悬索桥主缆温度场及对主缆影响的研究

摘要

主缆是悬索桥的主要承重结构，其线形和内力对温度的变化十分的敏感。为使主缆的成桥线形尽可能的逼近设计线形，必须在施工过程中将温度作为一个敏感参数加以监控和修正。本文以西堠门大桥及其主缆温度场试验为背景，围绕悬索桥主缆温度场及主缆的温度效应展开论述。
　　 首先，简述了桥梁温度问题研究的发展过程、悬索桥主缆温度场和主缆温度效应的研究现状；根据传热学原理并结合悬索桥主缆的特点介绍了主缆的热物性参数、热传导方程和适合主缆温度场计算的边界条件。
　　 其次，介绍了西堠门大桥主缆横截面温度场试验及各现场环境下模型主缆横截面的温度分布规律；利用实验数据采用热传导反问题(IHCP法)推定主缆热物性参数，通过模型实验的有限元仿真可以发现主缆横截面温度场计算值与实测值误差不大，证明了方法的合理性。
　　 最后，介绍了主缆施工采用的温度管理方法和常用的主缆温度模型；对比了不同温度下主缆各跨垂度及内力的变化量，同时还对比了几种常用的主缆横截面平均温度计算方法下主缆线形的差异；为分析横截面温度场非均匀性的影响，利用ANSYS有限元软件建立主缆实体模型计算了非均匀温度场作用下主缆线形、扭转角和内力的变化量；讨论存在纵向温差或竖向温差的温度场作用下主缆的纵向温度效应。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2本文研究课题的背景和现状

1.2.1桥梁温度问题研究的发展过程

1.2.2悬索桥主缆温度场的研究现状

1.2.3悬索桥主缆温度效应研究现状

1.3课题来源

1.4本文研究的目的和主要内容

1.4.1课题研究的目的

1.4.2本文的主要内容

第2章温度场计算理论

2.1温度场基本理论

2.1.1温度场的基本概念

2.1.2桥梁结构温度场

2.2传热学原理

2.2.1热传导的基本形式

2.2.2傅里叶热传导方程

2.2.3导热过程的单值性条件

2.3平面瞬态温度场的有限元方法

2.3.1温度场有限元法计算的基本方程

2.3.2单元划分和温度场的离散

2.3.3温度差值函数

2.3.4平面温度场单元的变分计算

2.3.5有限单元法的总体合成

2.3.6温度场时间上的离散

2.4主缆温度场

2.4.1主缆热物性参数

2.4.2传热学在主缆温度场上的应用

2.5本章小结

第3章主缆横截面温度场研究

3.1引言

3.2主缆横截面温度场实验研究

3.2.1实验简介

3.3现场环境作用下的温度场研究

3.3.1测点布置及编号

3.3.2晴天

3.3.3阴天

3.3.4雨天

3.4主缆热物性参数研究

3.4.1材料热物性测试方法简介

3.4.2导热反(逆)问题原理

3.4.3主缆热物性参数实验

3.5主缆模型温度场仿真验算

3.5.1概述

3.5.2太阳辐射下温度场仿真验证

3.5.3雨天骤然降温温度场仿真

3.6主缆施工监控中平均温度的计算方法

3.6.1主缆热物性参数计算方法

3.6.2主缆截面平均温度计算方法

3.7本章小结

第4章主缆温度效应研究

4.1引言

4.2主缆温度模型

4.3主缆横截面温度效应研究

4.3.1主缆横截面平均温度计算方法对主缆线形的影响

4.3.2主缆横截面非均匀温度分布对线形及内力的影响

4.4主缆纵截面温度效应研究

4.4.1计算软件及工况

4.4.2不同温差对线形的影响

4.5本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间参与科研实践项目