法。
背景技術：
在橋梁工程領域，流線型正交異性扁平鋼箱梁結構具有梁高低、自重輕、截面抗扭剛度大、抗風穩定性好、制造與施工方便等優點。在大跨橋梁中，正交異性扁平鋼箱梁得了到廣泛的應用。但是，鋼箱梁導熱性能好，對環境溫度變化比較敏感。在施工過程及成橋后的運營過程中，溫度的作用不僅會引起大跨橋梁線形、高程的變化，還會引起較大的溫度應力，其大小與恒、活載效應相當，甚至超出活載應力。因此，在大跨橋梁結構設計計算、上部結構施工控制以及結構安全評估分析時，必須計算鋼箱梁結構溫度梯度效應。我國現行《公路橋涵設計通用規范》(JTCD60-2004)是完全參照美國AASHTO規范修訂的溫度梯度曲線，計算橋梁結構由于梯度溫度引起的效應時所采用的沿截面豎向溫度分布梯度曲線，是針對鋼筋混凝土箱粱、鋼-混結合梁、鋼桁梁、混凝土 T梁等構造形式的， 并不是針對正交異性扁平鋼箱梁制定的。在目前大跨橋梁設計中，主要參照英國BSMOO進行溫度效應分析，而該規范是基于一種傳統的鋼箱梁構造制定，其鋼箱梁截面為梯形，翼緣板遮擋住了腹板，使其能在一定程度上免遭陽光照射，從而使得腹板的溫差特別明顯。這與正交異性扁平鋼箱梁在構造形式上是完全不同的，溫度分布也是不同的。由于大跨橋梁正交異性扁平鋼箱梁的截面構造形式與國內外規范完全不同，而且鋼箱梁和混凝土箱梁在材料、構造、力學行為等眾多方面差異很大，因此各規范中通過鋼筋混凝土箱梁溫度研究出的溫度分布模式并不能適用于大跨橋梁扁平鋼箱梁。
發明內容
本發明要解決的間題是目前國內橋梁規范中與大跨橋梁正交異性扁平鋼箱梁的溫度梯度不符合，需要尋找符合大跨鋼橋正交異性扁平鋼箱梁實際情況的溫度分布模型， 為大跨橋梁結構計算分析、施工控制分析提供依據。本發明的技術方案為大跨鋼橋扁平鋼箱梁的溫度梯度效應分析方法，鋼箱梁結構為六角形扁平鋼箱梁，分析鋼箱梁的截面溫度梯度分布，獲取最大溫度沿豎向分段線性變化的梯度曲線，進行溫度影響鋼箱梁的應力與變形分析，包括以下步驟1)對鋼箱梁的鋼箱梁頂板(1)、上斜腹板O)、下斜腹板(3)、底板0)、橫隔板 (5)、縱向加勁肋(6)和人行道翼緣板(7)進行豎向溫度梯度劃分，得到豎向溫度梯度曲線·鋼箱梁頂板(1)、上斜腹板(2)、人行道翼緣板(7)、與頂板(1)及上斜腹板(2)連接的縱向加勁肋(6)處、與鋼箱梁頂板(1)及上斜腹板( 連接的橫隔板( 處，溫度為 30 0C ；
其中，在垂直于鋼箱梁頂板(1)、上斜腹板(2)、人行道翼緣板(7)的三個方向上， 溫度分別向下沿豎向分段線性變化溫度由T1 = 30°C均勻線性變為T2 = 10°C，此段高度為 h2 = 0. 2m ；然后由T2 = 10°C均勻線性逐漸變為0°C，此段高度為Ii3 = 0. 6m，在順橋向溫度梯度無變化；除以上區域鋼箱梁其他部分溫度都為基準溫度0°C ；2)將步驟1)獲得的溫度豎向梯度曲線加入溫度場，計算溫度作用引起的溫度應力，對鋼箱梁進行溫度梯度效應分析。進一步提出簡化分析方法，應用大型結構分析程序ANSYS建立鋼箱梁結構空間有限元模型，進行溫度梯度分布下扁平鋼箱梁控制段的應力分析研究，步驟1)獲取溫度梯度曲線在有限元模型中進行簡化，把鋼箱梁截面分為兩個區，分別為頂板區及上斜腹板區、下斜腹板及底板區，溫度在橫橋向和順橋向無變化，僅豎向變化，整個鋼箱梁的橫向與豎向溫度梯度曲線為豎向
