大跨度连续刚构桥施工阶段温度效应研究

摘要

国内外的调查资料表明，混凝土中的早期裂缝是大跨度连续箱梁桥施工实践中出现的普遍问题。其中，温度效应是早期裂缝产生的重要影响因素。本文以一大跨径连续刚构箱梁桥为工程背景，对箱梁桥施工阶段截面温度梯度和水化热效应进行分析研究，提出相应的温度控制措施，为防治大跨度箱梁桥的早期裂缝问题提供理论分析依据。
　　文章利用ANSYS10.0的三维温度实体单元，考虑太阳辐射、大气温度、混凝土表面吸收与发散热辐射等参数，计算施工过程中无桥面铺装状况下的截面梯度温度场与实测温度进行对比分析，并根据温度场计算结果拟合适合于无桥面铺装箱梁温度梯度计算模式，进行施工及合龙后箱梁截面应力分析。同时，采用Midas civil2012的水化热计算模块，根据实际工程参数，计算箱梁悬浇过程中水化热在结构中的分布和时程变化规律，并将计算值与实测值对比，检验计算值的正确性。
　　温度梯度及水化热计算结果表明:大跨度连续箱梁桥施工阶段的日照温度场与公路桥规的计算模式存在一定的差异，竖向及横向温度梯度比较符合指数曲线分布。由于悬臂板遮阳的效果不同，中间支点处梁段与跨中梁段应采用不同的温度模式。日照温度梯度作用下，箱梁在悬臂浇筑过程中产生了较大的纵横向拉应力，尤其是箱梁合龙后，由于温度自应力与次应力的共同作用，跨中截面的纵向拉应力尤为显著。箱梁悬浇过程中，水化热效应使得箱梁在节段交接位置及顶底板与腹板倒角处出现较大的拉应力，极易在施工过程中出现开裂现象。为了尽量降低施工过程中温度效应对箱梁的影响，可以采用选择浇筑时间，低水化热水泥，添加适量的缓凝剂，合理的养护及浇筑方案等温度控制措施。
　　本文对大跨径预应力混凝土箱梁桥早期温度裂缝的防治进行了有益地探索，可为桥梁设计及施工提供参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文的研究背景

1．2 大跨度预应力混凝土连续箱梁桥发展概述

1．3 连续箱梁桥梯度温度效应研究现状

1．3．1 箱梁温度梯度

1．3．2 混凝土的水化热

1．4 论文的研究目的及主要内容

第二章 混凝土箱梁桥温度计算理论

2．1 箱梁截面温度梯度基本理论以及分析方法

2．1．1 热力学经典理论

2．1．2 热传递的三种方式

2．1．3 导热基本方程及定解条件

2．1．4 混凝土箱梁三维温度场有限元计算过程

2．2 箱梁截面温度梯度有限元分析理论

2．3 混凝土水化热升温计算理论

2．3．1 绝热升温计算

2．3．2 结构实际升温计算

2．4 混凝土箱梁空间温度应力理论

2．5 本章小结

第三章 连续箱梁桥梁截面梯度温度效应

3．1 箱梁截面梯度温度效应分析

3．1．1 选定ANSYS热分析单元

3．1．2 选定ANSYS等效结构应力分析单元

3．1．3 温度效应空间模型基本参数

3．1．4 箱梁温度效应仿真分析

3．1．5 箱梁温度场实测数据对比分析

3．2 国内外关于箱梁温度梯度的研究和相关规范

3．3 箱梁截面温度梯度曲线拟合

3．4 箱梁横向温度应力分布规律

3．5 箱梁桥合龙后竖向温度梯度效应

3．5．1 大跨径连续箱梁桥温度梯度有限元仿真分析

3．5．2 公路桥规温度梯度荷载作用下的全桥应力分析

3．5．3 本文提出的温度梯度作用下应力分析

3．5．4 温度梯度计算对比分析

3．6 本章小结

第四章 混凝土水化热产生的温度效应

4．1 箱梁水化热效应有限元仿真分析

4．1．1 原材料结构参数

4．1．2 有限元模型建立

4．1．3 Midas水化热分析及结果

4．2 水化热温度实测值与计算值的对比分析

4．2．1 测试准备工作

4．2．2 实测温度数据与计算数据对比

4．3 箱梁水化热应力结果分析

4．4 施工过程中温度效应控制措施

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果