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原文传递高温摊铺下钢桥桥面温度场及温度效应分析

论文题名：	高温摊铺下钢桥桥面温度场及温度效应分析
关键词：	钢桥桥面;温度场;分布规律;沥青混凝土;高温摊铺技术
摘要：	沥青混凝土是大跨径桥梁桥面铺装常用材料，但其高温摊铺会引起钢桥面板的局部温度变形，从而对桥面铺装层状复合体系的性能造成影响，现阶段这种温度效应尚未引起足够重视。本文依托国家自然科学基金项目“基于瞬态传热理论的钢桥面板摊铺温度效应研究”(No.51378122)，采用现场温度监测和数值模型仿真的方法研究沥青混凝土高温摊铺下钢桥桥面温度场的分布规律，并分析了高温摊铺作用导致的钢桥桥面层间温度效应。　　第一，本文选取国内某钢桥，实时监测浇注式沥青混凝土高温摊铺下钢桥桥面的温度变化，分析了沥青混凝土高温摊铺下钢桥桥面温度场的时空分布规律。实测结果表明，钢板表面的温度随时间先上升后下降，摊铺后20min左右，摊铺区域处的钢板达到最高温度，接近120℃;此外，横向和纵向温度分布表现出明显的滞后现象，同一时刻纵向不同截面的温度分布差异主要受摊铺机摊铺速度、沥青混合料初始温度以及钢板所处的升/降温状态的影响。　　第二，本文基于瞬态温度场理论和热传导理论建立钢箱梁温度场数值模型，采用生死单元法模拟摊铺施工过程，并结合实测温度数据验证温度场模型，利用验证后的温度场模型进一步研究高温摊铺下钢桥桥面温度场的时空分布规律，研究结果表明，摊铺后14min，U肋上、下端的温差达到最大，此时钢箱梁结构受力最不利;纵向不同截面钢桥面板的温度分布规律基本一致，钢桥面板横向温度变化范围主要集中在摊铺边缘左右各0.4m范围内;横隔板以及U肋处钢桥面板的温度略低于其它部位的钢桥面板温度，横隔板和U肋对钢桥面板的温度分布影响较小。　　第三，本文采用数值模拟方法模拟不同环境及工况下的钢桥面沥青混凝土摊铺施工过程，研究施工季节、铺装材料、铺装厚度等对摊铺温度场分布的影响。研究结果表明，施工季节、铺装材料、铺装厚度、太阳辐射强度、风速对摊铺温度场分布均有影响，可以通过铺装结构优化设计和施工环境合理选择，改善高温摊铺作用在钢桥桥面产生的温度效应。此外，本文根据仿真温度场的计算结果建立了考虑不同影响因素的最不利温度荷载公式，以期完善桥梁设计规范中温度设计方面的不足。　　第四，本文引入复合材料实体元(composite solid)建立钢箱梁力学模型，分析高温摊铺作用下钢桥桥面层间剪应力分布规律，并结合室内剪切试验结果评价高温摊铺作用对钢桥桥面层间抗剪性能的影响，接着引入内聚力模型(CohesiveZone Model)建立正交异性板局部模型，分析高温摊铺作用在钢桥桥面层间产生的残余应力。研究结果表明:高温摊铺下钢桥面板-粘结层间的剪应力峰值位于摊铺边缘处，施工季节对层间剪应力分布影响较大，高温季节摊铺时钢桥面板-粘结层间剪应力峰值为185.4kPa，低温季节摊铺时钢桥面板-粘结层间剪应力峰值为347.5kPa，再加上高温摊铺时粘结层的抗剪强度较小，需要预防粘结层的早期破坏;施工季节对钢桥桥面层间残余应力的分布没有影响，层间残余应力峰值为1.8kPa，该值偏于保守。　　本文研究可为沥青混凝土高温摊铺下钢桥桥面温度荷载计算、铺装体系粘结界面材料选择以及结构安全设计等提供理论依据。
作者：	刘阳
专业：	道路与铁道工程
导师：	黄卫;钱振东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文