预应力混凝土连续箱梁温度作用的观测与分析研究

摘要

混凝土箱梁的温度作用效应直接影响了公路混凝土箱梁桥的安全性。统计资料和研究表明，公路桥梁混凝土箱梁某些部位裂缝是由于温度作用而产生的，其原因是缺乏在系统的观测数据上对混凝土箱梁温度场的深入研究。论文旨在混凝土公路箱梁桥温度场的长期观测数据基础上深入研究并完善公路桥梁混凝土箱梁温度场的理论与计算方法。主要研究内容和成果如下： 对一座大跨径公路桥预应力混凝土连续箱梁进行了1年多的连续温度场观测，根据观测的数据，详细分析了在太阳辐射、降温以及春秋季平稳的自然环境下混凝土箱梁各个板件的温度场随时间变化的规律。研究表明，在日气候条件变化下，混凝土箱梁的温度呈正弦曲线变化，周期为24小时。 用假设检验和参数估计方法对混凝土箱梁温度场的观测值进行了统计分析，提出了一种根据长期观测数据计算混凝土箱梁温度作用代表值的方法，据此计算了基于观测数据的无沥青混凝土铺装层的混凝土箱梁温度作用的概率模型。经统计分析和假设检验，无沥青混凝土铺装层的混凝土箱梁夏季的日最高温差服从W(9。1327，2.61837)的Weibull分布，冬季服从形(4。4392，2.0749)的Weibull分布。 将混凝土箱梁的温度场分析由3维问题简化为2维问题，对混凝土箱梁温度场的时间滞后性进行了研究，提出了计算混凝土箱梁温度变化滞后时间的公式，从理论上证明了混凝土箱梁温度场的变化周期与日气温的变化周期相同，并用数学表达式量化了混凝土箱梁温度变化与环境气温变化的幅值之比及相位差。 详细讨论了混凝土箱梁的正温度梯度曲线的影响因素，研究了我国公路桥梁混凝土箱梁的正温度梯度，证明其可以用双折线或指数函数来表达，本文采用指数函数表达混凝土箱梁的正温度梯度。根据计算研究结果，定量的确定了各影响因素与正温度梯度曲线的关系，证明了梗腋高度、太阳辐射强度和日气温变化的幅值是影响混凝土箱梁正温度梯度的重要因素。详细研究了梗腋高度对混凝土箱梁竖向正温度梯度的影响，数据拟合表明，梗腋高度和混凝土箱梁正温度梯度指数函数表达式中参数α呈线性关系。 在温度作用下，3跨变高度预应力混凝土连续箱梁的最不利位置位于中跨跨中截面的顶板下表面处，该位置的温度作用效应最大。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1概述

