混凝土温度场及其对磁悬浮承轨梁温度效应影响研究

摘要

钢筋混凝土结构在温度梯度荷载作用下的温度效应会引起混凝土结构开裂，北京中低速磁悬浮轨道交通的承轨梁采用固定于箱形梁上的门型钢筋混凝土结构，属于肋式超静定结构。温度效应对此类承轨梁开裂影响的研究资料匮乏。本论文研究了京冀地区混凝土竖向温度场，在此基础上进行了承轨梁温度效应分析，主要研究内容包括:
　　(1)进行了混凝土厚板内部温度实测试验，分析了监测数据。运用有限元模拟了结构日照竖向温度场并与实测数据进行了对比验证。拟合确定了竖向温度梯度模式，并与中国铁路桥涵规范和中国公路桥涵规范温度梯度进行了对比分析，研究表明，实测竖向温度梯度比规范规定值略大。
　　(2)进行了薄壁箱形混凝土结构内部温度现场试验，在对测试数据分析的基础上，对竖向温度梯度进行了指数函数和多段线性函数形式拟合，确定了温度效应分析的适用温度梯度荷载。
　　(3)对北京磁浮轨道交通S1线直线段和曲线段上承轨梁分别建立有限元模型，计算分析了基于本文研究温度梯度荷载的承轨梁应力及位移，研究发现，直线段承轨梁在温度梯度荷载作用下横向拉应力较大区域出现在顶板顶面，最大拉应力达3.57MPa;竖向温度应力最大出现在腹板内侧面，约为5.56MPa;纵向温度应力最小，约为1.26MPa;曲线段承轨梁在温度梯度荷载作用下应力比直线段略小。
　　(4)对承轨梁在温度作用下和其他作用组合下的受力行为进行了研究，结果表明，仅在静力竖向荷载作用下结构的应力和位移反应基本可以忽略;考虑温度荷载作用后结构应力明显增大，竖向应力最大达3.2MPa;考虑磁浮交通专有的侧向导向力后，结构应力变化不明显。
　　(5)详细阐述了混凝土收缩裂缝的成因，采用等效降温法研究了承轨梁混凝土收缩对结构应力和位移的影响，并提出了针对性裂缝处理措施。

目录

声明

致谢

摘要

1．1．1磁悬浮技术概述

1．1．2磁悬浮交通技术在国外的发展应用

1．1．3磁悬浮交通技术在国内的发展应用

1．2混凝土结构温度效应研究现状

1．2．1国外研究现状

1．2．2国内研究现状

1．3研究背景及意义

1．4本文研究内容

2混凝土结构日照温度场及温度效应基本理论

2．1 混凝土结构温度场研究基本假定

2．2热传导基本理论及方程

2．2．1传热基本定律

2．2．2热传导微分方程

2．2．3边界条件

2．2．4初始条件

2．3 日照传热边界条件分析

2．3．1概述

2．3．2太阳辐射

2．3．3辐射换热计算

2．3．4对流热交换

2．3．5气温日变化过程

2．3．6边界条件处理

2．4 日照温度场计算方法

2．5本章小结

3 混凝土厚板试件日照温度场试验与数值模拟

3．1 引言

3．2试验概况

3．2．1气象情况

3．2．2试验设计及测点布置

3．2．3试验设备

3．2．4试验方案

3．3试验结果与数据分析

3．3．1竖向温度场试验数据分析

3．3．2几种温度梯度对比

3．4温度场有限元模拟

3．4．1计算模型

3．4．2参数选取

3．4．3实测值与计算值对比

3．5本章小结

4．1 引言

4．2试验概况

4．2．1 气象状况

4．2．2薄壁箱梁截面构造

4．2．3 测点布置

4．2．4试验步骤

4．3 薄壁箱梁日照温度场实测数据分析

4．3．1 日照温度时间依存性分析

4．3．2混凝土竖向温度场分析

4．4薄壁箱梁结构竖向温度梯度模拟

4．4．1指数函数形式温度梯度拟合

4．4．2多段线形式温度梯度拟合

4．5本章小结

5 中低速磁悬浮承轨梁温度效应分析

5．1 引言

5．2承轨梁结构形式

5．3承轨梁竖向温度梯度荷载确定

5．4承轨梁温度效应有限元模拟

5．4．1承轨梁有限元模型

5．4．2直线段承轨梁结构温度效应

5．4．3曲线段承轨梁结构温度效应

5．4．4承轨梁温度裂缝分析

5．5承轨梁上部横向联系对温度应力影响分析

5．5．1施加横向联系后承轨梁温度应力分析

5．5．2横向联系约束刚度对承轨梁温度应力影响

5．6本章小结

6承轨梁在温度梯度与其他作用组合下的受力分析

6．1承轨梁设计主要荷载

6．1．1荷载分类

6．1．2荷载组合

6．2承轨梁在多种作用组合下的受力分析

6．2．1荷载工况a计算分析

6．2．2荷载工况b计算分析

6．2．3荷载工况c计算分析

6．3承轨梁混凝土收缩裂缝分析

6．3．1收缩裂缝成因

6．3．2承轨梁收缩效应

6．4裂缝控制及修补

6．4．1收缩裂缝预防措施

6．4．2裂缝修复手段

6．5本章小结

7．1 结论

7．2展望

参考文献

作者简历

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