混凝土橋梁結(jié)構(gòu)日照溫度效應(yīng)理論及應(yīng)用研究.pdf

1、混凝土橋梁結(jié)構(gòu)在太陽輻射和氣溫變化等環(huán)境因素的影響下，引起非線性溫度分布，從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力和溫度位移。溫度應(yīng)力的大小可與外荷載產(chǎn)生的應(yīng)力相當，成為混凝土橋梁特別是混凝土箱梁裂損的重要原因之一。因此，混凝土橋梁的日照溫度效應(yīng)受到廣泛重視。但是，由于問題的復(fù)雜性，現(xiàn)有的理論和計算方法還不夠完善，在混凝土橋梁設(shè)計中，往往采用過分簡化的計算模型和方法，導(dǎo)致溫度荷載取值和溫度應(yīng)力計算出現(xiàn)較大的誤差。本文對混凝土橋梁日照溫度效應(yīng)進行了深入的研究，對

2、計算理論和方法進行了完善和改進，對日照溫度荷載的取值進行了分析和探討。 根據(jù)太陽物理學(xué)、普通天文學(xué)以及傳熱學(xué)的有關(guān)理論，研究了混凝土橋梁結(jié)構(gòu)與外界環(huán)境進行熱量傳遞的機理，系統(tǒng)地建立混凝土橋梁結(jié)構(gòu)日照溫度場分析的邊界條件，建立了能夠滿足對任意復(fù)雜混凝土橋梁結(jié)構(gòu)日照溫度響應(yīng)進行數(shù)值分析的計算模型。 對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)日照溫度效應(yīng)分析的有限元法及實際應(yīng)用進行了研究，并以ANSYS為軟件平臺，編制和開發(fā)了對不同類型混凝土橋梁結(jié)構(gòu)進

3、行日照溫度效應(yīng)分析的程序模塊。利用編制的有限元程序模塊，著重對混凝土箱梁的日照溫度場和溫度應(yīng)力進行了較為詳細的計算分析和參數(shù)研究，研究了太陽輻射強度、風速、氣溫、地理位置、橋梁方位、結(jié)構(gòu)形式和材料參數(shù)等因素對日照溫度效應(yīng)的影響。 混凝土橋梁日照溫度場一般都是采用有限單元法和有限差分法等復(fù)雜的數(shù)值方法進行分析，往往需要大量的計算工作和時間，不便于實際應(yīng)用。本文提出了箱形梁、空心墩等薄壁結(jié)構(gòu)日照溫度分布計算的解析方法。該方法假定溫度

4、分布是沿混凝土壁厚的一維周期性溫度場，通過求解熱傳導(dǎo)方程，得到富利葉級數(shù)形式的溫度分布解析解，該級數(shù)收斂很快，只需取少數(shù)幾項即可得到足夠精確的結(jié)果。 對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)三維溫度應(yīng)力的計算方法進行了研究。基于熱彈性力學(xué)理論，推導(dǎo)出了溫度應(yīng)力的一個積分性質(zhì)，并以此為基礎(chǔ)提出了混凝土橋梁結(jié)構(gòu)三維溫度應(yīng)力的一般計算方法，該方法將三維問題轉(zhuǎn)化為二維問題進行分析，考慮了由于泊松效應(yīng)引起的各應(yīng)力分量間的耦合作用。著重對混凝土箱梁等薄壁結(jié)構(gòu)的三維

5、溫度應(yīng)力進行了研究，提出了實用計算方法，只需運用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法即可實現(xiàn)考慮應(yīng)力分量之間耦合關(guān)系的三維溫度應(yīng)力空間分析，簡便實用。通過計算實例，驗證了所提出的三維溫度應(yīng)力計算方法的準確性，同時表明傳統(tǒng)的溫度應(yīng)力計算方法存在較大的計算誤差。 介紹了國內(nèi)外橋梁規(guī)范有關(guān)溫度荷載取值和溫度效應(yīng)計算的規(guī)定，并進行了總結(jié)、分析和比較：對我國現(xiàn)行鐵路橋梁設(shè)計規(guī)范(TB 10002.3-2005)和公路橋梁設(shè)計規(guī)范(JTG D62-2004)的溫度