日照作用下钢管混凝土拱肋截面温度场研究

摘要

温度效应在桥梁结构的设计计算、施工控制中一直是不容忽视的重要问题。各国的桥梁规范对不同类型的桥梁结构的温度荷载做了相关规定，但对钢管混凝土拱桥温度效应进行的研究则相对较少，目前尚未见此类问题的相关设计、计算标准。论文主要探讨钢管混凝土拱肋成桥后在日照作用下的截面温度场问题；揭示拱肋截面温度场随时间变化与分布规律等问题。参照目前国内已经做过的几个关于日照作用下钢管混凝土温度场的试验，并以重庆交通大学的试验为基本模型，采用有限元分析软件ANSYS对试验进行模拟。根据实测数据和试验模拟，分析了日照作用下截面温度的变化规律。通过对不同管径的构件的温度场分析，发现截面的最大温差随着管径的增加而增加，并且不同直径方向的最大温差的差值也在变大。根据软件模拟的计算结果绘制了温度梯度的变化曲线，并统计出了曲线的大致分布函数。

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致谢

第一章 绪论

1.1钢管混凝土拱桥的发展概况

1.2钢管混凝土的特点

1.3本课题的研究概况

1.3.1国内外对桥梁的温度效应研究概况

1.3.2钢管混凝土拱肋截面温度场的研究

1.4本文的研究内容和意义

1.4.1本文研究方法和内容

1.4.2本文的研究意义

第二章 温度对混凝土结构的影响

2.1概述

2.2温度荷载的分类、形成及特点

2.2.1日照温度变化

2.2.2骤然降温温度变化

2.2.3年温温度变化

2.3各国桥梁规范中有关温度荷载的规定

2.3.1国外桥梁规范中有关温度荷载的规定

2.3.2我国桥梁规范中有关温度荷载的规定

2.4小结

第三章 钢管混凝土拱肋温度场理论分析

3.1热传导原理

3.2瞬态温度场的有限元法

3.2.1温度场的有限元法

3.2.2实体单元的有限元离散化

3.3定解条件

3.3.1初始条件

3.3.2边界条件

3.3.3钢管混凝土拱肋截面温度场定解条件

第四章 日照作用下钢管混凝土构件温度场的计算参数

4.1材料的热物性参数

4.1.1钢管的热物性参数

4.1.2混凝土的热物性参数

4.1.3表面涂料

4.2边界条件的相关参数

4.2.1对流换热

4.2.2辐射换热

4.3太阳辐射

4.3.1太阳辐射空间几何关系

4.3.2太阳辐射强度

4.4小结

第五章 日照作用下钢管混凝土构件温度场试验分析

5.1试验数据的统计分析

5.1.1重庆交通大学试验分析

5.1.2哈尔滨工业大学试验分析

5.1.3福州大学试验分析

5.2 ANSYS软件基本介绍

5.3数值模拟的ANSYS实现

5.3.1建立模型和单元划分

5.4模拟结果分析

5.4.1构件截面在模拟气温状态下的温度分布分析

5.4.2构件外围测点和核心测点的温度～时间分析

5.4.3构件沿截面直径方向测点的温度～时间分析

5.4.4构件截面温度梯度模式分析

5.5小结

第六章 结论与展望

参考文献