安登刚构桥温度场及温度效应研究

摘要

置于自然环境中的大跨度预应力混凝土连续刚构桥,由于太阳辐射的温差产生的应力在某种情况下可能与恒、活载产生的应力属同一个数量级,甚至使混凝土结构物发生严重的开裂。国内外许多学者在混凝土桥梁的温度效应方面作了大量的研究工作,并取得丰硕的成果。通过几十年的研究许多国家已建立起适合本地区的温度模式来计算温度效应。 桥梁的温度场是随着太阳的辐射、气候条件等外部环境、桥梁所处方位、混凝土热物理性质、截面尺寸等变化而变化的,很难取得和实际一致的温度边界条件模拟温度场,且选择不同的温度模式对温度应力的求解结果影响较大,这就导致目前各种温度理论所得结果差异也较大。有必要对各类桥梁进行长期的温度效应观测,为桥梁温度效应的研究和设计规范的修订积累宝贵的数据,以在桥梁设计中准确计算温度效应。 本文依托衡阳—昆明高速公路重点控制工程安登刚构桥的施工监控项目,对上部箱梁结构进行了如下的研究： (1)按差分法推导了对流换热系数,选择气温变化剧烈的时段对箱梁截面温度测点进行连续测试,并将实测温度数据与数值分析结果作了对比,证明本文采用的方法可满足工程精度要求。 (2)在对实桥箱梁温度场进行参数分析的基础上,提出了符合实桥的日照温度场模式,也可以为滇东南地区计算温度效应提供参考。 (3)按平面应力状态求解出箱梁项板横向温度自应力；推导了考虑不同位置温度作用下的顶、底、腹板的框架约束应力；并对影响约束应力的箱梁截面参数如箱梁项、底、腹板厚度,箱梁高度、宽度,进行了相应的对比变讨论和分析。 (4)考虑悬臂和合龙后两种施工状态下,对实桥在目前常用的及本文温度模式作用下的温度应力进行了对比分析,找到了项、底、腹板的温度应力最大位置；指出了两种施工状态下温度应力的变化原因。 (5)讨论了消除温度影响的立模标高放样方法,并将该方法用于安登刚构桥的立模标高放样中；分析了不同合龙温度对桥梁的影响,得出从应力值的大小来看,年温差对主梁的影响较小,但在高温合龙时,体系降温会使主梁产生较大的下挠。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1前言

1.2国内外混凝土桥梁温度效应研究状况

1.2.1国外混凝土桥梁温度效应研究状况

1.2.2国内混凝土桥梁温度效应研究状况

1.3本文问题的提出

1.4本文主要研究内容

第2章温度场和温度应力基本计算理论

2.1热分析基本理论

2.1.1热分析基本知识

2.1.2热传递的方式

2.1.3热传导微分方程

2.1.4温度场初始条件与边界条件

2.2太阳辐射对混凝士桥梁温度场的影响

2.3桥梁结构的温度场求解

2.4温度场基本理论

2.5温度应力基本理论

2.6本章小结

第3章 实桥温度场及温度模式的研究

3.1工程背景

3.1.1简介

3.2测点布置

3.2.1温度测点布置

3.2.2应变测点布置

3.2.3测温及测应变仪器

3.3温度实测数据及规律分析

3.3.1桥梁环境温度分析

3.3.2顶板温度场分析

3.3.3腹板温度场分析

3.3.4底板温度场分析

3.3.5太阳辐射下箱梁纵向温度分布情况

3.4温度场的数值模拟及分析

3.4.1 ANSYS热分析简介

3.4.2混凝土热性能参数的确定

3.4.3温度的数值分析值与实测值的比较

3.4.4影响温度场的参数分析

3.5实桥温度模式的研究

3.5.1箱梁竖向温差模式的确定

3.5.2腹板横向温差的确定

3.5.3推荐的温度模式

3.6本章小结

第4章刚构桥温度效应的研究

4.1引言

4.2温度应力的解析解

4.2.1箱梁横向温度自应力求解

4.2.2箱梁纵向温度自应力求解

4.2.3温度作用下箱梁框架约束应力的讨论

4.3各种温度模式下刚构桥的温度效应比较

4.3.1正温差作用下的箱梁横向温度应力的分析

4.3.2正温差作用下的箱梁纵向温度应力的分析

4.3.3正温差作用下的箱梁腹板主应力的分析

4.3.4各温度模式中负温差作用下的温度效应分析

4.4温度应力的参数分析

4.4.1腹板厚度对刚构桥温度应力的影响

4.4.2底板厚度对刚构桥温度应力的影响

4.4.3腹板高度对刚构桥温度应力的影响

4.4.4箱梁宽度对刚构桥温度应力的影响

4.4.5桥墩刚度对刚构桥温度应力的影响

4.5本章小结

第5章温度对悬臂及合龙施工的探讨

5.1温度对悬臂施工影响的研究

5.2消除温度影响的立模标高放样方法

5.3不同合龙温度对桥梁影响的分析

5.4本章小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

作者攻读硕士期间发表的论文

致谢