1.1.1混凝土箱梁的温度作用

1.1.2混凝土箱梁温度作用效应

1.2国内外研究现状

1.2.1混凝土箱梁的温度场问题的历史回顾

1.2.2混凝土箱梁温度场试验观测

1.2.3传热学理论

1.2.4混凝土箱梁的温度作用统计分析

1.2.5混凝土箱梁的温度梯度

1.3混凝土箱梁温度场研究中存在的问题

1.3.1混凝土箱梁温度场的观测

1.3.2混凝土箱梁的温度作用代表值

1.3.3混凝土箱梁温度场的影响因素及混凝土箱梁的温度梯度

1.3.4混凝土箱梁温度作用效应分析

1.4本文的主要研究内容与工程背景

1.4.1主要研究内容

1.4.2基金项目

1.4.3 工程背景

第2章混凝土箱梁温度场观测

2.1温度传感器的优化布置

2.1.1传感器的优化布置准则

2.1.2不同温度传感器优化布置准则的数学模型

2.2试验方案

2.2.1混凝土箱梁的温度测点布置

2.2.2试验仪器

2.3试验过程简述

2.4温度试验数据分析

2.4.1太阳辐射作用下

2.4.2寒流降温作用下

2.4.3春秋两季典型气候条件下

2.5小结

第3章混凝土箱梁温度作用的概率模型及分析

3.1概述

3.2作用及作用的代表值

3.3混凝土箱梁温度作用的实测数据

3.4 Jean、Berred和Barsotti计算温度作用代表值的方法

3.4.1箱梁日最高正温差的确定性部分

3.4.2箱梁日最高正温差的随机部分

3.4.3设计基准期内温度作用的分布函数及温度作用代表值

3.5混凝土箱梁温度作用的统计分析

3.5.1基本假设

3.5.2秩和检验

3.5.3皮尔逊x2-检验

3.5.4聚类分析

3.5.5日最高正温差的分布函数

3.6混凝土箱梁温度作用的代表值

3.7小结

第4章混凝土箱梁的温度场数值分析

4.1概述

4.2有限元法求解混凝土箱梁的温度场

4.2.1理论基础

4.2.2单值性条件

4.2.3假设及适用条件

4.2.4有限元方程的建立

4.2.5有限元方程的求解

4.3京杭大运河桥箱梁温度场计算

4.3.1混凝土的热物理性质

4.3.2定解条件

4.3.3有限元模型

4.3.4顶板温度

4.3.5腹板温度

4.3.6底板温度

4.3.7混凝土箱梁沿截面高度的温度分布

4.4南京长江第二大桥北汊大桥箱梁温度场计算

4.4.1定解条件

4.4.2有限元模型

4.4.3顶板温度

4.4.4腹板温度

4.4.5底板温度

4.5润扬大桥丹徒互通主线桥箱梁温度场计算

4.5.1定解条件

4.5.2有限元模型

4.5.3顶板温度

4.5.4混凝土箱梁沿截面高度的温度分布

4.6 小结

第5章混凝土箱梁温度场的参数分析

5.1混凝土箱梁板件温度场时间滞后性分析

5.2混凝土箱梁板件尺寸参数分析

5.2.1顶板厚度

5.2.2腹板厚度

5.2.3底板厚度

5.2.4翼板长度

5.3混凝土热物理性质的参数分析

5.3.1混凝土导热系数

5.3.2混凝土比热容

5.4小结

第6章混凝土箱梁温度梯度研究

6.1混凝土箱梁的正温度梯度影响因素分析

6.1.1混凝土箱梁板件厚度

6.1.2混凝土箱梁梗腋高度

6.1.3混凝土箱梁的梁高

6.1.4太阳辐射强度

6.1.5外界气温

6.1.6桥梁方位角

6.2我国的地区差异引起箱梁竖向正温度梯度的变化

6.2.1边界条件

6.2.2无沥青铺装层的混凝土箱梁竖向正温度梯度

6.2.3具有50mm沥青混凝土铺装层的混凝土箱梁竖向正温度梯度

6.2.4具有100mm沥青混凝土铺装层的混凝土箱梁竖向正温度梯度

6.3混凝土箱梁的正温度梯度模式

6.4混凝土箱梁负温差分布的定性研究

6.4.1无沥青铺装层的混凝土箱梁

6.4.2具有100mm沥青铺装层的混凝土箱梁

6.5小结

第7章混凝土箱梁温度作用效应分析

7.1温度应力计算的基本原理

7.1.1纵向内约束应力

7.1.2纵向外约束应力

7.2正温度梯度计算结果与桥规的比较

7.2.1纵向温度外约束应力

7.2.2纵向温度内约束应力

7.2.3纵向温度应力

7.2.4横向温度应力

7.2.5温度变形的计算结果

7.3正温度梯度的底板温差分布的影响分析

7.3.1对纵向温度应力的影响

7.3.2对横向温度应力的影响

7.3.3对温度变形的影响

7.4 小结

第8章结论及展望

8.1研究总结

8.1.1应该澄清的已有研究中的一些片面结论

8.1.2主要结论

8.2展望

参考文献

作者简介

后记