详情

原文传递空心高墩温度场与温度效应研究

论文题名：	空心高墩温度场与温度效应研究
关键词：	混凝土结构;空心高墩;太阳辐射;温度荷载;有限元模型
摘要：	混凝土结构导热性差，长期置于自然环境中，受太阳辐射与环境温度影响，内部产生随时间变化的不均匀温度场，由此产生温度应力与温度变形。在不利环境条件下，温度荷载产生的温度应力与活载应力属同一数量级，是引起混凝土结构开裂的重要原因之一。　　本文利用有限差分原理采用C++语言自主开发了用于计算结构温度场的通用软件，并结合混凝土厚板温度场观测试验，研究了混凝土板件竖向与水平温度场分布规律，验证了该软件计算温度场的可靠性。在此基础上，对空心高墩壁板温度场进行了参数敏感性分析，总结得出了空心墩壁板最不利温度场发生一般条件，并建议了不同省会直辖市用于工程设计检算的空心墩壁板最不利温差参考值。最后，以南盘江大桥5号空心高墩为研究对象，利用通用有限元软件ANSYS建立了空心高墩有限元模型，分析了最不利温度荷载下空心高墩的温度应力与温度变形。本文主要研究成果如下: 　　(1)方位角为0°混凝土结构内部温度呈正弦曲线变化，由朝阳侧表面向内，最高温度逐渐衰减且衰减速率逐渐减小，最高温度出现时刻逐渐滞后，且随最高温度衰减速率的减小，滞后时间逐渐增长。混凝土结构内部温度梯度根据表面与外界的热量传递方向可分为两个阶段，即温度梯度增大阶段与温度梯度减小阶段。　　(2)空心高墩壁板温度场受太阳直接辐射影响显著，水平地面太阳直接辐射强度主要影响空心高墩壁板整体温度，而竖直表面太阳直接辐射强度主要影响空心高墩壁板内部温度梯度。壁板方位角影响其表面的太阳直接辐射强度，随方位角的增大，壁板温度梯度逐渐减小。　　(3)空心高墩壁板温度梯度受气温影响较弱，最高气温升高，空心高墩壁板内部温度整体升高;气温日较差增大，空心高墩壁板温度整体降低，同时温度梯度增大。在低风速情况下，空心高墩壁板温度梯度随风速的增大而减小。　　(4)空心高墩温度场具有明显的地域差异。一般空心高墩温度梯度在山区大于平原、乡村大于城市、城市大于工业区。全国不同省市直辖市市内空心高墩壁板最大温差一般出现在冬季或春季，然而不同城市温差值相差较大。　　(5)空心高墩壁板最不利温度场发生一般条件为:表面太阳直接辐射较强且表面日照时间较长、方位角为零、气温日较差较大、风速较小。　　(6)南盘江大桥空心高墩分析结果显示，最不利温度荷载引起的水平拉应力达到3.2MPa，实体过渡段由于固端约束的作用，竖向拉应力甚至达到了4.2MPa:温度荷载引起的墩顶顺桥向位移可达31mm。
作者：	毛建贞
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	卢文良
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文