混凝土箱梁橋溫度效應(yīng)關(guān)鍵因素研究.pdf

1、溫度作用在混凝土箱梁橋中產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變可以與恒載或活載效應(yīng)相當(dāng)，是導(dǎo)致該類橋梁結(jié)構(gòu)在施工與運營期間產(chǎn)生裂縫的重要原因之一，因而對該類橋梁結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性和適用性均有顯著影響。本文將混凝土箱梁橋溫度效應(yīng)的起因歸結(jié)為氣候因素、人為因素和材料自身因素三大類，并以ANSYS為軟件平臺，采用三維有限元仿真技術(shù)，對混凝土箱梁橋各種因素所導(dǎo)致的溫度效應(yīng)進(jìn)行了全面分析。全文主要工作如下：
　　 (1)構(gòu)建了輻射歷計時系統(tǒng)，提出了輻歷時角的

2、概念，重新定義了太陽高度角和方位角的取值范圍，使這兩個角度隨輻歷時角的日變化和年變化具備單值性，在此基礎(chǔ)上提出了一套適用于土木工程三維日照熱分析的太陽位置計算公式。
　　 (2)建立了以箱梁軸向方位角為變化參數(shù)的溫度場分析有限元模型，按照箱梁外表面與外界環(huán)境熱量交換的不同特性對模型的熱邊界進(jìn)行分類，根據(jù)箱梁外表面的動態(tài)熱平衡條件求取外表面各類熱邊界的輻射氣溫及其隨輻歷時角的變化規(guī)律。借助ANSYS內(nèi)嵌的輻射矩陣生成器AUX12基

3、于半立方體法的單元“遮擋與可見性”判斷的功能，實現(xiàn)了箱梁外表面在任意輻歷時刻日影單元與非日影單元的區(qū)分與選擇，進(jìn)而實現(xiàn)了箱梁外表面動態(tài)熱邊界的模擬。采用這種辦法對不同地理位置上各種軸向方位上的混凝土箱梁模型進(jìn)行了溫度場的時程計算和參數(shù)分析，并作了實橋驗證。
　　 (3)提出了截面豎向溫差梯度模式的線性度概念。通過對比現(xiàn)行設(shè)計人員常用的簡化計算方法和三維實體有限單元法計算同一混凝土連續(xù)箱梁橋在同一溫差梯度荷載作用下的溫度應(yīng)力計算結(jié)

4、果，指出由前者計算得到的溫度應(yīng)力值在分析模型的大部分部位都小于后者，文章分析了這種差別產(chǎn)生的原因。
　　 (4)對氣溫驟降作用下混凝土箱梁橋的溫度效應(yīng)進(jìn)行了參數(shù)分析，得到了箱梁截面的特征長度、冷空氣對箱梁表面的對流換熱系數(shù)以及氣溫驟降的劇烈程度對箱梁溫度應(yīng)力的影響規(guī)律。采用“單元生死”技術(shù)模擬了瀝青攤鋪機(jī)在橋面的行進(jìn)過程，分析了高溫瀝青攤鋪作業(yè)過程中箱梁內(nèi)部的溫度分布和應(yīng)力特征。
　　 (5)按照松弛系數(shù)法的有限元格式，