大跨度管桁架钢屋盖体系日照温度效应研究

摘要

建筑物处在自然环境中，经受着一年四季的温度变化。由于温度变化，结构或构件会产生伸缩，当结构自由伸缩受到约束时，其内部会产生应力，称为温度应力。不同的结构形式温度作用对其的影响不同。在静定结构中，如果温度沿截面高度呈线性变化，温度仅仅会使结构产生变形。如果温度沿截面高度呈非线性变化，温度会使结构在截面上产生温度自应力。而在超静定结构中，无论温度沿截面高度如何分布，由于多余约束的存在，温度都会使结构产生温度应力和变形。大跨度空间管桁架属高次超静定结构，温度对其的影响不容忽视。本文主要结合新疆地区日照时间长、昼夜温差大的特点，对日照温差作用下结构所产生的温度效应进行研究。
　　首先，以传热学为基础，介绍了温度作用的分类与特点，以及温度场和温度应力的计算方法。结合天文学相关理论，梳理出工程中常见的三种太阳辐射强度计算模型。其次，对12根3种尺寸的圆钢管试件进行温度场的试验，研究钢管表面温度在日照作用下的变化情况。以试验为基础，通过对比验证了有限元计算模型和参数选取的准确性。利用软件模拟了不同摆放、尺寸、风速、环境温度以及地面反射率下试件表面温度场并进行对比分析，结果表明除地面反射率外其他因素对试件表面温度都有一定影响。以有限元计算结果为基础，对两端约束形式下的试件进行了日照温度应力和位移的计算，计算结果表明不均匀温度作用下结构应力和位移也是不均匀分布的。但是考虑到实际工程结构形式复杂，不均匀温度荷载施加困难以及计算量大的特点，设计了三种均匀温度荷载取值方法，分别进行温度应力和位移计算并与不均匀温度作用下所产生应力和位移进行对比，结果表明，以均匀温度场代替非均匀温度场在简化计算的同时，也可以获得较为理想的结果，为实际工程提供参考。最后，以某大跨度管桁架屋盖结构为例，分析了该结构在温度作用下的结构响应。

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第1章 绪论

1.1研究背景

1.2研究目的及意义

1.3国内外研究现状

1.4本文主要研究内容

1.5本文技术路线

第2章 结构温度效应分析基本理论

2.1温度场及温度作用

2.2温度场计算方法

2.3日照温度场计算方法

2.4温度应力计算方法

2.5本章小结

第3章 日照作用下钢构件表面温度的试验研究

3.1试验方案

3.2试验结果分析

3.3本章小结

第4章 日照作用下钢构件温度效应有限元模拟

4.1 ANSYS热分析

4.2 ANSYS数值模拟计算

4.3参数计算

4.4日照作用下圆钢管构件温度场日变化过程

4.5温度应力有限元分析

4.6本章小结

第5章 某大跨度管桁架钢屋盖温度效应分析

5.1工程概况

5.2温度效应的有限元分析

5.3计算结果分析

5.3本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

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