预应力混凝土箱梁桥运营阶段的温度场及其效应分析

摘要

温度应力是混凝土连续箱梁桥发生裂缝的重要原因之一。不同国家、不同地区的桥梁设计规范中，有关箱梁温度荷载的规定不尽相同，使用不同的温度梯度模式计算得到的箱梁温度应力相差很大。因此，研究某一地区连续箱梁桥的温度场及其效应问题具有重要的现实意义。
　　本文对包头黄河第二公路大桥在运营期间的温度场进行了长期观测，研究大跨度混凝土箱梁桥温度场的分布规律及其效应特点，确定了该地区混凝土箱梁桥的温度梯度曲线。主要研究内容和成果概括如下：
　　对箱梁温度场的实测数据进行统计分析，研究了箱梁顶板、底板及腹板处，温度随时间变化的规律。基于传热学理论，综合考虑引起箱梁表面与外界进行热交换的各种因素，采取第三类边界条件，借助有限元分析得到了各个时刻的箱梁温度分布特性，有限元分析结果与实测温度值符合较好。在此基础上，将实测数据和有限元模拟结果相结合，利用数理统计的方法，得到适合本地区同类型桥梁的温度梯度函数。
　　采用ANSYS软件建立箱梁桥的三维实体模型，选择顶板升温与环境骤然降温为计算工况，研究横向与纵向瞬态温度应力在关键截面处的分布规律。分析结果表明：升温作用产生的效应与降温作用基本相反，但升温作用下的温度应力值更大。升温模式下，箱梁的纵向拉应力产生范围随着梁高的降低逐渐扩散，到跨中截面时，拉应力分布最广；对于横向温度应力来说，在顶板下缘产生相当大的拉应力，对结构安全不利。
　　采用MIDAS/Civil软件建立全桥模型，选取国内外四种典型的温度规范和本文拟合得到的温度梯度作为分析工况，计算其稳态温度效应。分析结果表明：不同温度梯度模式下的效应分布具有一定相似性，但随着温差分布形态及特征值的不同，温度效应值相差很大。温度效应在主梁底缘引起拉应力，和汽车荷载效应引起的拉应力相当，因此温度的作用在桥梁设计中应当被充分考虑。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外的研究现状

1.3 研究目的与意义

1.4 主要研究内容

2 混凝土箱梁的温度荷载及其温度场分析

2.1 混凝土箱梁温度荷载的分类及特点

2.2 混凝土结构温度场的计算方法

2.3 国内外桥梁设计中有关温度荷载的规定

2.4 小结

3 连续箱梁桥运营阶段温度场的试验研究

3.1 工程概况

3.2 试验方法

3.3 试验结果

3.4 小结

4 连续箱梁桥运营阶段温度场的有限元分析

4.1 箱梁热交换边界条件的确定

4.2 箱梁温度场的有限元分析

4.3 箱梁温度梯度曲线的确定

4.4 小结

5 连续箱梁桥运营阶段的温度效应分析

5.1 箱梁温度应力的有限元原理

5.2 箱梁的温度应力计算

5.3 小结

6 连续箱梁桥在不同温度梯度模式下的计算分析

6.1 计算模型

6.2 计算工况

6.3 升温模式下的计算结果

6.4 降温模式下的计算结果

6.5 成桥运营阶段总体受力状态计算

6.6 小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