權利要求
1.大跨鋼橋扁平鋼箱梁的溫度梯度效應分析方法，鋼箱梁結構為六角形扁平鋼箱梁， 其特征是分析鋼箱梁的截面溫度梯度分布，獲取最大溫度沿豎向分段線性變化的梯度曲線，進行溫度影響鋼箱梁的應力與變形分析，包括以下步驟1)對鋼箱梁的鋼箱梁頂板(1)、上斜腹板(2)、下斜腹板(3)、底板(4)、橫隔板(5)、縱向加勁肋(6)和人行道翼緣板(7)進行豎向溫度梯度劃分，得到豎向溫度梯度曲線鋼箱梁頂板(1)、上斜腹板O)、人行道翼緣板(7)、與頂板(1)及上斜腹板( 連接的縱向加勁肋(6)處、與鋼箱梁頂板(1)及上斜腹板( 連接的橫隔板( 處，溫度為30°C ；其中，在垂直于鋼箱梁頂板(1)、上斜腹板O)、人行道翼緣板(7)的三個方向上，溫度分別向下沿豎向分段線性變化溫度由T1 = 30°C均勻線性變為T2 = 10°C，此段高度為Ii2 =0. 2m ；然后由T2 = 10°C均勻線性逐漸變為0°C，此段高度為Ii3 = 0. 6m，在順橋向溫度梯度無變化；除以上區域鋼箱梁其他部分溫度都為基準溫度0°c ；2)將步驟1)獲得的溫度豎向梯度曲線加入溫度場，計算溫度作用引起的溫度應力，對鋼箱梁進行溫度梯度效應分析。
2.根據權利要求1所述的大跨鋼橋扁平鋼箱梁的溫度梯度效應分析方法，其特征是應用大型結構分析程序ANSYS建立鋼箱梁結構空間有限元模型，進行溫度梯度分布下扁平鋼箱梁控制段的應力分析研究，步驟1)獲取溫度梯度曲線在有限元模型中進行簡化，把鋼箱梁截面分為兩個區，分別為頂板及上斜腹板區、下斜腹板及底板區，溫度在橫橋向和順橋向無變化，僅豎向變化，整個鋼箱梁的橫向與豎向溫度梯度曲線為
全文摘要
大跨鋼橋扁平鋼箱梁的溫度梯度效應分析方法，鋼箱梁結構為六角形扁平鋼箱梁，分析鋼箱梁的截面溫度梯度分布，獲取最大溫度沿豎向分段線性變化的梯度曲線，進行溫度影響鋼箱梁的應力與變形分析。本發明適用于帶人行道翼緣板的正交異性扁平鋼箱梁和無人行道翼緣板的正交異性扁平鋼箱梁。根據本發明方法獲取的截面溫度梯度分布、豎向梯度曲線及公式，與扁平鋼箱梁結構在日照溫差下截面溫度的分布情況一致；按照本發明獲取的加溫度梯度分布，即可進行溫度影響應力與變形分析。本發明的研究工作得到了國家科技支撐計劃項目2009BAG15B03的資助。
文檔編號G06F17/50GK102243671SQ20111016286
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月16日 優先權日2011年6月16日
發明者馮兆祥, 紀如雨, 繆長青, 阮靜, 陳策, 韓曉林 申請人:東南大學, 江蘇省長江公路大橋建設指揮部