大跨度连续刚构桥日照温度场及温度效应研究

摘要

随着经济社会的高速发展，国内大跨桥梁特别是大跨预应力混凝土连续刚构桥的建设日益辉煌。由于混凝土结构的热传导性能差，在日照辐射、气温等外界因素作用下，结构内部将会产生非线性分布的温度梯度。这种非线性分布的温度梯度将会在混凝土桥梁结构中产生相当大的温度变形，进而引起足以使混凝土结构发生裂缝的温度应力。混凝土结构的温度效应问题，越来越受到工程界的重视。
　　 本文以鱼鲊金沙江大桥(99m+180m+99m)为工程背景，对连续刚构桥的温度场和温度效应进行了研究。本文主要研究内容安排如下:
　　 (1)首先回顾了连续刚构桥的发展状况，并对国内外温度效应的研究概况进行简要叙述。
　　 (2)对温度效应理论和各国规范关于温度场的规定简要介绍，可知不同国家由于所处地理位置和气候环境的不同，温度荷载模式差别很大。
　　 (3)在施工阶段实测了箱梁温度场分布，并用指数函数曲线拟合出了该桥的箱梁竖向温度梯度函数Ty=22e-5y。
　　 (4)本文分别采用英国桥梁规范(BS-5400)、中国公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004)和通过现场实测得出的温度梯度模式，用MIDAS/Civil的梁单元对大跨径连续刚构桥进行模拟计算，分析其对桥梁应力和变形的影响。理论分析结果表明:三种工况均是在跨中截面的位移和温差应力较大，特别是实测温度梯度模式下，跨中最大竖向位移为-19.19mm,跨中截面下缘拉应力达到了3.05MPa。
　　 (5)本文还对主跨根部40号梁单元使用MIDAS/Civil建立其板单元模型，用MIDASFEA建立其实体单元模型，用实测温度梯度模式进行局部日照温差效应分析。研究结果表明，不考虑箱梁梗腋作用的板单元模型出现大的应力集中现象，实体单元模型下截面底板下缘出现最大为1.15MPa的主应力。
　　 (6)本文采用年升温20℃的温差荷载，分析全桥在年温差荷载作用下的应力和变形。研究结果表明:年温差荷载作用下，主桥各墩的墩顶和墩底截面由于直接受上部结构和基础的约束，导致年温差应力值较大。整体升温荷载将引起桥上部结构的纵桥向的位移和桥墩竖桥向的位移，而不产生横桥向的位移。年温差应力与日照温差应力相比较小。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．2 预应力混凝土连续刚构桥的特点以及发展概况

1．2．1 预应力混凝土连续刚构桥的特点

1．2．2 预应力混凝土连续刚构桥的发展概况

1．2．3 预应力混凝土连续刚构桥的发展趋势

1．3 混凝土温度效应研究概况

1．3．1 温度对预应力混凝土桥梁结构的影响

1．3．2 国外混凝土桥梁结构的温度效应研究状况

1．3．2 国内混凝土桥梁结构的温度效应研究状况

1．4 本文研究的主要目的及内容

第2章 混凝土结构的温度效应计算理论

2．1 概述

2．2 温度荷载的形成、分类及特点

2．2．1 温度荷载的形成

2．2．2 温度荷载的分类

2．2．3 温度荷载的特点

2．3 混凝土材料的热物理性能

2．4 混凝土结构的温度荷载理论

2．4．1 热传导基本理论

2．4．2 近似的数值模拟方法

2．4．3 半理论半经验公式

2．5 国内外设计规范中相关温度荷载的说明

2．5．1 英国桥梁规范中关于温度荷载的说明

2．5．2 澳大利亚道路管理局温度荷载的规定

2．5．3 新西兰的桥梁规范温度荷载规定

2．5．4 日本道路桥梁的设计标准

2．5．5 美国AASHTO规范中的温度荷载规定

2．5．6 瑞士的桥梁规范

2．5．7 中国公路桥梁设计通用规范规定

2．5．8 中国铁路桥涵设计规范的规定

2．6 本章小结

第3章 大跨连续刚构桥的温度场测试与分析

3．1 工程背景

3．1．1 主要技术标准

3．1．2 荷载计算参数

3．1．3 桥址处气候条件

3．2 试验方案

3．3 箱梁现场实测温度分布数据

3．3．1 天气对箱梁截面温度的影响

3．3．2 箱梁顶板温度分布

3．3．3 箱梁腹板温度分布

3．3．4 箱梁底板温度分布

3．3．5 箱梁纵向温度分布

3．4 箱梁温度梯度研究

3．5 本章小结

第4章 上部单室箱梁日照温度效应分析

4．1 概述

4．2 上部单室箱梁的温差荷载与温差应力

4．2．1 箱梁结构温度荷载形式

4．2．2 箱梁结构温度应力

4．3 上部单室箱梁日照温度效应计算模型和工况

4．3．1 计算模型介绍

4．3．2 温度梯度模式选取

4．4 上部单室箱梁成桥阶段日照温度效应计算

4．4．1 上部单室箱梁位移计算

4．4．2 上部单室箱梁应力计算

4．5 上部单室箱梁局部日照温度效应计算

4．5．1 模型二局部日照温度效应计算

4．5．3 模型三局部日照温度效应计算

4．6 上部单室箱梁日照温度效应计算结果分析

4．6．1 温差荷载对变形的影响

4．6．2 温差荷载对应力的影响

4．6．3 局部日照温度效应结果分析

4．7 本章小结

第5章 鱼鲊金沙江大桥年温度效应分析

5．1 概述

5．2 下部结构的年温度效应分析

5．2．1 年温差荷载作用对下部结构温差应力的影响

5．2．2 年温差荷载作用对下部结构变形的影响

5．3 上部结构的年温度效应分析

5．4 全桥年温度效应的计算结果分析

5．4．1 下部结构年温差应力的计算结果分析

5．4．2 下部结构年温差变形的计算结果分析

5．4．3 上部结构年温差应力的计算结果分析

5．4．4 上部结构年温差变形的计算结果分析

5．5 本章小结

结论及展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间参加的科研项目及所获奖励