无铺装层钢箱梁日照温度场及其效应分析

论文摘要

温度对桥梁结构的影响已成为工程界的共识,尤其对施工中的钢箱梁而言,因无桥面铺装,钢材导热性能好,温度影响更加显著。目前各国设计规范关于钢箱梁的梯度温度作用规定不尽一致,我国现行的桥梁设计规范规定的温度梯度曲线并不适用于钢箱梁,随着钢箱梁在大跨径桥梁中日益广泛的应用,对钢箱梁温度场做广泛而深入的研究显得尤为迫切。本文以杭州江东大桥及广州东沙特大桥为工程背景,在实桥温度场的基础上,选择其中具有代表性的天气、季节和地区条件下无铺装层钢箱梁的温度场观测数据进行分析,并借助有限元软件ANSYS对无铺装层钢箱梁温度场及温度作用效应进行分析。主要研究内容和成果如下:(1)根据热传导有限元法原理,使用有限元软件ANSYS建立了三维分析模型,施加边界条件和求解,用所得计算结果与现场实测的数据进行比较,证明了钢箱梁截面竖向温度分布具有明显的非线性。(2)对钢箱梁温度场计算的参数敏感性进行一系列分析,发现吸收率α对温度场计算影响最大,风速v次之,辐射率ε影响最小。(3)通过对施工过程中无铺装层钢箱梁温度场实测数据进行分析,得出了无铺装层钢箱梁的温度场随时间的变化规律。同时实测数据为形成我国钢箱梁的温度梯度条文积累数据。(4)用分段函数的形式对钢箱梁顶、底板温度在一天内的变化模式进行拟合,推导出了可以预测钢箱梁顶、底板一天内的温度变化的函数。(5)用指数函数Ty = T0 e ?αy的形式对钢箱梁竖向温差曲线进行拟合,得出了我国若干地区无铺装层钢箱梁竖向正温差曲线。(6)利用对称性,建立了杭州江东大桥顶推施工过程中半桥模型,施加梯度温度作用,研究了梯度温度作用对施工中的钢箱梁的影响,发现施工中的钢箱梁由梯度温度作用产生的温度应力、温度变形都不容忽视,钢箱梁拼装时必须考虑由梯度温度作用对拼装线型的影响并及时修正由此产生的误差。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外对箱梁温度场问题的提出及研究概况
• 1.2.1 混凝土箱梁的温度场早期研究和发展概述
• 1.2.2 钢箱梁的温度场早期研究和发展概述
• 1.3 课题的来源及研究思路、方法与意义
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 研究思路、方法
• 1.3.3 研究意义
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 小结
• 第二章 钢箱梁温度场分析理论
• 2.1 引言
• 2.2 温度场的定义及其影响因素
• 2.2.1 气候综合影响因素
• 2.2.2 热交换因素
• 2.2.3 桥位因素和结构因素
• 2.3 钢箱梁温度作用效应
• 2.4 温度场有限元计算理论
• 2.4.1 二维温度场导热微分方程
• 2.4.2 边界条件
• 2.4.3 初始条件
• 2.4.4 箱梁温度场的边界条件
• 2.5 平面温度场的有限元理论
• 2.5.1 温度场有限元计算的基本方程
• 2.5.2 温度场的求解
• 2.6 钢箱梁边界条件的计算
• 2.6.1 太阳辐射强度的计算
• 2.6.2 大气气温的考虑
• 2.7 热力学参数
• 2.7.1 热传导系数、比热等计算参数确定
• 2.7.2 热交换系数计算
• 2.8 小结
• 第三章 钢箱梁温度场 Ansys 有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 ANSYS 的分析步骤
• 3.2.1 建立分析模型及施加边界条件
• 3.2.2 求解
• 3.2.3 后处理
• 3.3 温度场的计算结果
• 3.4 钢箱梁温度场计算参数分析
• 3.5 小结
• 第四章 钢箱梁日照温度场试验研究及成果
• 4.1 引言
• 4.2 试验方法与测点布置
• 4.3 实测数据及分析
• 4.3.1 同季节不同天气情况下箱梁温度分布情况
• 4.3.2 不同季节同天气情况下箱梁温度变化
• 4.3.3 不同地区箱梁温度变化比较
• 4.3.4 箱梁截面温度变化情况
• 4.3.5 已拼梁段末段梁位移
• 4.4 计算值与实测值对比分析
• 4.5 箱梁顶、底板温度变化模式
• 4.6 钢箱梁温度梯度研究
• 4.6.1 几个国家桥梁规范中有关钢梁温度梯度作用的规定
• 4.6.2 无铺装层钢箱梁截面实测温度梯度
• 4.6.3 无铺装层钢箱梁温度梯度曲线拟合
• 4.7 小结
• 第五章 钢箱梁温度效应分析
• 5.1 引言
• 5.2 钢箱梁日照温度效应
• 5.2.1 单片标准梁段日照温度效应
• 5.2.2 顶推施工中已拼梁段日照温度效应
• 5.3 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录