鐵路橋墩溫度效應(yīng)有限元分析.pdf

1、橋梁從施工階段到運(yùn)營(yíng)階段,由于水化放熱和暴露在自然環(huán)境中,都不可避免得要受到周圍環(huán)境氣溫以及日照、寒潮等因素的影響而產(chǎn)生溫度效應(yīng),但因其不能準(zhǔn)確計(jì)算而被簡(jiǎn)化考慮。隨著科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展,越來越多的橋梁開裂甚至坍塌的事故被證實(shí)與溫度效應(yīng)考慮不周全有關(guān)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)箱形主梁的溫度效應(yīng)做了深入研究,但是對(duì)于鐵路橋墩溫度效應(yīng)的研究相對(duì)較少。因此,對(duì)鐵路空心墩的溫度效應(yīng)進(jìn)行深入、細(xì)致的研究是必要的。本文以襄渝線牛角坪雙線特大橋科學(xué)研究和試驗(yàn)驗(yàn)證這一

2、科研課題為背景,對(duì)水化熱、日照和寒潮作用對(duì)橋墩的影響做了具體分析,并與試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。在本文的研究中主要內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)利用溫度場(chǎng)反算熱力學(xué)參數(shù)。(2)根據(jù)熱傳導(dǎo)有限單元法原理,運(yùn)用有限元軟件ANSYS建立三維分析模型,將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,并進(jìn)行溫度應(yīng)力分析,得到溫度場(chǎng)分布特點(diǎn)以及溫度應(yīng)力發(fā)展規(guī)律,并提出防止開裂的措施。(3)運(yùn)用ANSYS有限元程序,對(duì)試驗(yàn)過程中的分層澆筑,間歇時(shí)間,拆模時(shí)間等影響混凝土內(nèi)外溫差的各種

3、參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究,得出相關(guān)結(jié)論,為施工安排提供一定參考。(4)根據(jù)試驗(yàn)采用有限元分析程序,進(jìn)行日照作用下橋墩的溫度場(chǎng)和溫度應(yīng)力分析,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)溫度應(yīng)力計(jì)算理論,采用解析方法進(jìn)行計(jì)算,并與有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,得到溫度場(chǎng)分布特點(diǎn)以及溫度應(yīng)力發(fā)展規(guī)律。(5)對(duì)不同壁厚的橋墩模型進(jìn)行分析得出不同壁厚的橋墩的溫度場(chǎng)以及溫度應(yīng)力分布特點(diǎn):沿壁板厚度方向溫度分布不均勻,一般沿壁厚方向的溫差分布為一指數(shù)曲線;隨著壁厚的增加,內(nèi)外

4、溫差以及外壁的壓應(yīng)力也有所增大;同時(shí)由于通氣孔的存在,內(nèi)壁表面溫度反而比靠近墩壁內(nèi)側(cè)的溫度高,因而內(nèi)壁拉應(yīng)力并非最大,甚至有時(shí)為壓應(yīng)力。(6)結(jié)合《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》的規(guī)定,運(yùn)用ANSYS高級(jí)分析中的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)通氣孔的直徑、布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),得到最優(yōu)方案:通氣孔直徑0.20-0.30m,交錯(cuò)布置,間距4.5-5m,為設(shè)計(jì)施工提供一定的參考。(7)根據(jù)內(nèi)部加熱的逆向試驗(yàn)方法來模擬寒潮,運(yùn)用ANSYS進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M,并采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算