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原文传递圆端形空心墩日照温度效应研究

论文题名：	圆端形空心墩日照温度效应研究
关键词：	圆端形空心墩;温度应力;日照辐射;有限元法;桥梁结构
摘要：	圆端形空心墩受日照及气温变化等因素影响，其内部温度呈非线性分布，从而产生应力，导致结构开裂，危及结构的安全性及耐久性。要研究圆端形空心墩温度应力，首先要研究其温度分布情况。目前在工程设计中一般以半经验半理论公式确定桥墩的日照温度场分布，把三维热传导问题简化为沿几个方向的一维热传导问题，该方法精度较低，并且取值缺乏实测依据。由于环境气候因素的多样性、随机性和不确定性，圆端形空心墩的温度分布是一个复杂边界条件的三维瞬态热传导问题，这就需要精度较高且以实测为依据的模拟分析方法。　　1973年德国学者Kehlbeck对太阳辐射、大气辐射、地表反射、结构物表面对外辐射和对流热交换、气温变化等影响混凝土桥梁结构温度分布的各种因素进行了深入分析，建立了求解混凝土桥梁结构温度问题的较为全面的边界条件模型。由于该模型比较复杂，1983年Elbadry在对箱梁的日照温度分析研究中对此模型进行了简化，使其更适于工程应用，此后该模型被后来的众多学者在桥梁结构温度分布的数值计算中所采纳或借鉴。然而，由于空心桥墩与箱梁的壁面朝向并不相同，用相同的简化模型必然会产生误差。　　本文以某圆端形空心桥墩为研究对象，结合温度场实测与理论模拟两种方法研究其温度分布规律。通过以一年为周期的现场实测数据收集，分析总结了其温度变化及分布规律。利用Kehlbeck提出的理论模型，结合空心墩的壁面朝向与气象数据，修正了Elbadry所提出的简化公式，建立了圆端形空心墩在日照及日温变化影响下温度分布的分析模型。根据该模型，结合实测温度数据，确定了圆端形空心墩日照热分析边界条件，利用有限元分析软件ANSYS计算了其在日照及日气温变化影响下的温度分布，并与实测数据进行对比，分析结果表明，利用该方法所得到的温度分布数据可以很好地拟合实际温度分布。　　利用上一步的圆端形空心墩温度场计算结果，通过有限元软件ANSYS的热-结构耦合功能进一步计算其温度应力，总结了其日照温度应力分布规律。　　由于圆端形空心墩各壁面所接受的日照辐射强度与其朝向有关，为探究在不同的桥梁走向形式下圆端形空心墩的温度及温度应力分布规律，本文共研究了四种桥梁走向下的圆端形空心墩日照温度及温度应力分布，并对比总结了其分布规律。
作者：	王琦
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	刘炎海
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文