大跨度斜拉桥钢箱梁温度效应测试与分析

摘要

桥梁结构的温度效应研究已有几十年的历史，但过去的工作主要集中混凝土桥梁结构，对钢箱梁桥的研究并不多。近年来，随着大跨度钢斜拉桥的发展，温度效应问题已成为影响大跨度钢斜拉桥施工质量和进度的重要因素。 笔者结合湛江海湾大桥施工监控工作，在大桥施工现场对钢箱梁温度场进行了实时测量，获得大量实测数据。通过对实测数据的详细分析，得到了湛江地区春夏季不同天气条件下，桥面铺装前后钢箱梁温度变化特点及沿腹板截面高度方向温度梯度模式，拟合了施工过程中湛江海湾大桥钢箱梁最大温差与最高温度关系式。结合分析钢箱梁热交换边界条件和热力学参数对温度影响的研究，运用反算法确定了湛江海湾大桥箱梁腹板热传导系数和热交换系数，给出了湛江海湾大桥钢箱梁边界条件上太阳辐射强度处理公式。运用ANSYS软件模拟计算了钢箱梁温度场，理论计算值与实测值吻合良好，说明了将太阳辐射和热辐射转化为对流传热进行温度加载的办法是可行的。运用MIDAS/Civi16.71软件模拟计算分析了最大悬臂状态下的箱粱温度效应，结合对施工过程中位移和应变的实测分析，给出了大跨度钢斜拉桥施工过程中减少臼照温度效应影响的建议措施，为大桥施工过程中减少温度效应的影响提供了科学指导和理论依据。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1引言

1.2工程背景与意义

1.3桥梁温度场研究概况

1.3.1国外研究概况

1.3.2国内研究概况

1.3.3钢箱梁温度场研究概况

1.4课题来源及研究内容

1.4.1课题来源

1.4.2主要研究内容

第二章钢箱梁温度场及温度效应的测试分析

2.1湛江海湾大桥概况

2.2温度测试方法与测点布置

2.2.1温度测量方法与仪器选择

2.2.2测点布置

2.3应力测试方法与测点布置

2.4位移测试方法与测点布置

2.5桥面铺装前实测温度数据与分析

2.5.1桥面铺装前环境温度实测曲线

2.5.2桥面铺装前梁体温度变化曲线

2.5.3顶板实测温度变化曲线

2.5.4底板实测温度变化曲线

2.5.5腹板实测温度变化曲线

2.5.6钢箱梁U形肋与顶底板温差分析

2.5.7顶底板温度与气温变化曲线

2.5.8斜拉索与梁体温度变化曲线波形分析

2.5.9箱梁顶、底板竖向温差分析

2.5.10铺装前钢箱梁腹板沿截面高度方向温度梯度分析

2.6桥面铺装后钢箱梁温度测试分析

2.6.1温度变化曲线波形整体分析

2.6.2桥面铺装后钢箱梁腹板沿截面高度方向温度梯度

2.7应变测试结果分析

2.8温度变化对主梁高程影响测试结果分析

2.9本章小结

第三章钢箱梁温度场有限元理论与热力学参数计算

3.1引言

3.2热传导的基本理论

3.2.1热量传递的三种方式

3.2.2稳态与瞬态热分析

3.2.3热传导微分方程及定解条件

3.3温度场的有限元方法

3.3.1温度场有限元计算的基本方程

3.3.2温度场地求解

3.4钢箱梁边界的热交换

3.4.1太阳辐射日过程

3.4.2对流换热

3.4.3钢箱梁与环境的热辐射

3.5钢箱梁边界条件的计算

3.5.1太阳辐射相关知识

3.5.2太阳总辐射的直散分离理论

3.5.3大气气温的考虑

3.6热力学参数的确定

3.6.1热传导系数、比热

3.6.2热交换系数

3.7本章小结

第四章钢箱梁温度场及全桥温度效应的计算分析

4.1 ANSYS热-结构分析功能简介

4.2 ANSYS8.0热分析基本原理

4.3 ANSYS的分析步骤

4.3.1建立分析模型及施加温度荷载

4.3.2创建*do和*if语句加载函数

4.4钢箱梁温度场计算实例

4.4.1钢箱梁顶板测点

4.4.2钢箱梁底板测点

4.4.3钢箱梁顶板U肋测点

4.4.4钢箱梁两侧腹板测点

4.4.5顶底板最大温差时箱梁腹板温度梯度曲线

4.4.6偏差分析

4.5全桥温度效应模拟计算及其影响分析

4.5.1 MIDAS/Civi16.71桥梁结构软件简介

4.5.2全桥模型的建立

4.5.3加载条件的确定

4.5.4全桥温度效应模拟计算及位移分析

4.5.5钢斜拉桥施工控制中消除温度效应影响的方法

4.6本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见